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Tuer le silicium : à l’intérieur du laboratoire de puces informatiques à nanotubes de carbone d’IBM – High-teK.ca

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Au Watson Research Center d’IBM à Yorktown Heights, New York, certains des meilleurs physiciens, chimistes et nanoingénieurs du monde tentent de créer le premier processus de puce informatique à nanotubes de carbone à haute densité et auto-assemblage. De la même manière que Jack Kilby de Texas Instruments a découvert le procédé VLSI monolithique pour fabriquer des puces en silicium en 1958, IBM veut désespérément trouver le procédé qui permet la création de puces à nanotubes de carbone.

Dans la prochaine décennie – ou à peu près; les poteaux de but continuent de changer – le silicium devrait atteindre un barrage routier de miniaturisation. À un moment donné, nous ne pourrons tout simplement pas réduire la taille des transistors au silicium. Lorsque cela se produira, quelques matériaux se bousculeront pour combler le vide, notamment le silicium-germanium, l’arséniure de galium et diverses formes de carbone (nanotubes, nanofils, graphène). En théorie, les puces informatiques fabriquées à partir de nanotubes de carbone sont extrêmement souhaitables – elles seraient plusieurs fois plus rapides que le silicium, utiliseraient moins d’énergie et pourraient se réduire à quelques nanomètres seulement. En pratique, travailler avec des nanotubes de carbone — tout comme graphène – s’avère plutôt difficile. Il est parfois facile d’oublier que nous avons des décennies d’expérience et des milliards de dollars de R&D investis dans le silicium ; l’expertise avec de nouveaux matériaux ne sera pas facile.

Patins métalliques, recouvrant des nanotubes de carbone (au milieu)

Des progrès sont toutefois en cours. Exemple : IBM a maintenant réussi à créer une puce de transistor de 10 000 nanotubes de carbone, au-dessus d’une plaquette de silicium standard (photo du haut). Ceci est important pour deux raisons. Premièrement, le processus utilisé est très similaire aux processus de fabrication de puces de silicium existants – et lorsque vous parlez d’une industrie d’un billion de dollars avec des investissements considérables en capital dans la technologie du silicium, c’est une très bonne chose. Deuxièmement, IBM rapporte que sa densité de nanotubes de carbone positionnés individuellement est supérieure de deux ordres de grandeur aux efforts de tout autre groupe de recherche.

Il y a encore beaucoup de travail à faire, cependant. Les transistors à nanotubes sont actuellement espacés de 150 nm, ce qui est beaucoup plus loin que dans les puces en silicium et devra être réduit pour atteindre la densité de fonctionnalités requise. L’autre problème est que la puce entière de 10 000 transistors n’a actuellement qu’une seule grille – la tranche de silicium elle-même. Chaque transistor s’allume et s’éteint en même temps. Pour résoudre ce problème, les IBMers doivent ajouter des électrodes à chacun des nanotubes de carbone – une étape qui entrave également les transistors à base de graphène. C’est l’une des étapes clés sur lesquelles IBM, et probablement Intel et d’autres mastodontes du silicium, travaillent actuellement.

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Vous trouverez ci-dessous quelques images supplémentaires de la puce informatique à nanotubes de carbone d’IBM et du processus de fabrication.

Les nanotubes de carbone sont produits en brûlant du carbone avec un arc électrique.  Environ un quart de la suie est constituée de nanotubes.

Les nanotubes de carbone sont produits en brûlant du carbone avec un arc électrique. Environ un quart de la suie est constituée de nanotubes.

Une fois la plaquette gravée avec des tranchées, elle reçoit deux bains liquides pour déposer les nanotubes de carbone

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Un IBMer, faisant glisser la plaquette de transistor à nanotubes de carbone dans une machine de test

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Sondes électriques noires, testant les transistors à nanotubes de carbone (non visibles)

Sondes électriques noires, testant les transistors à nanotubes de carbone (non visibles)

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Document de recherche: doi:10.1038/nnano.2012.189 – « Intégration haute densité de nanotubes de carbone par auto-assemblage chimique »

[Image credit: Andrew Sullivan]

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