Pas de limites aux circuits intégrés sur silicium
À l'ère de la magie du silicium, les technologies de fabrication des circuits se renouvellent de plus en plus vite. Au moment même où vous déballez votre tout nouveau portable ou appareil photo numérique, la technologie utilisée pour sa fabrication est déjà dépassée. Mais une solution se profile afin de résoudre ce problème. Des chercheurs du projet PICMOS, financé par l'UE à hauteur de 2,5 millions d'euros, ont développé de nouvelles technologies pour fabriquer et associer des micro lasers semi-conducteurs avec des guides d'ondes en silicium, afin de réaliser de nouvelles connexions optiques, puissantes et efficaces. Actuellement, les différentes parties des circuits intégrés sont reliées par de très fins fils de cuivre, dont les limitations vont bientôt se répercuter sur la vitesse de traitement des circuits. Depuis le début de la technologie des circuits intégrés, la miniaturisation n'a cessé de progresser, le nombre de transistors par unité de surface doublant en moyenne tous les deux ans. Mais les puces à base de galettes de silicium s'approchent de leurs limites, car les propriétés physiques résultant de l'échelle nanométrique des circuits commencent à interférer avec leurs performances. Ainsi le transfert des données dans les circuits est ralenti; en effet, elles sont envoyées sous forme d'électrons, via des fils de cuivre appelés interconnexions cuivre. «Les interconnexions par fils de cuivre imposent de sévères limitations aux performances des circuits intégrés sur silicium», déclare Dries Van Thourhout, du Photonics Research Group de l'université de Gand (Belgique) et de l'IMEC, un centre belge d'études sur la micro et la nanoélectronique à ICT Results. «Il est difficile de transmettre les données par ces interconnexions avec une vitesse suffisante et un rendement énergétique convenable. C'est un problème de bande passante et le cuivre ne pourra pas gérer la puissance de traitement des circuits de demain.» L'utilisation de connexions optiques serait bien plus intéressante, car la transmission des données se ferait à l'aide de photons au lieu d'électrons. Ces interconnexions pourraient être bien plus efficaces, tout en consommant une puissance égale ou inférieure. Au lieu de circuler dans des fils de cuivre, les données passeraient par des guides d'ondes optiques, faits de silicium plutôt que de verre. «De nombreuses études ont montré qu'il est possible de graver des guides pour photons dans le silicium», ajoute le Dr Van Thourhout. «C'est un grand avantage car on peut utiliser le même substrat et les mêmes technologies que pour fabriquer le circuit intégré. Mais il présente toutefois un inconvénient: il est extrêmement difficile de faire émettre de la lumière au silicium.» Le projet s'est également intéressé au développement de lasers au phosphate d'indium, gravés à un diamètre de 7µm, ce qui permettrait d'en intégrer plusieurs milliers sur un carré de silicium de 2cm de côté. Ces lasers pourraient avoir de nombreuses applications, par exemple comme détecteurs de déformation dans des capteurs optiques miniaturisés, ou à des fins de fabrication de biocapteurs optiques très sensibles. Pour l'instant, le coût de fabrication des lasers est trop élevé pour une production en masse, mais les résultats des recherches sont encourageants. Le projet WADIMOS, également financé par l'UE, est destiné à prendre la suite de PICMOS.