MICROÉLECTRONIQUE

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Les limites physiques aux circuits intégrés

À partir des trois éléments de base des circuits intégrés (transistor, résistance et condensateur), toutes les fonctions requises par « l'intelligence » informatique peuvent être réalisées (fig. 7). Plus les éléments fabriqués seront de petite taille, plus on pourra en intégrer sur une seule puce. L'augmentation de la miniaturisation se traduit donc, depuis le milieu des années 1970, par une puissance de calcul toujours croissante. Quelles sont les limites physiques au bon fonctionnement des éléments et des interconnexions ?

Architecture des ordinateurs

Diaporama : Architecture des ordinateurs

Architecture des ordinateurs et éléments permettant d'effectuer les opérations liées à l'architecture. En a, structure de l'ordinateur et enchaînement des instructions données par la mémoire d'instructions au rythme de l'horloge. Les deux fonctionnalités nécessaires au fonctionnement de... 

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Pour simplifier, les effets physiques de la diminution de taille des éléments des circuits intégrés sont analysés en introduisant un paramètre a de diminution de l'échelle des éléments, qui passent d'un taille 1 à une taille 1/a (fig. 8). Par cette « loi d'échelle », la taille linéaire des éléments décroît de a et leur densité surfacique augmente de a2. On en déduit alors, le fonctionnement du transistor se faisant à champ électrique accélérateur constant entre la source et le drain (donc à vitesse v des électrons constante), que le potentiel électrique de commande du transistor décroît de a. Si cette loi d'échelle était parfaitement respectée (ce qui n'est pas le cas, comme on va le voir plus loin), la vitesse d'un composant – déterminée, en première approximation, par le temps mis par un électron pour passer, sous la grille de longueur LG, de la source au drain, soit LG / v – croîtrait d'un facteur a. Ainsi, pour un circuit intégré de surface donnée, la réduction des dimensions de ces éléments d'un facteur 10 (= 10), permet d'augmenter sa « puissance logique » (produit du nombre de composants par leur vitesse individuelle) d'un facteur 1 000 (100 pour la densité des transistors et 10 pour leur vitesse). L'intérêt est donc de réduire les dimensions jusqu'aux limites du « bon » fonctionnement du transistor comme « interrupteur parfait » (fig. 9)  : cela suppose à la fois qu'il ait une très faible résistance au passage du courant en position « fermée » (tension de grille VG=tension « 1 » logique), qu [...]

Évolution des circuits

Dessin : Évolution des circuits

Évolutions des circuits : largeur lithographique des traits, nombre de bits par mémoire DRAM, nombre de transistors par microprocesseur, fréquence d'horloge. On constate que les performances sont bien meilleures que celles qui sont simplement prédites par la diminution de la largeur de trait... 

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Interrupteur parfait

Diaporama : Interrupteur parfait

Fonctionnement du transistor comme interrupteur « parfait ». En a, pour ne pas conduire quand il est ouvert, le transistor possède une barrière de potentiel au passage des électrons entre source et drain ; ces barrières sont obtenues en dopant le silicium avec des impuretés qui vont... 

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Microélectronique : transistor à effet de champ.

Microélectronique : transistor à effet de champ.
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Microélectronique : connectique

Microélectronique : connectique
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Microprocesseur : le Pentium. 4

Microprocesseur : le Pentium. 4
Crédits : Intel .

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Microprocesseur

Microprocesseur
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Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au C.N.R.S., École polytechnique, Palaiseau, professeur au Materials Department de l'université de Californie à Santa Barbara

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Pour citer l’article

Claude WEISBUCH, « MICROÉLECTRONIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 septembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/microelectronique/