Le plus petit
transistor du monde s'appuie sur des nanotubes de carbone et ne mesure
qu'un petit nanomètre. L'équipe de chercheurs responsable de son
développement tente, avec lui, de repousser les limites de la
miniaturisation des processeurs. Un enjeu de taille.
Des équipes de recherche du
laboratoir lab ont
annoncé avoir produit un transistor mesurant 1 nm de large, soit une
taille 14 fois inférieure à ce que peuvent actuellement produire les
meilleurs fabricants de semi-conducteurs comme Intel ou Samsung.
Comme le soulève le billet du Berkely Lab qui a
officialisé l'annonce dans les canaux grand public, il faut comparer
cette taille de 1 nm (1 milliardième de mètre, soit 0,000 000 001 m) à
l'épaisseur d'un cheveu, qui mesure 50.000 nm de large. Une performance
réalisée, notamment, par l'utilisation de nanotubes de carbone et d'un
substrat de disulfure de molybdène (MoS2), des structures plus
tolérantes que les procédés actuels à base de silicium.
Plus qu'une simple amélioration de laboratoire, cette performance est
une piste pour que la miniaturisation des composants continue. Car les
techniques de production actuelles se heurtent à un mur physique. Ou
plutôt quantique.
Le mur des 5 nm
De même que l'on scrute en permanence la vitesse de pointe qu'un humain
pourra atteindre sur 100 m, la finesse de gravure des composants
électroniques est elle aussi confrontée à des limites. Si par le passé
les outils de production étaient les principaux freins, les progrès de
cette dernière décennie ont mis en lumière des barrières physiques plus
dures à contourner. Le mur à franchir annoncé est de 5 nm, une finesse
en-dessous de laquelle des effets indésirables apparaissent : fuites
d'électrons, effet tunnel, etc.
Un transistor est un genre d'interrupteur qui laisse, ou pas, passer
le courant. Or, lorsque l'on atteint les finesses de gravure les plus
fines, on a du mal à déterminer avec précision si un transistor est en
mode ON ou OFF car des effets quantiques apparaissent.
A un niveau atomique, les lois de la physiques classique sont en effet bouleversées par celles de la mécanique quantique.
Cet ensemble de lois perturbe notre lisibilité du courant électrique
car les atomes et les électrons commencent à se comporter de manière
hasardeuse. Un hasard intolérable : pour un processeur "classique" une
valeur est égale à 0 ou 1, mais ces effets quantiques introduisent des
notions de probabilité de valeur incompatibles avec l'électronique
"normale".
Pistes exploratoires
Qingxiao
Wang/UT Dallas -
Ce que les équipes de Berkeley on réussi à
créer, c'est un petit circuit dont les transistors font 1 nm de large.
Elles ont, pour ce faire, eu recours à des composés des nanotubes de
carbone, des molécules aux propriétés uniques mais difficiles à produire
et un substrat de disulfure de molybdène (MoS2).
Intéressante de manière exploratoire, cette démonstration de
laboratoire se heurte cependant à la réalité de la production de masse :
le procédé est hautement expérimental, les structures employées pour
recevoir ce nouveau circuit électronique de 1 nm de large étant,
paradoxalement, très volumineuses ! L'arrivée d'une telle technologie
dans nos processeurs n'est donc pas pour l'année prochaine. Pourtant,
dans le monde des semi-conducteurs, l'urgence de dépasser la barrière
des 5 nm est bien là.
Une industrie qui voit arriver les limites
Les différents fondeurs, c'est à dire
les producteurs des galettes électroniques à la base des composants
électroniques (processeurs, capteurs, etc.), ont pour habitude de
communiquer leurs feuilles de route technologiques afin de permettre
aux acteurs de l'industrie d'anticiper le design des produits. Ainsi,
que ce soit Intel, GlobalFoundries (ex. AMD), Samsung, TSMC et les
autres acteurs, tous publient leur vision sur 4 ou 5 ans. Dans l'état
actuel des choses, seul TSMC annonce être capable de produire des puces
à 5 nm d'ici 2020, les autres se limitant au mieux à 7 nm. Et au-delà ?
Rien pour le moment.
Il reste désormais à voir si les solutions développées en laboratoire
par les scientifiques telles que les circuits à base de nanotubes
mentionnés ici pourront, ou pas, dépasser les limites que nous impose la
physique à l'heure actuelle. Un impératif si on veut maintenir la
course à la puissance et à la miniaturisation que l'on connaît à l'heure
actuelle.
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