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Intel regarde au-delà du silicium
Intel a développé un nouveau type de transistor, fait d'un matériau autre que le silicium, qui a le potentiel d'être plus rapide et d'utiliser moins d'électricité que les puces actuelles. Et, surtout, les nouveaux transistors sont économiques et pourraient être fabriqués à l'aide d'installations de fabrication existantes, car ils peuvent être construits directement sur des plaquettes de silicium standard. De telles puces fabriquées avec ces composants sans silicium sont encore dans au moins une décennie, mais les experts de l'industrie pensent qu'elles constituent l'une des options les plus prometteuses pour remplacer le silicium dans les années à venir.
Un meilleur tampon : Intel a montré que des transistors sans silicium peuvent être fabriqués sur une plaquette de silicium en les faisant croître au-dessus d'une fine couche tampon. Les couches tampons précédentes étaient relativement épaisses et se fissureraient donc, endommageant les transistors.
À mesure que les transistors deviennent de plus en plus petits, le silicium qui les compose ne fonctionne pas aussi bien : l'électricité fuit à travers les couches, provoquant un excès de chaleur et une logique défectueuse. Les chercheurs d'Intel et d'autres sociétés de fabrication de puces telles qu'AMD et IBM, ainsi que des universités du monde entier, se démènent pour trouver un substitut au silicium. Certains soupçonnent que les nanotubes de carbone ou un autre matériau carboné appelé graphène pourraient être la réponse. (Voir Carbon Nanotube Computers et New Graphene Transistors Show Promise .) Mais d'autres investissent de l'argent et des recherches dans les semi-conducteurs composés, une classe de semi-conducteurs constituée d'une combinaison d'éléments des troisième et cinquième colonnes du tableau périodique. (Voir Au-delà du silicium et Maintien de la loi de Moore sans silicium.)
Les semi-conducteurs composés sont attrayants pour les ingénieurs car les électrons les traversent plus facilement qu'ils ne traversent le silicium. Cela signifie que les semi-conducteurs composés peuvent fonctionner aussi vite ou plus vite qu'un transistor à base de silicium, mais sans avoir besoin d'une tension aussi élevée. Et à mesure que les appareils rétrécissent, il est crucial qu'ils nécessitent de faibles tensions : sinon, ils surchauffent et fuient de l'électricité, des problèmes qui commencent à affecter le silicium. Cependant, les semi-conducteurs composés ne sont pas faciles à cultiver directement sur le silicium. Les matériaux sont souvent incompatibles avec le silicium - les atomes sont espacés de sorte qu'ils ne se superposent pas bien. Lorsqu'ils sont superposés directement les uns sur les autres, le résultat est un cristal fissuré et des transistors défectueux.
Intel a proposé une solution au problème de non-concordance atomique dans un article présenté aujourd'hui au Réunion internationale des dispositifs électroniques , à Washington, DC. Pour construire leurs nouveaux transistors, les chercheurs ont superposé les semi-conducteurs composés, appelés arséniure de gallium et d'indium et arséniure d'aluminium et d'indium.
Lorsque ces matériaux sont empilés, leurs propriétés électroniques interagissent pour former des puits quantiques - des endroits où les particules chargées telles que les électrons peuvent être confinées - qui agissent comme des transistors, explique Michael Mayberry , directeur de la recherche sur les composants et vice-président du groupe de technologie et de fabrication d'Intel. Pour éviter la déformation et la fissuration, les chercheurs ont ajouté des couches tampons des deux matériaux. L'astuce consiste à s'assurer que les couches tampons contiennent des concentrations d'atomes légèrement plus compatibles avec le silicium. Mais à mesure que d'autres couches sont ajoutées, l'espacement atomique correspond parfaitement à celui des couches de transistor. Mayberry dit que le tampon a un peu plus d'un micromètre d'épaisseur et qu'il empêche tout défaut d'affecter les transistors.
Certes, de nombreux chercheurs ont proposé d'ajouter des couches tampons entre les matériaux silicium et non-silicium. Par exemple, une entreprise appelée Onde d'ambre , à Salem, NH, fondée par Gene Fitzgerald, professeur de science des matériaux au MIT, a une approche qui utilise du germanium sur un type de plaquette de silicium avec une couche de dioxyde de silicium, un matériau isolant, intégré. (Voir Ajouter de la vitesse à Silicium.)
Cependant, note Jésus del Alamo , qui est également professeur de génie électrique au MIT, l'approche d'Intel est unique en ce sens que les chercheurs ont développé les couches tampons à partir du même matériau qu'ils utilisent pour les transistors. De plus, dit-il, Intel a montré que seule une fine couche tampon est nécessaire pour obtenir une bonne qualité. Une couche tampon épaisse, qui peut atteindre cinq micromètres d'épaisseur, est coûteuse et est plus sujette à la fissuration, ajoute-t-il.
Le travail est impressionnant, dit del Alamo. Si vous pouvez amener la structure en couches sur du silicium, les substrats ressemblent et ressemblent au silicium, et tous les outils qui ont été développés pour la fabrication du silicium peuvent être réutilisés dans cette nouvelle technologie.
Pourtant, Mayberry note qu'il reste une poignée de problèmes qui doivent être résolus avant que ces transistors puissent apparaître dans l'électronique grand public. D'une part, la grille, ou l'interrupteur marche-arrêt, de ces nouveaux transistors est relativement grande à 80 nanomètres. Mayberry dit que les ingénieurs devront réduire cela afin que les puces aient une densité de transistors relativement élevée. Il ajoute qu'entre-temps, certains de ces matériaux pourraient se retrouver dans le processus de fabrication de puces, pour être utilisés dans des composants spécifiques des microprocesseurs.