17/01/2012 - Nouveaux matériaux, 3D et structures ultrafines pour la nouvelle génération de puces

Menéame

À quelques mois de l’arrivée du 'Ivy Bridge' Tri-Gate d’Intel, des chercheurs de Harvard et Purdue présentent un dispositif à base de chromate qui combine une structure en 3D et des matériaux semi-conducteurs alternatifs au silicium.

Les deux grandes tendances en matière de puces par lesquelles l’industrie et la communauté scientifique progressent vers la miniaturisation du silicium pourraient confluer en un seul dispositif. C’est la promesse d’un Équipe de chercheurs des universités de Harvard et Purdue qu’il a présenté à la Rencontre Internationale des Dispositifs Electroniques (IEDM, tenue en décembre aux États-Unis) une proposition de puce intégrant l’utilisation de nouveaux matériaux dans les canaux par lesquels les charges circulent à l’intérieur de l’engrenage avec l’utilisation des structures tridimensionnelles qui améliorent l’électrostatique, permettent de mieux contrôler leur transit et minimisent les fuites de charge qui sont accentuées par des mesures inférieures à 22 nanomètres.

Ces scientifiques ont présenté des cables nanoscopiques, non en silicium, mais en autres semi-conducteurs: arsenium indien et gallium sur un substrat de phosphure indien, recouvert d’oxyde d’aluminium. Le dispositif a été créé à l’aide de la méthode top-down, dans laquelle les nanocâbles sont générés par la gravure photolitographique des plaquettes de matériau semi-fini, en opposition au système bottom-up, où le matériau est auto-assemblage 'de bas en haut' pour former les structures.

Peide Ye, coordinateur du travail qui a donné lieu à ce système et professeur à l’École d’ingénierie électrique et informatique de l’Université de Purdue (États-Unis), affirme que son système est "compatible avec les processus de fabrication conventionnels," ce qui pourrait faciliter l’adoption par l’industrie de ces dispositifs tridimensionnels.

L’utilisation de matériaux semi-conducteurs alternatifs au silicium pour augmenter les performances, et l’utilisation d’une structure tridimensionnelle pour réduire la puissance, sont deux voies généralement indépendantes qui, dans ce cas, convergent dans la proposition des chercheurs. Cependant, malgré les progrès prometteurs, cette technologie devra encore surmonter d’importants défis techniques et économiques avant de pouvoir être intégrée à nos téléphones portables ou à nos ordinateurs portables.

Les matériaux semi-conducteurs sont utilisés depuis des décennies pour la création de puces, de mémoires, de circuits et de tout type de composants électroniques. Parmi eux, le silicium a toujours été mis en avant, en raison de son abondance et de sa disponibilité. Bien qu’il soit encore un matériau technologiquement en vigueur, d’autres semi-conducteurs combinés en alliages différents et intégrés dans les futurs seins sont appelés à compléter leurs avantages et à faciliter les sauts vers de nouveaux nœuds technologiques. Les nouvelles générations de puces se caractérisent par une taille de plus en plus réduite de leurs composants et une plus grande mobilité des charges électriques à travers eux, ce qui augmente la vitesse des dispositifs qui les utilisent.

Il y a dix ans, les ordinateurs fonctionnaient avec des processeurs de 130 nanomètres qui sont aujourd'hui réduits à 32 ou même à 22 nanomètres, si l’annonce d’Intel de mettre en vente ses processeurs Ivy Bridge Tri-Gate en avril de cette année est remplie. Ces processeurs intègrent des millions d’encroûtements qui, au lieu d’une structure planifiée conventionnelle, en présentent une en 3D, tout comme ceux de l’équipe de Ye. La différence réside dans le fait que ces derniers ont été basés sur des nanotubes pour le développer, plutôt que sur une structure sous forme d'"alète" comme celle d’Intel.

Aujourd'hui, cependant, les plus courants d’un circuit numérique et analogique sont toujours ceux de structure planaire, qui fonctionnent en permettant ou en empêchant le passage du courant comme si un interrupteur était traité. Ces derniers comprennent deux types d’aiguillage complémentaires pour contribuer au passage du courant: les "type n" dans lesquels les conducteurs de courant sont des électrons, et les "type p" dans lesquels le conducteur est creux (charges électriques positives générées par l’absence d’électrons).

Dans ce cas, l’équipe dirigée par Ye a non seulement démontré qu’il était possible de réduire la longueur de la porte de ses électrons de structure tridimensionnelle jusqu'à 50 nanomètres - en contrôlant avec succès les effets indésirables de canal court-, mais aussi, grâce à la miniaturisation, a réussi à augmenter le courant qui transporte des électrons entre les nœuds du circuit. Cependant, comme le souligne Francisco Gámiz, professeur du département de l’électronique et de la technologie des ordinateurs de l’Université de Grenade, les trous restent sa matière en instance, car ce dispositif "est seulement conducteur d’électrons, c’est-à-dire sans canal p," ce qui créerait un déséquilibre dans son ensemble.

De plus, Gamiz remarque que le revêtement de ce dispositif est très épais, ce qui constitue également un désavantage. "Ils disent qu’ils peuvent le réduire, mais il faut le vérifier," assure le professeur.
 

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