L’électronique inspirée des origamis pour prolonger la loi de Moore
La loi de Moore est un principe fondamental dans le domaine de l’électronique depuis près de 60 ans. Elle stipule que le nombre de transistors sur une puce informatique doublera tous les deux ans, sans que le coût de production de la puce n’augmente beaucoup. Pourtant, cette règle d’échelle approche aujourd’hui de ses limites économiques et physiques. L’empilement des transistors est une solution prometteuse pour l’avenir, les transistors étant placés en 3D les uns sur les autres. Cependant, les systèmes actuels sont confrontés à leurs propres restrictions, telles que des durées de vie courtes et une limite au nombre de couches pouvant être empilées. Dans le cadre du projet ORIGENAL financé par l’UE, les chercheurs ont mis au point un nouveau concept d’emballage 3D pour les transistors, inspiré de l’origami, l’ancienne technique japonaise de pliage du papier pour créer des œuvres d’art. La nouvelle approche utilise des transistors intégrés dans une feuille mince, qui peut être pliée et façonnée pour créer des structures en 3D à l’aide d’un nouvel outil de pliage. Grâce à cette technique, des milliers de couches peuvent être empilées les unes sur les autres, ce qui pourrait prolonger la loi de Moore de quelques décennies.
L’électronique inspirée de l’origami
L’idée originale de l’intégration dense de transistors en 3D a été inspirée par les condensateurs électrolytiques, qui sont essentiellement des feuilles enroulées qui créent une forme cylindrique finale. «Il s’agit d’une approche très simple, rapide et efficace pour passer de la 2D à la 3D», explique Daniel Neumaier, titulaire de la chaire Smart Sensor Systems à l’université de Wuppertal. La difficulté d’utiliser cette approche pour les circuits électroniques réside dans le fait que les interconnexions sont perpendiculaires à la feuille. «Dans le cas de l’enroulement, la difficulté réside dans le fait que le diamètre change continuellement, ce qui rend les interconnexions très difficiles», explique Daniel Neumaier, coordinateur du projet ORIGENAL. L’équipe a donc commencé à envisager d’autres méthodes de pliage, comme l’origami, et a évalué les machines et processus existants dans différents domaines, notamment l’électronique souple, les cellules photovoltaïques à couches minces et l’emballage alimentaire, où l’on manipule des feuilles minces. «Pour les interconnexions, nous avons exploré des processus de fabrication de via de feuilles et d’alignement des différentes tranches», explique Daniel Neumaier. «L’ensemble de ces éléments a permis de concevoir l’outil de pliage.»
Développement d’un transistor à couche mince
Dans le cadre de ce projet, l’équipe a également mis au point une technologie de transistor à couche mince (TFT) sur un substrat mécanique flexible à base de semi-conducteurs 2D. «La technologie TFT développée est déjà considérée comme une solution prometteuse pour les futurs dispositifs logiques par l’industrie des semi-conducteurs, en Europe et dans le monde entier», ajoute Daniel Neumaier. «Comme nous travaillons en étroite collaboration avec les principaux acteurs du secteur des semi-conducteurs en Europe, les connaissances et l’expérience ont été diffusées de manière adéquate», ajoute-t-il.
Révolutionner le domaine de l’informatique logique
Si cette technologie est susceptible de prolonger la loi de Moore dans un avenir lointain, sa mise au point et sa commercialisation prendront du temps. «La mise sur le marché d’une approche aussi révolutionnaire pour les dispositifs logiques est une entreprise de longue haleine qui nécessitera d’importants efforts de recherche pour devenir compétitive par rapport aux solutions existantes», fait remarquer Daniel Neumaier. À court terme, l’équipe envisage des dispositifs de capteurs flexibles comme scénario d’application potentiel, où les différents composants du système de capteurs sont réalisés sur des feuilles individuelles et empilés pour former le système final. «Cette approche nous permettra d’utiliser la meilleure technologie disponible pour chaque composant, et le défi technique pour l’empilage est limité, puisqu’il ne s’agit pas ici d’empiler des milliers de couches, mais seulement quelques unes», explique Daniel Neumaier.
Mots‑clés
ORIGENAL, origami, électronique, ordinateur, puce, loi de Moore, transistors, pliage, informatique logique