in

Les premières puces de 2 nm nous rapprochent de la limite du silicium: ce sont deux des matériaux qui aspirent à capter leur cœur

IBM et TSMC fabriquent déjà les premières puces de 2 nm. Ces deux sociétés ont récemment confirmé qu’elles avaient déjà cette photolithographie en place, et si pour le moment elles produisent ces semi-conducteurs uniquement dans un environnement de test, la fabrication à grande échelle n’est pas trop loin.

En fait, TSMC a confirmé qu’en 2022, il commencera la production de masse de puces à 3 nm, et en 2023 il fera de même avec sa technologie d’intégration 2nm. Ce développement rapide nous rappelle que chaque pas que nous franchissons nous rapproche un peu plus de la limite physique de la technologie du silicium, mais en réalité, ce défi n’est pas nouveau.

Les principaux fabricants de semi-conducteurs et de nombreux groupes de recherche liés à certaines des universités les plus importantes de la planète travaillent depuis de nombreuses années dans une solution à ce défi. Des décennies, même.

Actuellement, plusieurs axes de recherche sont ouverts, et il est probable que la solution à ce défi passe par la combinaison de ce que plusieurs d’entre eux proposent.

Actuellement, plusieurs pistes de recherche sont ouvertes, et peut-être la solution nécessitera-t-elle de parier sur l’une d’entre elles, mais il est encore plus probable que la voie à suivre nous invitera à permettre à plusieurs de coexister des propositions sur lesquelles les chercheurs travaillent actuellement.

Sur cette photographie, nous pouvons voir l’intérieur du laboratoire IBM à Albany, New York. Ce sont les installations dans lesquelles cette société a développé sa technologie d’intégration 2nm.

Cependant, nous n’avons pas besoin d’exagérer non plus: la technologie du silicium telle que nous la connaissons est restée saine pendant un certain temps. Bien que tout se passe comme TSMC l’a prédit et que la fabrication en série de semi-conducteurs avec photolithographie à 2 nm commence en 2023, ce processus et ceux qui suivront peut être affiné davantage, il est donc raisonnable de s’attendre à ce qu’ils nous accompagnent au moins tout au long de cette décennie.

Dans tous les cas, dans cet article, nous vous suggérons de jeter un œil à deux des axes de recherche prometteurs sur lesquels les chercheurs travaillent actuellement. Ce ne sont pas les seuls qui nous donnent des résultats intéressants, et si ce rapport vous intéresse, nous en préparerons un autre qui nous permettra d’explorer plus d’options, mais ce sont deux solutions qui nous invitent à affronter l’avenir des semi-conducteurs avec optimisme.

Les semi-conducteurs à l’arséniure de gallium sont prometteurs. Beaucoup de

le arséniure de gallium c’est un semi-conducteur particulier. Même, d’une certaine manière, audacieux. Et c’est que bien qu’il ne fasse pas partie de la lignée des semi-conducteurs élémentaires, parmi lesquels, bien sûr, le silicium, il possède des propriétés qui le rendent très attractif et l’ont placé sous les projecteurs de l’industrie électronique.

Pendant longtemps, les fabricants de cellules photoélectriques et d’équipements de télécommunications, entre autres, ont été contraints de le partager avec des marques d’électronique grand public, de sorte que bientôt nous les utilisateurs seront conscients de l’impact. que tu as déjà, et aura, dans nos vies.

Les semi-conducteurs élémentaires Ils se caractérisent par le fait qu’ils sont constitués d’un seul élément chimique, mais l’arséniure de gallium (GaAs), comme on peut le deviner même si nous ne connaissons pas beaucoup la chimie, est composé de gallium (Ga) et d’arsenic (As).

Dans les éléments avec une capacité de conduction électrique, certains des électrons de leurs atomes, connus sous le nom de électrons libres, peut passer d’un atome à un autre lorsque l’on applique une différence de potentiel aux extrémités du conducteur.

Fabrication de copeaux

Précisément, cette capacité de déplacement d’électrons est ce que nous appelons courant électrique, et nous savons tous intuitivement que les métaux sont de bons conducteurs d’électricité. Curieusement, ils le sont parce qu’ils ont de nombreux électrons libres qui peuvent se déplacer d’un atome à un autre et, ainsi, ils parviennent à transporter la charge électrique.

L’arséniure de gallium est un semi-conducteur, ce qui implique que dans certaines circonstances, il est capable de transporter une charge électrique. Quand les bonnes conditions existent la mobilité de ses électrons il est beaucoup plus élevé que dans les semi-conducteurs comme le silicium ou le germanium. Et cela signifie que sa capacité à transporter une charge électrique est également supérieure.

Une autre propriété très intéressante de ce composé est sa haute taux de saturation. Ce paramètre reflète la vitesse maximale à laquelle les électrons peuvent traverser leur structure cristalline. Cette vitesse maximale est limitée par la diffusion subie par les électrons lors de leur déplacement.

Dans les bonnes conditions, la mobilité des électrons dans l’arséniure de gallium est beaucoup plus élevée que dans les semi-conducteurs tels que le silicium ou le germanium.

La conclusion la plus intéressante et la plus facile à comprendre de tout ce que nous avons vu jusqu’à présent est d’accepter que, lorsque les bonnes conditions sont réunies, les électrons ils bougent de plus en plus vite dans l’arséniure de gallium que dans le silicium. Et cette propriété a des répercussions très importantes.

L’un d’eux est que les transistors à l’arséniure de gallium peuvent fonctionner à fréquences supérieures à 250 GHz, ce qui est un chiffre assez impressionnant. De plus, ils sont relativement insensibles à la surchauffe et produisent moins de bruit dans les circuits électroniques que les dispositifs en silicium, notamment lorsqu’il est nécessaire de travailler à des fréquences élevées.

Jusqu’à présent, nous n’avons étudié que les propriétés les plus attractives de ce semi-conducteur, qui sont précisément celles dans lesquelles il a un avantage sur le silicium. Mais ce dernier élément a aussi ses atouts, et ils sont importants, donc le plus raisonnable est de considérer l’arséniure de gallium en complément du silicium, ou une alternative à cela dans certaines applications où il est nécessaire de travailler à des fréquences élevées.

Les nanotubes de carbone sont (presque) prêts pour le sauvetage

Les premiers transistors à nanotubes de carbone ont été produits par IBM il y a plus de deux décennies, nous rappelant qu’il ne s’agit pas vraiment d’une nouvelle technologie. Comme on peut le deviner, ce matériau est composé de feuilles très minces d’atomes de carbone qui adoptent une structure avec une géométrie tubulaire particulière.

Ce qui le rend si attrayant, c’est précisément qu’il est un excellent semi-conducteur, qui le postule comme un candidat idéal pour fabriquer des puces performantes qui, en plus, sur papier devraient avoir un rendement énergétique très élevé. Le chemin parcouru par cette technologie au cours des deux dernières décennies a été ardu, mais elle a connu un développement remarquable qui nous invite à considérer les nanotubes de carbone avec optimisme.

L’une des étapes les plus importantes a eu lieu au MIT (Massachusetts Institute of Technology) en 2019. Et, comme l’a rapporté la prestigieuse revue scientifique Nature à l’époque, un groupe de chercheurs de cette université a réussi à affiner un microprocesseur 16 bits composé entièrement de 14 000 transistors à nanotubes de carbone.

Chiplito

Il ne fait aucun doute que cette puce est très simple si nous la comparons aux microprocesseurs que nous pouvons actuellement trouver à l’intérieur de nos ordinateurs et téléphones portables, mais, même ainsi, cela représente une grande avancée si nous gardons à l’esprit que la puce à nanotubes de carbone est plus complexe qui avait été fabriqué quelques années plus tôt, en 2013, avait seulement 178 transistors.

De plus, les chercheurs du MIT ont réalisé quelque chose qui ajoute encore à leur réussite: pour fabriquer leur microprocesseur à nanotubes de carbone, ils ont utilisé exactement la même technologie de fabrication qui est utilisé dans la production des processeurs actuels. Et cela signifie que sa technologie devrait pouvoir être affinée et mise à l’échelle pour permettre la production de masse de puces plus complexes avec une relative facilité et dans les mêmes installations où les semi-conducteurs en silicium sont produits aujourd’hui.

L’un des principaux obstacles que la fabrication de puces avec des nanotubes de carbone doit surmonter est qu’il est difficile d’obtenir que ce matériau ait la pureté idéale.

L’un des principaux obstacles que la fabrication de puces avec des nanotubes de carbone doit surmonter, et ce qui les a empêchés d’être une alternative au silicium dans la pratique, est qu’il est difficile de réaliser que ce matériau avoir la pureté nécessaire. Actuellement, les nanotubes de carbone sont produits avec une pureté de 99,99%, et les chercheurs assurent que leur fabrication doit être affinée jusqu’à ce qu’elle nous permette d’atteindre une pureté de 99,999999%, donc, avec pas moins de six décimales.

En dehors de la science, il peut sembler que la différence entre ces deux chiffres est infime, mais ce n’est pas le cas. En fait, cette différence de pureté provoque les nanotubes de carbone arrête de te comporter comme un semi-conducteur, et devenir un métal. Et, logiquement, c’est un problème si on veut les utiliser pour produire des puces.

Dans tous les cas, si nous regardons un instant en arrière et réfléchissons d’où nous venons, nous pouvons être raisonnablement optimistes. Silicon promet de nous donner encore quelques années de service, et peut-être que pendant ce temps, les chercheurs pourront résoudre les défis ce qui soulève encore le développement de puces complexes utilisant des transistors à nanotubes de carbone. Croisons les doigts pour que nos attentes soient satisfaites.

45secondes est un nouveau média, n’hésitez pas à partager notre article sur les réseaux sociaux afin de nous donner un solide coup de pouce. ?