Prolongation de la loi de Moore : les incroyables promesses du transistor Bizen

Alors que les limites de finesse de gravure des composants électroniques sont en vue, une start-up britannique a mis au point un nouveau type de transistor qui permettrait d’augmenter la densité tout en accélérant et simplifiant les processus de production.

Le monde des semi-conducteurs va-t-il connaître une révolution dans la technique de production ? C’est ce que professe la start-up anglaise Search For the Next, qui a mis au point non pas une méthode de gravure plus fine des composants, mais carrément un nouveau type de transistor. Appelé « Bizen », il reprend des éléments de fonctionnement de la structure bipolaire à laquelle s’ajoute une diode Zener, qui tire parti de l’effet tunnel pour faire passer (ou non) le courant.

Pas simple, mais pour résumer, le transistor Bizen promet beaucoup, notamment de réduire le temps de production (et donc le coût) et d'augmenter la densité des transistors. Autrement dit permettre à l’industrie de continuer à suivre la loi de Moore (qui prédit le doublement des performances tous les 18 mois) tout en faisant baisser le prix des composants.

Pour comprendre cette promesse, il faut comprendre que le tous les processeurs de vos ordinateurs, tablettes, smartphones et autres voitures ont quelque chose en commun : la structure de leurs transistors et les fondamentaux de leur fabrication. S’ils sont très différents du point de l’architecture logique (x86, ARM, etc.), de la finesse de gravure (90 nm, 16 nm, 7 nm, etc.) ou des « variantes » de la nature des couches (FinFET, SOI, etc.), ils sont pour la plupart fabriqués par le biais de la technologie CMOS, acronyme anglais de Complementary Metal-Oxide Semiconductor.

Oui, l’acronyme « CMOS » que l’on utilise pour parler des capteurs photo fait référence à une technologie de production. Qui est fondamentalement la même que celle utilisée pour fabriquer la plupart des composants électroniques complexes (CPU, GPU, etc.) de vos appareils électroniques.

Effet tunnel : d’ennemi à allié

Le transistor Bizen fait appel à un effet de mécanique quantique appelé effet tunnel. Ce même effet tunnel qui limite la miniaturisation des composants produits selon la méthode CMOS est ici utilisé à son avantage. Loin d’être un terme réservé à la science-fiction, l’effet tunnel du transistor de Bizen est déjà mis en œuvre par les diodes Zener, des diodes qui peuvent faire passer le courant non pas dans un seul sens, comme les diodes « classiques », mais dans les deux sens. Généralement utilisée pour réguler la tension dans les circuits, la diode Zener sert ici à créer un courant stable dans le transistor et uniquement quand les conditions requises sont réunies. L’effet tunnel, ennemi du CMOS, devient un allié dans la production Bizen.

La première force (théorique) du transistor Bizen, c’est sa simplicité de conception par rapport au CMOS (ou MOS dans sa version primaire). Alors qu’il faut de nombreuses couches pour organiser (et isoler) correctement les transistors dans un circuit CMOS, les transistors Bizen, avec leur diode Zener aux commandes, occupent moins de place et requièrent moins de couches – pas besoin d’isolants, pas besoin de métaux, etc. Ainsi, Search For the Next promet des temps de développement et de production de circuits incroyablement plus courts que ceux impliquant une production CMOS : pour un circuit CMOS nécessitant 20 couches (et donc 20 masques de lithographie et 20 « passages »), il ne faudrait que 8 couches pour produire un circuit Bizen équivalent.

L’autre force, c’est qu’à finesse de gravure et nombre de couches équivalentes, la simplicité organisationnelle des transistors Bizen permet d’augmenter la densité de transistors dans les circuits (miniaturisation).

Des promesses… à démontrer

Adossé à la fonderie anglaise Semefab, Search For the Next promet de belles choses : des temps de fabrication de 80 à 90% plus rapides que les puces CMOS, la compatibilité avec le standard des outils de production actuels (Cadence PDK), etc. Mais il reste désormais à prouver que la production est possible et que les bénéfices sont bien réels. Il semble probable que l’industrie commence à tester ce procédé de fabrication avec des composants les plus simples – transistors à effet de champ (FET), processeurs basiques, etc. avant d’évaluer si les gains sont réels sur les puces les plus complexes.

Si c’est bien le cas, l’industrie pourrait alors s’en emparer pour repousser des limites de production CMOS, de plus en plus complexes à dépasser. Des géants comme Intel ont eu un mal fou à parvenir à graver en 10 nm quand le géant américain Global Foundries a tout bonnement repoussé aux calendes grecques la construction d’une usine en 7 nm. En clair : même si le transistor de Bizen ne fonctionne pas comme prévu, l’industrie des semi-conducteurs se doit de trouver de nouvelles technologies pour continuer à progresser au même rythme.

Source : Search for The Next via Hack a Day