Le nano-laboratoire « sans bruit » d'IBM

Cette semaine, IBM a annoncé son intention de construire les plus grandes installations de fabrication nanoélectronique sans bruit au monde en Suisse. En protégeant les équipements des bruits électromagnétiques, thermiques et sismiques externes, les nouvelles installations devraient contribuer à faire progresser la recherche dans un large éventail de domaines, tels que la spintronique, les dispositifs à base de carbone et la nanophotonique, explique IBM.

Bloquer le bruit : Le rendu d'un artiste (en haut) montre la conception des nouvelles installations de recherche en nanotechnologie d'IBM à Zurich, en Suisse, qui comprendront les plus grands laboratoires sans bruit au monde. Les bancs d'essai de chaque laboratoire (en bas) reposeront sur des blocs sismiques montés sur des ressorts pneumatiques. Les doubles planchers des laboratoires élimineront les vibrations, y compris celles causées par les personnes entrant dans la pièce.

Alors que la recherche en électronique passe à des échelles de plus en plus petites, un environnement de laboratoire stable devient de plus en plus important, déclare Matthias Kaiserswerth, directeur du Laboratoire de recherche IBM de Zurich . Si vous essayez de concevoir un nouveau transistor en manipulant des électrons individuels se déplaçant à travers un nanotube de carbone, toute perturbation – un camion qui passe en grondement ou un aspirateur à proximité – peut perturber votre expérience et vous laisser avec des résultats non reproductibles.

Ce que nous essayons d'obtenir, c'est quelque chose qui est vraiment sans bruit, protégeant contre toutes ces influences, dit Kaiserswerth. À terme, selon Kaiserswerth, ces types d'installations deviendront pour la nanoélectronique ce que les salles blanches sont pour l'électronique conventionnelle au silicium.

Henri Smith , codirecteur du Laboratoire de nanostructures du MIT, n'en est pas si sûr. Il n'y a aucune preuve solide que de telles installations sont nécessaires, dit-il. L'isolation active des vibrations est une meilleure solution et à moindre coût.

Mais Xiang Zhang , directeur du Nano-Scale Science and Engineering Center de l'Université de Californie à Berkeley, affirme que c'est précisément la volonté d'IBM de prendre des risques avec sa nouvelle installation qui suscitera l'enthousiasme dans la communauté des nanotechnologies. C'est bon signe, dit-il.

Les nouveaux laboratoires font partie d'une installation de 90 millions de dollars et 65 000 pieds carrés construite par IBM en collaboration avec l'Institut fédéral suisse de technologie, également à Zurich. Un tiers des 90 millions de dollars ira à la construction de 10 000 pieds carrés d'installations de salle blanche et de 2 000 pieds carrés de laboratoires sans bruit. Bien que les laboratoires de nanotechnologie ailleurs soient protégés de diverses manières, dit Kaiserswerth, ces 200 mètres carrés seront uniques. Ces laboratoires silencieux nous donneront un avantage concurrentiel afin que nous puissions avancer plus rapidement.

IBM fabrique des puces informatiques, explique Kaiserswerth. Mais nous avons eu du mal au cours des dernières années à respecter la loi de Moore en termes de doublement du nombre de transistors sur une puce et de doublement de la fréquence d'horloge. Les techniques que l'industrie a traditionnellement utilisées pour augmenter la densité des circuits commencent à se heurter aux limites physiques fondamentales du silicium. Tant d'entreprises et de centres de recherche essaient de développer de nouvelles façons de stocker des informations et d'effectuer des calculs.

Par exemple, IBM envisage de construire des transistors à partir de nanofils, en utilisant de minuscules forces magnétiques exercées par les électrons pour stocker des informations, et en ralentissant et en déformant la lumière de manière à permettre d'effectuer des calculs avec des photons au lieu d'électrons.

Mais avec ces nouvelles technologies viennent de nouveaux défis. Une fois que vous vous lancez dans la recherche à l'échelle atomique, vous avez affaire à des niveaux d'énergie très faibles et vous avez donc besoin d'instruments très sensibles, explique Kaiserswerth. Et plus l'instrument est sensible, plus il est réactif aux perturbations de l'environnement. Chaque fois que nous achetions un nouvel équipement, explique Paul Seidler, directeur scientifique et technologique d'IBM Zurich, nous devions réfléchir sérieusement au laboratoire le plus approprié.

Et à mesure que la nanotechnologie progresse dans la fabrication de structures de plus en plus petites qui exigent une plus grande précision, de nombreux laboratoires trouveront de plus en plus cela un problème, explique Kaiserswerth. Zhang est d'accord. C'est quelque chose que l'industrie devra régler, dit-il.

Chaque laboratoire de la nouvelle installation d'IBM aura des bancs d'essai montés sur des blocs de béton séparés, soutenus élastiquement par des amortisseurs pneumatiques. Ceux-ci seront à leur tour montés sur des dalles de béton à haute masse absorbant les vibrations. Ce double plancher éliminera même les vibrations causées par les personnes entrant dans la pièce.

De même, les laboratoires seront effectivement enfermés dans des cages qui agissent comme des boucliers électromagnétiques passifs pour se protéger contre les champs électromagnétiques permanents, tels que ceux causés par les chemins de fer à proximité ou d'autres laboratoires. Le blindage actif basé sur des capteurs compensera toutes les perturbations électromagnétiques périodiques. Nous pouvons protéger jusqu'à cinq nanoteslas, soit un à 10 000e du champ magnétique terrestre, explique Kaiserswerth.

C'est le prochain niveau de précision, dit Seidler. À bien des égards, c'est une indication que la nanoélectronique est arrivée.

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