Clefs n°59 été 2010
Clefs n°59 été 2010
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de été 2010

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 160

  • Taille du fichier PDF : 16,5 Mo

  • Dans ce numéro : les matériaux au coeur du processus d'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 122 - 123  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
122 123
Des matériaux pour les technologies de l’information et de la santé Tranches de germanium sur isolant (GeOI). Substrat réalisé par le procédé Smart cut TM (en bas) et tranche avec puce (en haut). conducteur 120 CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 sandwich avec une tranche de silicium massif, une couche mince d’oxyde (oxyde enterré/Burried OXide ou BOX) et une autre couche mince de silicium où se réalisent les composants. Inventeur du procédé Smart Cut TM, le Leti et son partenaire Soitec figurent en tête de la course à la performance menée autour des différents substrats SOI. Cette position prépondérante s’explique par le Un transistor, comment ça marche ? Le transistor MOS (pour Metal Oxide Semi-conductor), c’est le composant de base de la microélectronique. Il en existe deux sortes qui se distinguent en fonction du type de dopage utilisé pour le silicium qui entre dans leur composition. lignes métalliques grille source drain contacts type de travaux menés dans ce laboratoire, à savoir une recherche couplée composants/substrats qui va encore plus loin dans la poursuite de la loi de Moore. Grâce au procédé Smart Cut TM, des circuits très performants et à très basse consommation ont pu voir le jour. Poussé plus loin, ce procédé devrait permettre de réduire l’épaisseur des couches d’oxyde et de silicium pour conserver les performances des canaux très courts, tout en améliorant leur contrôle électrostatique par l’utilisation du substrat lui-même comme électrode – d’où l’appellation de substrats UTBox (pour Ultra Thin Box). De nouveaux sandwiches, composés d’autres matériaux que le silicium, devraient naître du procédé Smart Cut TM. Leur mission sera d’améliorer la mobilité des porteurs en induisant des contraintes (sSOI pour Strained Silicon On Insulator) ou en améliorant les propriétés des transistors de type « P » avec du germanium, un élément qui présente une meilleure mobilité des porteurs de charge positive (GeOI). Enfin, le procédé Smart Cut TM, et plus généralement les procédés de report de couches minces, favorisent la poursuite de la loi de Moore, avec l’approche More than Moore, dans deux domaines : les fonctions périphériques du circuit CMOS et les composants de puissance. Dans ce cas, il s’agit soit de reporter des matériaux fonctionnels sur des circuits en silicium (par exemple, le transfert de couches monocristallines de matériaux piézoélectriques) pour réaliser des filtres de radiofréquence, soit de transférer les couches actives sur des substrats transparents (pour• Le transistor NMOS (pour Negative Metal Oxide Semi-conductor) s’obtient à partir d’une tranche de silicium de type « P » (figure a), à laquelle viennent s’ajouter deux zones de type « N » réalisées par l’implantation de dopant : il s’agit du drain et de la source Figure a. À gauche, schéma de principe d’un transistor MOS (Metal Oxide Semi-conductor) et à droite, coupe d’un transistor MOS. Artechnique/CEA grille diélectrique silicium CEA
la réalisation d’imageurs) ou sur des substrats bons conducteurs thermiques (pour des composants de puissance). Et demain ? Les processeurs les plus avancés utilisent la technologie 45 nm et l’étape suivante, à 32 nm, devrait aboutir dans le courant de l’année 2010. Le Leti travaille déjà sur les générations suivantes : 22 nm, 16 nm et 11 nm. À ces échelles, le canal d’un tran - sistor MOS ne se compose plus que d’une centaine d’atomes mis bout à bout. Sachant que les niveaux de dopage du silicium s’établissent à un atome sur 10 000 environ, deux questions interrogent aujourd’hui les chercheurs : où l’atome de dopant se situet-il dans le canal ? Voire même, en existe-t-il au moins un ? Et pourtant, même à ces dimensions, tout laisse à penser que les performances des transistors atteindront celles fixées par la feuille de route de l’ITRS. Mais, une fois atteint le seuil d’un atome unique, qu’adviendra-t-il des travaux des chercheurs ? Sans doute devront-ils concevoir d’autres matériaux et découvrir d’autres effets physiques pour rester en tête de la course à la performance sur les matériaux du futur. Le carbone pourrait bien figurer comme un bon candidat au podium, d’où les études qu’il suscite déjà. Ainsi, sous forme de graphène, une feuille d’hexagones de carbone, à peine épaisse d’un atome, peut se comporter, soit comme un métal, soit comme un matériau semi -conducteur. En effet, un électron peut s’y déplacer sans perte, à la manière d’un solide lancé par où vont entrer et sortir les électrons. Entre ces deux électrodes, une troisième vient s’insérer. Appelée « grille », elle définit le canal du transistor. Elle se compose d’une couche isolante (l’oxyde de grille) recouverte d’un conducteur métallique. En l’absence de tension appliquée à la grille, le canal de type « P » forme deux diodes avec le drain et la source, dont l’une s’oppose au passage du courant. Dans ce cas, comme dans celui d’une tension négative, le transistor reste fermé. En revanche, avec une tension positive sur la grille, celle-ci repousse les trous du silicium de type « P », créant ainsi le canal qui permettra le passage du courant entre la source et le drain. Le transistor est alors ouvert.• Le transistor PMOS (pour Positive Channel Metal Oxide Semiconductor) se réalise comme le NMOS à ceci près que le substrat de silicium y est de type « N » tandis que le drain et la source sont de type « P ». Ce transistor s’ouvre par application d’une tension négative sur sa grille. Il est possible d’associer un NMOS et un PMOS pour former un inverseur CMOS (pour Complementary MOS). Dans cette technologie, un des deux transistors reste bloqué tandis que l’autre est passant. En changeant la polarité de la commande A, on fait changer celle de la sortie Q (figure b). Ainsi, à la commutation de l’inverseur, aucun courant ne circule dans le dans le vide qui se déplacerait indéfiniment : il n’en a coûté que l’énergie de le lancer. Enroulé sur elle-même, une telle feuille de graphène prend le nom de nanotube de carbone, un matériau capable de réaliser des inter connexions très efficaces, voire même de former le canal d’un transistor. Sous sa forme de diamant, le carbone se positionne comme un excellent isolant électrique, doté d’une conductivité thermique élevée, utilisable pour élaborer des substrats innovants alternatifs au SOI. Déjà, le SOD (Silicon on Diamond) s’annonce comme capable de gérer la forte densité de chaleur générée par le fonctionnement des circuits intégrés. Au-delà des matériaux, d’autres effets traduiront, sans doute, les « 0 » et les « 1 » sur lesquels est basée toute l’informatique. Grâce à la spintronique, des ordinateurs d’un type nouveau verront bientôt le jour. Dans la course aux technologies de l’information, les chercheurs sont toujours parvenus à détourner les limites physiques des matériaux pour les utiliser à leur avantage. Il semblerait que cette course ne soit limitée que par l’imagination humaine. Nous ne sommes donc pas près d’en voir la fin ! > Jean-Jacques Aubert, Thierry Billon, Laurent Clavelier, Olivier Demolliens, Jean-Michel Hartmann, Didier Louis et François Martin Institut Leti (Laboratoire d’électronique et des technologies de l’information) Direction de la recherche technologique CEA Centre de Grenoble système. Le passage du courant, et donc la dépense d’énergie, n’intervient qu’en phase de commutation. Cette propriété assure une très basse consommation et une grande immunité au bruit – d’où son succès. tension d’alimentation positive entrée A sortie Q tension d’alimentation négative Figure b. Schéma d’un inverseur CMOS. CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 121



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Clefs numéro 59 été 2010 Page 1Clefs numéro 59 été 2010 Page 2-3Clefs numéro 59 été 2010 Page 4-5Clefs numéro 59 été 2010 Page 6-7Clefs numéro 59 été 2010 Page 8-9Clefs numéro 59 été 2010 Page 10-11Clefs numéro 59 été 2010 Page 12-13Clefs numéro 59 été 2010 Page 14-15Clefs numéro 59 été 2010 Page 16-17Clefs numéro 59 été 2010 Page 18-19Clefs numéro 59 été 2010 Page 20-21Clefs numéro 59 été 2010 Page 22-23Clefs numéro 59 été 2010 Page 24-25Clefs numéro 59 été 2010 Page 26-27Clefs numéro 59 été 2010 Page 28-29Clefs numéro 59 été 2010 Page 30-31Clefs numéro 59 été 2010 Page 32-33Clefs numéro 59 été 2010 Page 34-35Clefs numéro 59 été 2010 Page 36-37Clefs numéro 59 été 2010 Page 38-39Clefs numéro 59 été 2010 Page 40-41Clefs numéro 59 été 2010 Page 42-43Clefs numéro 59 été 2010 Page 44-45Clefs numéro 59 été 2010 Page 46-47Clefs numéro 59 été 2010 Page 48-49Clefs numéro 59 été 2010 Page 50-51Clefs numéro 59 été 2010 Page 52-53Clefs numéro 59 été 2010 Page 54-55Clefs numéro 59 été 2010 Page 56-57Clefs numéro 59 été 2010 Page 58-59Clefs numéro 59 été 2010 Page 60-61Clefs numéro 59 été 2010 Page 62-63Clefs numéro 59 été 2010 Page 64-65Clefs numéro 59 été 2010 Page 66-67Clefs numéro 59 été 2010 Page 68-69Clefs numéro 59 été 2010 Page 70-71Clefs numéro 59 été 2010 Page 72-73Clefs numéro 59 été 2010 Page 74-75Clefs numéro 59 été 2010 Page 76-77Clefs numéro 59 été 2010 Page 78-79Clefs numéro 59 été 2010 Page 80-81Clefs numéro 59 été 2010 Page 82-83Clefs numéro 59 été 2010 Page 84-85Clefs numéro 59 été 2010 Page 86-87Clefs numéro 59 été 2010 Page 88-89Clefs numéro 59 été 2010 Page 90-91Clefs numéro 59 été 2010 Page 92-93Clefs numéro 59 été 2010 Page 94-95Clefs numéro 59 été 2010 Page 96-97Clefs numéro 59 été 2010 Page 98-99Clefs numéro 59 été 2010 Page 100-101Clefs numéro 59 été 2010 Page 102-103Clefs numéro 59 été 2010 Page 104-105Clefs numéro 59 été 2010 Page 106-107Clefs numéro 59 été 2010 Page 108-109Clefs numéro 59 été 2010 Page 110-111Clefs numéro 59 été 2010 Page 112-113Clefs numéro 59 été 2010 Page 114-115Clefs numéro 59 été 2010 Page 116-117Clefs numéro 59 été 2010 Page 118-119Clefs numéro 59 été 2010 Page 120-121Clefs numéro 59 été 2010 Page 122-123Clefs numéro 59 été 2010 Page 124-125Clefs numéro 59 été 2010 Page 126-127Clefs numéro 59 été 2010 Page 128-129Clefs numéro 59 été 2010 Page 130-131Clefs numéro 59 été 2010 Page 132-133Clefs numéro 59 été 2010 Page 134-135Clefs numéro 59 été 2010 Page 136-137Clefs numéro 59 été 2010 Page 138-139Clefs numéro 59 été 2010 Page 140-141Clefs numéro 59 été 2010 Page 142-143Clefs numéro 59 été 2010 Page 144-145Clefs numéro 59 été 2010 Page 146-147Clefs numéro 59 été 2010 Page 148-149Clefs numéro 59 été 2010 Page 150-151Clefs numéro 59 été 2010 Page 152-153Clefs numéro 59 été 2010 Page 154-155Clefs numéro 59 été 2010 Page 156-157Clefs numéro 59 été 2010 Page 158-159Clefs numéro 59 été 2010 Page 160