NANOTECHNOLOGIES

Les promesses de l'approche moléculaire

Pour autant que les succès de la miniaturisation en microélectronique soient spectaculaires, ils ne sont pas sans poser des problèmes. L'avantage de la microfabrication dite top down (du haut vers le bas) est que l'on a une architecture complètement connue par le dessin des interconnexions, du composant au circuit global, ce qui permet ensuite d'obtenir par la programmation toute fonctionnalité désirée. Le prix à payer est une difficulté grandissante à fabriquer les éléments par une « sculpture » de plus en plus fine et difficile dans le silicium. On recherche donc d'autres « paradigmes » de production, quitte à remettre en cause les procédés actuels de fabrication.

La démarche la plus audacieuse est d'aborder le problème de façon inverse, en fabriquant directement, par synthèse chimique, des composants électroniques (molécules ou édifices moléculaires), ayant par exemple un effet redresseur ou transistor dans le cas des T.I.C. Cette approche, par opposition à la précédente, est dite bottom up (du bas vers le haut). La taille du composant individuel est alors très réduite, sans doute proche des limites ultimes, et la fabrication se fait de manière massivement parallèle par réaction chimique. Rappelons qu'un centimètre cube contient quelque 10²⁰ molécules, donc autant de composants, tous semblables. La reproductibilité de la fabrication de chaque élément vient de l'excellente sélectivité de la réaction de synthèse chimique. Cela semble tout à fait séduisant. Cependant, pour obtenir une machine capable de traiter de l'information, un microprocesseur par exemple, il va falloir assembler un grand nombre de ces éléments moléculaires (de l'ordre du milliard) de façon parfaitement ordonnée.

Bien des progrès ont été effectués. Plusieurs systèmes moléculaires possèdent un caractère naturellement redresseur. Après avoir mis en évidence le premier effet transistor sur des nanotubes en 1999, une équipe d'I.B.M. a démontré en 2001 la possibilité de réaliser une structure possédant la fonction logique d'inversion grâce à un dopage sélectif de deux régions d'un nanotube. James Heath a démontré, en 2007, la faisabilité d'une mémoire de 160 kb (1kb = 1 000 b), mais dont seulement 25 p. 100 des composants fonctionnaient.

La fabrication bottom-up a donc encore bien des obstacles à franchir. On en est encore au stade de la nanoscience plutôt qu'à celui de la nanotechnologie : tout d'abord, on n'a pas encore de molécule qui constitue un « bon » composant, c'est-à-dire qui présente des caractéristiques équivalentes à celles d'un transistor en silicium (faible tension de commande, bon isolement entre l'entrée et la sortie, forte amplification...). Le positionnement de molécules sur des électrodes et l'établissement d'un bon contact électrique sont des problèmes encore mal maîtrisés. Pour passer à des systèmes permettant le traitement de l'information, il faudra aller bien plus loin : avoir des contacts électriques entre molécules fiables et reproductibles, élaborer des architectures stables dans le temps, que l'on pourra fabriquer avec un taux de défauts acceptable, définir les circuits d'entrée-sortie pour communiquer avec le monde extérieur, etc. La situation est exactement inverse de celle du silicium : ce dernier sert d'abord de support pour l'ensemble des fonctions et des interconnexions ; en électronique moléculaire, tous les éléments sont synthétisés « en vrac » et l'assemblage devient l'élément critique.