211service.com
Une petite horloge en silicone
Alors que les puces informatiques ne cessent de rétrécir, la taille des gadgets est toujours limitée, en partie, par des morceaux de quartz relativement gros qui agissent comme des stimulateurs cardiaques pour les circuits électroniques. Mais dans les prochains mois, il pourrait y avoir une alternative moins chère et plus petite au quartz. En décembre, une société basée à Sunnyvale, en Californie, SiTime , devrait commencer à expédier un garde-temps à base de silicium qui remet en question la technologie à quartz vieille de 60 ans.
Les oscillateurs à quartz sont utilisés comme garde-temps dans pratiquement tous les appareils électroniques d'aujourd'hui, explique Aaron Partridge, directeur de la technologie de SiTime, qui les appelle le rythme cardiaque du système. Chaque année, dit-il, environ huit milliards de cristaux de quartz – les composants d'un oscillateur qui vibrent à une certaine fréquence – sont fabriqués.
Cependant, la technologie du quartz repose sur une industrie vieille de plusieurs décennies qui a peu changé depuis l'invention des circuits intégrés. Et tandis que la fabrication du silicium a permis aux circuits intégrés de rétrécir et de gagner en complexité, les techniques de fabrication utilisées pour fabriquer des résonateurs à quartz n'ont pas suivi le rythme.
En utilisant du silicium au lieu du quartz, SiTime est capable de fabriquer un résonateur d'une largeur de quelques centaines de micromètres seulement, dit Partridge, tandis qu'un résonateur à quartz équivalent a une largeur d'environ un millimètre. De plus, dit Partridge, les résonateurs en silicium sont beaucoup moins coûteux à fabriquer.
L'idée d'abandonner les oscillateurs à quartz pour ceux au silicium n'est pas nouvelle ; des chercheurs de l'Université de Stanford, de l'Université du Michigan et de l'Université de Californie à Berkeley travaillent sur cette technologie depuis des décennies. Pour la plupart, cependant, la qualité de ces systèmes de silicium n'a pas égalé celle du quartz. Ces dernières années, cependant, les progrès dans la fabrication de systèmes microélectroniques et mécaniques (MEMS) ont rendu les oscillateurs au silicium de haute qualité plus pratiques.
Partridge explique que les résonateurs de SiTime, qui sont faits de silicium monocristallin, reposent sur une toute petite tension pour faire fonctionner le cœur d'un appareil. Le résonateur est encapsulé et fermé de l'environnement. Lorsqu'une tension est appliquée à l'oscillateur, le résonateur vibre à une fréquence spécifique. Si la masse du résonateur change au cours de sa durée de vie, il perd du temps. Partridge dit que même une différence dans une seule couche d'atomes peut modifier la fréquence. Ainsi, les ingénieurs de SiTime utilisent une technique ultra-propre dans laquelle le résonateur est fabriqué et scellé dans une minuscule chambre à vide totalement dépourvue d'atomes supplémentaires.
Outre l'avantage de la taille, les oscillateurs au silicium de SiTime sont une alternative attrayante en raison de leur capacité à être réglés sur différentes fréquences. Contrairement à un cristal de quartz, qui est fabriqué pour résonner à une certaine fréquence tout au long de sa durée de vie, un oscillateur au silicium est capable de vibrer à de nombreuses fréquences différentes, selon le logiciel contrôlant le circuit. Cela rend le processus de fabrication moins coûteux, selon Partridge, car lorsqu'un cristal de quartz est fabriqué, il est conçu pour résonner à une fréquence unique tout au long de sa durée de vie. Changer la fonction de l'horloge à quartz d'une horloge qui fait fonctionner un téléphone portable à une qui fait fonctionner un téléviseur haute définition, par exemple, nécessite la fabrication d'un lot entièrement différent.
Mais les résonateurs au silicium de SiTime ne nécessitent pas de réglage de fréquence pendant la fabrication, ce qui les rend plus faciles à fabriquer. Et lorsqu'ils sont prêts à être utilisés, un ingénieur se règle simplement sur la fréquence souhaitée à l'aide d'un logiciel.
SiTime fait partie d'une poignée de nouvelles entreprises développant la technologie des résonateurs MEMS, déclare Roger Howe, professeur de génie électrique à Stanford et scientifique en chef à Horloges en silicone , une entreprise dérivée de l'Université de Californie à Berkeley. La zone est mûre pour la commercialisation, dit-il, grâce à une combinaison de technologies de maturation dans l'industrie MEMS et de techniques d'encapsulation ultra-propres. En conséquence, un certain nombre de startups spécialisées dans les résonateurs MEMS ont vu le jour, notamment Silicon Clocks et Microsystèmes Mobius , une entreprise dérivée de l'Université du Michigan.
SiTime s'est associé à de grands fabricants d'horloges à quartz, qui vendront ses oscillateurs au silicium. Mais il y a encore du travail à faire. Partridge dit que les produits à expédier à la fin de l'année satisferont quelques applications pour les oscillateurs à quartz, comme les simples horloges à microprocesseur. Mais ils ne sont pas assez bons pour remplacer, par exemple, les mécanismes de synchronisation à quartz dans les appareils GPS. Les futures horloges en silicium, dit-il, auront une précision plus élevée, à mesure que son équipe apprendra à affiner les techniques de fabrication.