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Du vide pour doper les processeurs

Ridha Loukil

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Du vide pour doper les processeurs

Sur cette coupe de circuit intégré conçu par IBM, apparaissent des espaces "vides" entre les pistes de cuivre. Ces trous ont une fonction d'isolant.

© D.R.

En utilisant le vide comme isolant entre les pistes d'interconnexion, IBM espère booster de 35 % la vitesse de ses microprocesseurs.

Sans passer à une gravure plus fine, IBM repousse les limites de la loi de Moore soit en augmentant de 35 % la vitesse de ses processeurs, soit en réduisant de 15 % leur consommation de courant. Comment ? Simplement en isolant les pistes d'interconnexion en cuivre, internes à la puce, par des "trous d'air". Aboutissement de dix ans de recherche, cette technologie arrive à maturité. Selon Big Blue, qui en a démontré la faisabilité sur son dernier processeur Power 6, elle est prête à passer au stade industriel, sans grandes modifications du procédé actuel Cmos utilisé pour la fabrication des puces électroniques.

Avec la miniaturisation récurrente en microélectronique, l'isolant entre les pistes d'interconnexion devient de plus en plus fin et donc de moins en moins efficace contre les fuites de courant. Ces pertes se traduisent par une dissipation thermique croissante qui chauffe la puce et freine la montée de la cadence de fonctionnement.

La réponse traditionnelle à ce problème consiste à faire appel à un matériau à capacité d'isolation plus grande. Mais, du fait de la miniaturisation, cette approche se heurte aujourd'hui à des limites. De plus en plus petits, les éléments isolants deviennent de plus en plus fragiles et donc plus poreux face aux électrons. D'où le besoin de passer à une technologie nouvelle.

Or le vide constitue l'isolant ultime. En effet, les électrons ont besoin de la matière pour circuler. Pas de matière, pas de courant électrique. Pour le mettre en oeuvre, IBM s'inspire de la nature en observant le phénomène de formation des coquillages, des flocons de neige ou de l'émail des dents. Dans ce processus naturel, la matière obtenue présente une structure parfaitement poreuse, avec des "trous d'air" à l'échelle nanométrique. L'appellation "trous d'air" sert juste d'image, puisqu'il s'agit en réalité de trous... vides.

Première application industrielle en 2009

Big Blue transpose ce procédé en microélectronique. Ses chercheurs ont réussi la synthèse d'un composé polymère qui, en s'étalant sur la surface de la tranche de silicium, comble les espaces entre les pistes de cuivre et prend naturellement une structure poreuse. Pas besoin ni de photolithographie, ni de gravure chimique, deux procédés complexes et coûteux nécessaires aujourd'hui pour déposer l'isolant classique.

Le géant américain reste discret sur la nature du composé polymère mis en oeuvre. Dans son usine avancée de semiconducteurs à East Fishkill (État de New York), l'application expérimentale de cette technologie sur des tranches de 300 mm se traduit par la création de milliards de trous de 20 nm de diamètre, jusqu'à cinq fois plus petits que les géométries possibles avec les techniques de photolithographie et gravure actuelles. IBM affirme avoir démontré la reproductibilité du procédé à l'échelle industrielle avec de bons rendements. Il prévoit de l'appliquer à la fabrication de ses propres circuits intégrés courant 2009, avant d'en faire bénéficier ses clients comme AMD.

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