MICROÉLECTRONIQUE

La microélectronique et l'informatique n'en finissent pas de surprendre par leurs performances dans les domaines tant technique qu'économique. De nombreux secteurs d'activité ont été profondément modifiés par leurs impacts et de nouvelles avancées, qui révolutionneront les modes de vie des hommes, sont encore attendues. Inventé vers 1975 et commercialisé en masse à partir de 1980, le micro-ordinateur est produit, au début du xxi^e siècle, à quelque 200 millions d'exemplaires par an. La téléphonie mobile compte 600 millions de nouveaux appareils par an et l'accès à Internet est possible sur pratiquement toute la planète. Déjà première industrie mondiale en volume d'activité devant l'automobile depuis 1990, l'électronique connaît une croissance de 10 p. 100 par an depuis le début du xxi^e siècle, alors que les autres industries (à l'exception des biotechnologies) sont en faible progression, en stagnation, voire en légère récession, la croissance économique hors électronique se produisant essentiellement du côté des services. Cette croissance de l'industrie électronique a trois origines : une grande sophistication des produits existants, ce qui entraîne un renouvellement rapide des marchés (que l'on songe à l'évolution de la télévision passant du noir et blanc à la couleur, complété du magnétoscope, du caméscope, du vidéodisque) ; l'apparition incessante de nouveaux marchés (l'exemple le plus éclatant étant la téléphonie mobile, de loin le plus grand facteur de croissance du secteur des télécommunications avec Internet) ; enfin, la pénétration par l'électronique de bien d'autres secteurs d'activité tels que l'automobile, le bâtiment, etc.

À l'origine et au cœur de l'explosion de l'industrie électronique se situent bien sûr la microélectronique et la numérisation de l'information, des signaux et des images. La profondeur de la percée est telle que le prix Nobel 2000 de physique a récompensé, entre autres, l'Américain Jack Kilby pour l'invention du circuit intégré en 1958. Il est à noter que ce prix est fondé sur le brevet du circuit intégré et non pas, comme à l'habitude, sur des publications scientifiques. C'est un cas unique où le concept nouveau porte bien plus sur l'application que sur la création de nouvelles connaissances.

Face à cette prodigieuse percée d'un monde qui n'existait pratiquement pas au début des années 1960, on cherche à évaluer le progrès réalisé et à entrevoir ce que réserve l'avenir. Quels sont les fondements physiques et technologiques de cette révolution ? Comment décrire la performance actuelle ? Quels ont été les moyens qui ont permis d'y parvenir ? Où sont les limites de l'extrapolation « raisonnée » des réalisations actuelles ? Y-a-t-il des percées conceptuelles qui permettraient d'aller encore bien plus loin ?

Trois moteurs : le transistor, le circuit intégré et le microprocesseur

Le transistor, un interrupteur quasi parfait (1947-1960)

L'idée d'interrupteur (relais électrique) solide commandé par une tension électrique appliquée remonte au début du xx^e siècle, avec des brevets décrivant correctement le fonctionnement du transistor à effet de champ dès 1923 (fig. 1a). Cet effet « transistor », c'est-à-dire le contrôle d'un courant à travers un morceau de matériau semiconducteur par une tension appliquée sur une grille de commande, a cependant nécessité de longs travaux durant les années 1930 et 1940. Il a fallu maîtriser la purification des semiconducteurs, contrôler l'incorporation de dopants et, plus fondamentalement, mieux comprendre les barrières d'énergie qui existent au sein des semiconducteurs dopés de manière inhomogène ou bien aux interfaces métal-semiconducteur. Des études ont également été menées sur les effets de surface qui étaient alors mal maîtrisés et tendaient, à l'origine, à masquer tous les autres phénomènes.

Microélectronique : transistor à effet de champ.

Transistor à effet de champ. En a, principe de fonctionnement d'un transistor à effet de champ. Le passage de courant dans un « canal » conducteur est contrôlé par un champ électrique appliqué par une électrode (la « grille ») placée au-dessus du canal. Ce dernier est constitué... 

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C'est par une démarche délibérée de recherche d'un tel relais solide que les laboratoires Bell d'American Telephone and Telegraph (A.T.T.), alors monopole des télécommunications américaines, se sont lancés dans l'exploration du transistor dès 1936. Leur analyse prospectiviste montrait que l'accroissement du trafic téléphonique serait tel que les réseaux seraient constamment en panne vu leur taille et la mauvaise fiabilité des commutateurs de l'époque, qu'ils soient à relais électromécaniques ou à [...]

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Microélectronique : transistor à effet de champ.
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