23/11/2012 - Diélectriques à haute permistivité pour les ordinateurs du futur

Menéame

Le Groupe de travail Lamines minces et microélectroniques de la Universidad Complutense de Madrid (UMM) développe de nouveaux matériaux, appelés 'diélectriques à haute permistivité' (high-k dielectrics), pour les futurs ordinateurs. Étant donné que sa conception et sa fabrication doivent être réalisées avec le moins de coûts environnementaux possible, le groupe a mis au point une méthode de fabrication innovante dans le monde beaucoup moins polluante que d’autres techniques.

Cette route de fabrication de dispositifs, appelée "pulvérisation à plasma à haute pression" a été protégée par un brevet et permet d’obtenir de nouvelles familles de ces produits. Les nouveaux matériaux ont pour objectif de remplacer les matériaux classiques à base de silicium qui ont été utilisés depuis le début de la fabrication du transistor.

Le groupe étudie ce nouveau type de matériaux avec des éléments de la nature qui aussi exotiques que le gadolinium ou le scandium. En fait, l’une des clés qui permet d’obtenir des résultats très encourageants est l’utilisation d’une combinaison de ces deux éléments formant des oxydes.

En outre, l’un des derniers résultats les plus "impacts" - selon ses promoteurs - obtenus par l’équipe a été obtenu au remplacer le matériau conventionnel en silicium - qui est utilisé depuis plus de 50 ans- pour des matériaux tels que le phosphure d’indien (InP).

Récemment, une demande de brevet espagnol a été présentée par l’OTRI de l’UCM pour protéger les résultats obtenus par les chercheurs concernés, où de nouvelles stratégies sont proposées pour la fabrication de méthamphétamines à haute permistivité.

La fabrication de ces nouveaux matériaux de haute permistivité (constante physique décrivant comment un champ électrique est lié à un milieu) se fait dans une salle propre dans les conditions les plus strictes de contrôle de l’humidité, de la température, de l’éclairage et du nombre de particules de poussière. Le nombre de particules dans cette salle est plus de 100 fois inférieur à celui du bloc opératoire d’un hôpital.

Lignes de recherche prioritaires

Les diélectriques à haute permistivité (high-k dielectrics) ont un avenir immédiat et constituent la technologie qui portera les prochains ordinateurs, tablettes électroniques ou mobiles que nous nous achetons demain. Ces matériaux font partie des lignes de recherche prioritaires tant de l’industrie (comme la société Intel) que des principaux centres de recherche en microélectronique du monde (comme imec à Lovaina (Belgique) ou Leti à Grenoble (France). En fait, certains de ces matériaux, comme l’oxyde d’hafnium, sont déjà intégrés dans la ligne de production des processeurs que nous pouvons ramener à la maison.

Le cofondateur d’Intel, Gordon Moore, a établi, au début de l’industrie de la puce, les années 50, la loi dite de Moore. Cette loi stipule que: le nombre d’animaux, l’unité de base de l’ordinateur, sur une puce est doublé tous les deux ans.

Pour les chercheurs, cela s’est traduit depuis des années par de plus en plus de chromatogènes (actuellement, la taille limite de la technologie du transistor est de 22 nanomètres). La citoyenneté, pour sa part, a également pu suivre indirectement l’évolution de cette loi à travers les générations d’ordinateurs, de plus en plus rapides et efficaces, qui sortaient sur le marché: 286, 386, 486, Pentium I, II, III, IV, Dual core, Titanium,...

Aujourd'hui, la loi de Moore atteint la limite du plus petit. Dans cette limite, l’épaisseur des couches qui définissent la technologie du transistor est de quelques atomes et des phénomènes indésirables commencent à apparaître, tels que des fuites de courants dans le transistor qui consomment de l’énergie et chauffent excessivement le dispositif.

Dans l’attente de la mise au point de technologies qui ne sont pas encore suffisamment mûres pour être mises en service dans l’industrie (électronique moléculaire, hydrogène optique ou calcul quantique), on continue de mettre au point des alternatives technologiques qui, mises en œuvre dans la technologie actuelle, permettront d’augmenter encore la vitesse de traitement et de réduire la consommation d’énergie de nos ordinateurs dans un avenir proche.

Référence bibliographique:

Feijoo P.C., del Prado Á., Toledano-Luce M., San Andrés E., Lucía M.L., Journal of Applied Physics 107: 084505, 2010.

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