Des circuits en 3D pour aller au-delà de la loi de Moore

Pour augmenter la densité des transistors, cette équipe de recherche a démontré une nouvelle technique de fabrication de microfils. L'idée est d'utiliser un cristal liquide nématique (dans un état intermédiaire entre solide cristallin et liquide) pour créer une structure tridimensionnelle de microfils directement connectés aux électrodes. Cette technique pourrait permettre la fabrication de circuits intégrés en 3D.

Comme l'expliquent les chercheurs, jusqu'à présent les différentes tentatives pour connecter des nanofils aux électrodes ont conduit à confiner le substrat en deux dimensions et à utiliser la troisième dimension pour manipuler les connexions. Ici, les microfils s'assemblent d'eux-mêmes aux électrodes avec une précision de l'ordre de quelques micromètres. Les scientifiques prennent les deux substrats à connecter, puis remplissent l'espace entre eux d'un cristal liquide nématique, qui est la même substance utilisée dans de nombreux LCD. Les molécules cylindriques du liquide s'alignent spontanément de manière parallèle entre elles, excepté le long de lignes de disclinaisons. Une des propriétés des cristaux liquides nématiques est la capacité à produire des disclinaisons programmables. Une autre propriété est d'attirer à elles de petits objets. En appliquant une différence de potentiel entre les particules adjacentes, la polymérisation aboutit à une structure cohésive.

Selon les chercheurs, ce procédé pourrait être étendu afin de produire simultanément un grand nombre de microfils entre les substrats, et ainsi conduire au développement à grande échelle de circuits intégrés tridimensionnels.

Comme on le sait, l'industrie des semi-conducteurs est soumise à la fameuse loi de Moore, une théorie selon laquelle la densité des transistors sur une puce double tous les deux ans environ. C'est un postulat émis en 1965 par Gordon Moore, cofondateur d'Intel, qui s'appliquait alors au nombre de transistors dans un circuit intégré. Erigé en loi, il a été réévalué en 1975 pour s'appliquer aux microprocesseurs. Cette deuxième loi est à peu près vérifiée depuis 1973 et devrait théoriquement buter, en 2015, sur les limites physiques du silicium : effets quantiques, désintégration alpha. A ce rythme, les processeurs devraient contenir en 2015 plus de 15 milliards de transistors.

En pratique, on observe un ralentissement de cette loi dû à des difficultés de dissipation thermique qui empêchent une montée en fréquence des processeurs. Pour contourner ces problèmes, depuis 2004, on parallélise et on augmente le nombre de processeurs sur une puce en conservant la même fréquence d'horloge.

En 2007, lors de l'IDF (Intel Developer Forum), Gordon Moore a confirmé que sa loi sera caduque d'ici dix à quinze ans. L'industrie s'approche des limites de la micro-électronique, où les transistors ne seront plus constitués que de quelques atomes ; elle doit donc chercher des méthodes entièrement nouvelles telles que des structures de transistors en 3D.

Les travaux des chercheurs strasbourgeois sont donc tout à fait dans cette lignée prédite par Moore.

A noter que d'autres scientifiques travaillent sur des méthodes de fabrication. Des équipes du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont présenté des procédés chimiques utilisant des nanotubes ou du nitrure de gallium.