Mémoire au graphène : les mémoires flash du futur ?

L'avenir des mémoires pour le stockage d'informations numériques pourrait bien passer par le graphite. Une équipe de l'Université Rice a mis en évidence le fait que de fines bandes de graphite, en fait une dizaine de couches de graphène empilées, de 10 atomes d'épaisseur, peuvent être brisées par un petit pic de courant électrique, et réparées par un autre, à l'infini... C'est le principe d'un commutateur (un "switch") en électronique. C'est ce que font les transistors dans les mémoires flash, en stockant la charge (le bit d'information) dans sa grille flottante. Dans leur papier, publié dans la revue Nature Materials, James Tour, professeur au Centre Rice pour les sciences et technologies nanoscopiques (Center for Nanoscale Science and Technology) et deux jeunes post-doctorants, mettent en évidence les avantages de cette mémoire en graphène non volatile et non destructrice par rapport à l'état de l'art des mémoires "flash".

Dans la pratique, chaque bit d'information peut être stocké dans une bande de 10 nm de longueur, soit une taille 5 fois plus petite que dans les mémoires flash de nos appareils photos, baladeurs mp3, ou autres gadgets numériques. La taille réduite de ces nouveaux commutateurs vient compléter un autre avantage non négligeable face aux transistors : ils n'ont besoin que de deux terminaux (deux "pattes"), contre trois pour les transistors (la grille, l'émetteur et la source) pour traiter les bits ; leur structure étant bien plus simple, les configurations à trois dimensions deviennent d'autant plus pratiques à réaliser. La densité d'intégration serait donc significativement augmentée, multipliée par le nombre de couches de graphène empilées.

De plus, cette mémoire au graphène fonctionnant essentiellement mécaniquement (on brise et on répare des bandes de graphène), elle conserve l'information sans avoir besoin d'énergie électrique : elle est donc non volatile. L'équipe a ainsi testé le temps de rétention de l'information, paramètre important pour les mémoires non volatiles. L'information reste intacte, même sous l'exposition à des températures extrèmes (-75°C à 200°C), ce qui permet de la placer à proximité des processeurs sans problème. Cerise sur le gâteau, elle résiste aux radiations, ce qui est important si vous comptez emmener votre iPod sur Mars...

Encore mieux, les ratios "allumé-éteint" mesurés sont de l'ordre de 10^7. Le ratio On-Off est le rapport du courant traversant l'interrupteur lorsqu'il est en position allumé ("on") par le courant le traversant lorsqu'il est en position éteinte ("off"). Plus le ratio est important, mieux c'est car cela permet de facilement déterminer de manière électronique l'état du commutateur. A titre de comparaison, dans les transistors actuels le ratio "On-Off" est de l'ordre de 10^4-10^5. Quant à la vitesse de commutation, la limite testée en laboratoire est de 1micro-s. La commutation a été testée 20.000 fois sans détériorer le commutateur, ce qui promet une longue durée de vie.

Selon James Tour, spécialiste des techniques de fabrication industrielles, la technologie intéresse sérieusement l'industrie microélectronique. Même s'il est difficile de fabriquer les feuilles de graphène industriellement, il est possible de déposer les couches de graphène sur le silicium ou un autre substrat par dépôt grâce à de la vapeur chimique. Les mêmes types de procédés qui sont actuellement utilisés pour ces nouvelles mémoires en graphène.

Cette nouvelle technologie semble très prometteuse, malgré les nombreux obstacles qui séparent les essais en laboratoires de la commercialisation effective.

- Rice University News, 21 Novembre 2008 "Molecular memory a game-changer" - http://www.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=11817
- Physorg : http://www.physorg.com/news146497821.html, 21 Novembre 2008

- Publication dans Nature Materials : "Electronic two-terminal bistable graphitic memories" - http://www.nature.com/nmat/journal/v7/n12/abs/nmat2331.html
- Transistors au graphène, BE Etats-Unis 127 : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55050.htm

Alban de Lassus, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

BE Etats-Unis numéro 144 (1/12/2008) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/56817.htm