CIRCUITS INTÉGRÉS

Les circuits intégrés monolithiques (encore appelés puces, traduction de l'anglais chips) constituent l'approche la plus sophistiquée de la microélectronique. Leur origine technologique remonte à 1958, et leur importance économique et industrielle est devenue considérable. La miniaturisation de plus en plus poussée a permis d'augmenter la densité d'intégration qui se définit comme le rapport du nombre de transistors par unité de surface. On est maintenant capable de réaliser des circuits appelés circuits VLSI (very large scale integration) pouvant abriter des centaines de millions de composants. Le volume du cœur d'un ordinateur a ainsi été réduit de plusieurs dizaines de mètres cubes à celui d'un ongle de petit doigt. Parallèlement, la masse de l'ordinateur lui-même est passée de plusieurs tonnes à quelques grammes, sa consommation électrique de plusieurs mégawatts à quelques watts, et finalement sa puissance de calcul de quelques centaines d'opérations élémentaires par seconde à près d'un milliard aujourd'hui (cf. ordinateurs). L'essor de l'informatique est lié, pour une large part, à l'augmentation constante de l'intégration des circuits intégrés. Ces derniers sont exploités dans de nombreux domaines, notamment dans le contrôle de processus physiques pour des applications industrielles (industrie automobile, spatiale...), médicales et domestiques. Leur grande fiabilité et leur faible consommation d'énergie ont permis d'étendre leur champ d'utilisation dans tous les secteurs de l'activité humaine. Ils sont désormais présents dans les montres numériques, les calculatrices, les codeurs et les décodeurs de son et de vidéo, les téléphones mobiles, les agendas électroniques, les outils de navigation par satellite, ou encore les organes artificiels. Et une quantité d'autres applications restent à inventer.

Définition

Un circuit intégré se définit par opposition à un circuit discret. Dans un circuit discret, chaque composant ou « élément de circuit » possède son propre substrat et l'interconnexion est réalisée à l'aide de fils externes. À l'inverse, un circuit intégré correspond à un unique substrat (d'où le terme monolithique) de matériau semi-conducteur – la conductivité électrique d'un semi-conducteur est intermédiaire entre celles des métaux (bons conducteurs) et celle des isolants –, le plus souvent du silicium, sur lequel sont implantés les composants électroniques élémentaires (transistors, résistances, capacités, inductances) et les fils d'interconnexion. L'ensemble – les composants et les fils – réalise une fonction précise : amplificateur, processeur, mémoire, etc. Les circuits sont assemblés sur des circuits imprimés (printed circuit board ou PCB) pour réaliser un équipement donné, telle une carte mère d'ordinateur ou une carte vidéo.

En pratique, les circuits à très haute intégration, comme les processeurs ou les mémoires, sont composés quasi exclusivement de transistors. Le degré d'intégration d'un circuit dépend du nombre d'équivalents transistors de tous les composants (ou tout simplement du nombre de transistors, puisque 99 p. 100 des composants sont des transistors) qui le constituent. Une classification par degré d'intégration a été établie : on parle de small scale integration (SSI) lorsque la puce possède moins d'une dizaine de composants ; de medium scale integration (MSI) lorsqu'elle en contient quelques centaines ; de large scale integration (LSI) pour quelques milliers de composants intégrés ; et de very large scale integration (VLSI) au-delà. Le terme ultra large scale integration (ULSI) est également utilisé pour les circuits comprenant plus d'un million de composants.