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Transistors 3D fabriqués avec un auto-assemblage moléculaire
Une nouvelle façon de construire des puces informatiques prend forme. Elle consiste à synthétiser des molécules afin qu'elles s'assemblent automatiquement en structures complexes, qui servent ensuite de modèles pour graver des circuits à l'échelle nanométrique dans le silicium. Cette approche pourrait permettre à l'industrie informatique de continuer à réduire l'électronique au-delà de la résolution des machines de fabrication existantes. Les chercheurs d'IBM ont été les premiers à fabriquer des transistors 3D rapides en utilisant cette nouvelle méthode.
En 2011, l'industrie informatique a adopté les transistors 3D pour les circuits intégrés haut de gamme, car ils commutent plus rapidement tout en consommant moins d'énergie que les transistors planaires (voir How Three Dimensional Transistors Went from Lab to Fab ). De tels circuits ont traditionnellement été réalisés par photolithographie, le même processus utilisé pour la plupart des circuits informatiques. Dans ce processus, les tranches de silicium sont recouvertes d'un matériau sensible à la lumière appelé photorésist, puis sont exposées à un motif créé en faisant passer la lumière à travers un filtre appelé masque. Partout où la lumière frappe, la résine photosensible durcit ; le reste est emporté et la plaquette est ensuite gravée chimiquement pour créer des caractéristiques dans les parties exposées de la surface.
Pour les micropuces les plus rapides, qui ont des éléments aussi petits que 22 nanomètres et distants de 80 nanomètres, ce processus est répété environ 30 fois, dit Kwok Ng , directeur de la nanofabrication chez Semiconductor Research Corp. en Caroline du Nord. Chaque étape nécessite son propre masque coûteux, et chaque étape ajoute du temps au processus. La photolithographie fonctionnera pour la prochaine génération de puces, avec des caractéristiques de 14 nanomètres. Mais pour les puces plus rapides avec des fonctionnalités plus petites, la photolithographie deviendra trop coûteuse et compliquée, et se heurtera à des limites déterminées par la longueur d'onde de la lumière.
Le groupe IBM a utilisé une nouvelle approche connue sous le nom d'auto-assemblage dirigé, utilisant une classe de matériaux appelés copolymères à blocs (les chaînes de polymères sont constituées de deux types de monomères, ou blocs).
Il est possible de faire en sorte que ces matériaux s'auto-assemblent en motifs complexes, comme une rangée dense pour les rayures. Cela se fait en adaptant la longueur, la taille et d'autres caractéristiques des polymères, telles que la façon dont deux blocs s'attirent et se repoussent.
Les motifs réalisés de cette manière peuvent être beaucoup plus denses que ce qui est possible en utilisant la lithographie. Cela signifie que l'approche peut être utilisée pour créer les parties les plus petites, les plus denses et les plus uniformes d'un circuit intégré : par exemple, les canaux des transistors en silicium ou les ailettes des transistors 3D. Le reste du circuit serait encore formé en utilisant les procédés conventionnels.
Le groupe IBM a utilisé des méthodes de photolithographie existantes pour préparer un revêtement de résine photosensible afin de former une série de tranchées profondes et parallèles. Ces tranchées aident ensuite à diriger l'assemblage de copolymères à blocs, qui sont disposés selon les motifs nécessaires pour graver des ailettes de transistor qui étaient plus petites et plus denses que ce qui est possible avec la photolithographie seule. Les dispositifs de travail résultants avaient des caractéristiques aussi proches que 29 nanomètres, bien plus petites que les 80 nanomètres actuellement possibles.
Ils ont utilisé ces polymères non seulement pour créer de jolis motifs, mais aussi pour fabriquer des appareils fonctionnels, dit Caroline Ross , un scientifique des matériaux au MIT qui étudie l'auto-assemblage dirigé. Ils ont démontré une façon créative d'obtenir des motifs qui ne se formeraient normalement pas.
L'auto-assemblage dirigé est déjà testé par certains fabricants de puces, explique Ng. Cependant, les copolymères à blocs ont tendance à s'assembler avec certains défauts, et il reste à voir si le processus peut être suffisamment bien contrôlé à grand volume.