Debout, les transistors!

D’ordinaire, les transistors sont allongés à la surface des galettes de silicium. Ce n’est évidemment pas la meilleure façon d’optimiser l’espace. Et les ingénieurs qui s’évertuent à entasser toujours plus de transistors pour respecter la prophétie de Gordon Moore, co-fondateur d’Intel, ne savent plus à quels saints se vouer. Depuis 1965, l’industrie parvient tous les 18 mois à doubler le nombre de transistors de ses puces, et il lui est de plus en plus difficile de conserver le rythme. Aujourd’hui, les meilleurs composants sont dessinés avec une précision de 180 nm, soit 2 millièmes de l’épaisseur d’un cheveu. Bientôt, il faudra être capable de descendre à 130 nm, puis 100 nm, 70 nm etc. Après plus de 20 ans de recherches, les chercheurs des Bell Labs affirment détenir une solution « révolutionnaire ». Ils sont enfin parvenus à fabriquer des transistors « verticaux » efficaces. Une technologie qui permettrait à l’industrie de faire un pas de géant.

Dans les usines des fondeurs, les transistors sont gravés par millions au coeur de galettes de silicium. Le dessin des circuits est projeté par un système optique sur une surface sensible à la lumière, avant d’être « révélé » par des procédés chimiques. Simple et efficace, cette méthode devient de plus en plus difficile à mettre en oeuvre au fur et à mesure que l’on diminue la dimension des éléments. L’idée de renverser le mode de fonctionnement des transistors ne date pas d’hier. Les scientifiques savent depuis longtemps que s’il est difficile de dessiner petit, il est aisé de déposer des couches ultra-minces. Les physiciens sont même capables de fabriquer des couches de l’épaisseur d’un atome, autrement dit inférieure au nanomètre.

Graver un processeur aujourd’hui, c’est, à peu de chose près, vouloir tracer le trait le plus fin possible avec un gros pinceau; Impossible de faire mieux que sa largeur. Avec un faisceau de lumière, c’est la même chose, on ne peut obtenir de trait plus étroit que la longueur d’onde du laser utilisé. Pourtant, si on observe le résultat du coup de pinceau en coupe, apparaît une ligne aussi fine que l’épaisseur de peinture déposée. La technique employée aux Bell Labs s’inspire de la métaphore en empilant de très minces couches de matériaux pour construire les transistors..

L’un des principaux paramètres qui conditionne les performances du transistor est la largeur de la porte (gate en anglais). Placé dans la partie supérieure du transistor horizontal, cet élément contrôle le passage du courant à l’intérieur du transistor. La largeur de la porte est liée à la dimension la plus petite que l’on peut produire en projetant une image sur le silicium. Une largeur qu’il est difficile de contrôler avec la précision souhaitable. Dans les transistors verticaux, la porte peut être aussi fine que l’on souhaite et d’épaisseur parfaitement régulière. La porte obtenue aux Bell Labs ne mesure plus que 50 nanomètres, moins de la moitié de celle des transistors gravés des meilleures puces actuelles. Et les chercheurs espèrent rapidement descendre à 30nm.

Comme c’est souvent le cas avec les bonnes idées, le transistor des Bell Labs dispose d’autres atouts dans sa besace. Construire des transistors verticaux permet, par exemple, de placer deux portes, à droite et à gauche, au lieu d’une placée au-dessus. Cela revient, à peu de choses près, à doubler sa vitesse de fonctionnement. De plus, la méthode de fabrication permet de repousser en fin de parcours le dépôt de la couche isolante indispensable pour éviter les fuites de courant. Autrement dit une fois que les procédés à haute température ont été appliqués. Du coup, certains matériaux isolants écartés en raison de leur sensibilité à la chaleur pourront revenir sur le devant de la scène pour remplacer la silice, jugée trop perméable à faible épaisseur.