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Le transistor se rénove

Ridha Loukil

Avec une nouvelle grille, l'élément de base des circuits intégrés ouvre la voie à de nouvelles miniaturisations.

Le transistor Cmos (Complementary Metal Oxide Semiconductor),

élément miniature à la base des circuits intégrés électroniques, va connaître sa première grande révolution depuis son invention en 1947. De quoi rendre possible la poursuite de la loi de Moore au-delà de la limite actuelle de la technologie et ouvrir la voie à de nouvelles miniaturisations. Cette révolution, annoncée par Intel, est également à l'oeuvre chez IBM, Sony, Toshiba ou NEC.

À l'image d'un interrupteur électrique, un transistor Cmos se compose d'une source, d'un drain et d'une grille. Selon sa tension électrique, la grille agit comme un bouton de commande, en bloquant ou laissant passer le courant entre la source et le drain. C'est ainsi que le transistor offre les deux états binaires du traitement numérique. L'état bloquant correspond à 0 et l'état passant à 1.

La grille se compose de trois couches minces : une isolante en silice, une en silicium polycristallin et une en métal à faible résistivité. La couche isolante joue un rôle primordial. Elle doit laisser passer le champ électrique, indispensable pour relier la source et le drain. Mais pas le courant électrique. Or, elle devient si mince qu'elle ne peut plus empêcher les fuites de courant, sources d'échauffement et de perte d'énergie.

 

Augmenter l'épaisseur de la couche isolante

 

Aujourd'hui, les circuits intégrés les plus évolués sont réalisés avec une finesse de gravure de 65 nm. La couche isolante en silice mesure seulement 1,2 nm d'épaisseur, soit à peine cinq couches d'atomes. On ne peut l'épaissir, ce qui réduirait les fuites mais diminuerait les performances des transistors. La solution consiste à remplacer la silice par un composé d'hafnium, un isolant à constante diélectrique jusqu'à six fois plus élevée. De la sorte, il devient possible d'augmenter l'épaisseur de la couche tout en améliorant le passage du champ électrique. Une couche plus épaisse donne de la marge pour passer à des gravures plus fines : 45 nm puis 32 nm.

Oxyde ou silicate de hafnium ? Les industriels restent discrets sur la nature du composé qu'ils utilisent. Intel ne précise pas, non plus, le type d'alliage remplaçant la couche de silicium polycristallin. Il indique que les simulations effectuées avec une couche isolante de 3 nm à base d'hafnium montrent une réduction des fuites de courant par un facteur 100, sans altérer la capacité à laisser passer le champ électrique.

Intel prévoit de sortir dès cette année le premier microprocesseur avec ce composé en gravure de 45 nm. IBM attend 2008.

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