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RÉSUMÉ
Au sein du milieu scientifique, la nanoélectronique est un axe privilégié par la recherche. En effet, elle représente un enjeu technologique majeur pour faire face aux multiples défis technologiques lancés par la miniaturisation des dispositifs. L’idée est de promouvoir l’interdisciplinarité entre la physique, la chimie, la biologie, etc. Cet article propose une étude de la nanoélectronique qui permet d’ouvrir une porte sur le nanomonde. L’électronique ultime est abordé à travers le transistor monoélectron. Les filières émergentes sont ensuite analysées : composants quantiques, électroniques de spin et moléculaire, et nouvelles architectures.
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INTRODUCTION
Au-delà d'un prolongement naturel de la microélectronique vers les basses dimensions et les très hautes fréquences, la nanoélectronique représente un enjeu technologique majeur. Selon les prévisions, cette (r)évolution se situe à l'horizon 2020 pour le milieu économique, c'est-à-dire aujourd'hui dans les laboratoires de recherche.
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Filières émergentes : du composant à l'architecture
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2. Électronique ultime : vers le transistor monoélectron
La technologie MOS-silicium domine le marché de la microélectronique. Ce constat restera-t-il vrai en nanoélectronique ? Sûrement, pour au moins encore quelques décennies. De leur côté, les transistors III-V gardent comme domaine réservé les très hautes fréquences. Dans un cas comme dans l'autre, la miniaturisation pose les mêmes défis technologiques et des réponses similaires sont apportées : le recours aux hétérostructures tout d'abord, puis une réflexion sur des géométries originales.
2.1 CMOS ultime. Les briques rouges de la roadmap
Jusqu'alors et en suivant la loi de Moore, les générations successives de transistors MOS suivent une loi d'échelle sur les grandeurs principales telles que la longueur de grille, les épaisseurs d'oxyde de grille et/ou du canal semi-conducteur. En dépendent les tensions de seuil, d'alimentation, les courants de fuite et autres grandeurs électriques. D'un point de vue physique, des effets du second ordre deviennent prépondérants à ces dimensions là, comme les effets de canaux courts, le courant par effet tunnel à travers la grille, etc. L'édition 2003 de l'ITRS chiffre les objectifs à atteindre jusqu'en 2018, où la longueur de grille devrait être diminuée jusqu'à 10 nm. En proportion, l'épaisseur équivalente d'oxyde de grille ne devrait pas dépasser 0,9 nm. Dans les tableaux des caractéristiques électriques à atteindre pour conserver des performances équivalentes aux circuits actuels apparaissent alors un certain nombre de « briques rouges » signifiant qu'aucune solution industrielle n'est connue à ce jour. Ces briques rouges commencent à apparaître dès les générations devant voir le jour en 2008. Le maintien des courants de fuite par la grille à des valeurs faibles est un exemple des défis à relever. Aujourd'hui, le CEA-LETI et ST Microelectronics présentent des dispositifs avec des longueurs de grille de l'ordre de 40 nm.
Une solution avancée pour dépasser ces limites intrinsèques sans modifier la structure du MOS est le recours aux matériaux dits à haute constante diélectrique. L'augmentation...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(2) - WICHMANN (N.), DUSZYNSKI (I.), WALLART (X.), BOLLAERT (S.), CAPPY (A.) - InAlAs-InGaAs double-gate HEMTs on transferred substrate. - IEEE Electron. Device Letters, 25(6), 354-6 (2004).
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(3) - GAIDIS (M.C.), PICKETT (H.M.), SMITH (C.D.) et coll - A 2.5 THz receiver front end for spaceborne applications. - IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, 48(4), 733-9 (2000).
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