La nanoélectronique ne peut être que quantique - CEA

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ADu monde macroscopique au nanomonde, ou l’inverse…Afin de se représenter plus aisémentles dimensions des objetsmicro et nanoscopiques*, il est pratiquede procéder à des comparaisonset courant de faire correspondre différenteséchelles, par exemple celle dumonde du vivant, de la molécule àl’homme, et celle des objets manipulésou fabriqués par lui (figure). Cettecorrespondance entre “artificiel” et“naturel” permet, par exemple, de voirque des nanoparticules fabriquéesartificiellement sont plus petites quedes globules rouges.Un autre mérite de cette juxtapositionest d’illustrer les deux grandes façons*Du grec nano qui signifie “tout petit”et est utilisé comme préfixe pour désignerle milliardième (10 -9 ) d’une unité. Enl’occurrence, le nanomètre (1 nm = 10 -9 m,soit un milliardième de mètre) est l’unitéreine du monde des nanosciences et desnanotechnologies.Tranche de silicium de 300 mm réalisée par l’Alliance Crolles2, illustration de la démarchetop-down actuelle de la microélectronique.Artechniqued’élaborer des objets ou des systèmesnanométriques : la voie descendante(top-down) et la voie ascendante(bottom-up). Deux chemins mènent eneffet au nanomonde : la fabricationmoléculaire, qui passe par la manipulationd’atomes individuels et laconstruction à partir de la base, etl’ultraminiaturisation, qui produit dessystèmes de plus en plus petits.La voie descendante est celle du mondeartificiel, qui part de matériaux macroscopiques,ciselés par la main del’homme puis par ses instruments: c’estelle qu’a empruntée l’électroniquedepuis plusieurs dizaines d’années,principalement avec le silicium commesubstrat, et ses “tranches” (wafers)comme entités manipulables. C’estd’ailleurs la microélectronique qui alargement contribué à donner à cettevoie le nom anglais sous laquelle elleest connue. Mais il ne s’agit plus seulementd’adapter la miniaturisation dela filière silicium actuelle, mais ausside prendre en compte, pour s’en prémunirou les utiliser, les phénomènesphysiques, quantiques en particulier,qui apparaissent aux faibles dimensions.La voie ascendante peut permettre depasser outre ces limites physiques etaussi de réduire les coûts de fabrication,en utilisant notamment l’autoassemblagedes composants. C’est elleque suit la vie en pratiquant l’assemblagede molécules pour créer des protéines,enchaînement d’acides aminésque des super-molécules, les acidesnucléiques (ADN, ARN), savent faire produireau sein de cellules pour formerdes organismes, les faire fonctionner etse reproduire tout en se complexifiant.Cette voie, dite “bottom-up”, vise à organiserla matière à partir de “briques debase”, dont les atomes eux-mêmes sontles plus petits constituants, à l’instardu monde vivant. La nanoélectroniquedu futur cherche à emprunter cette voied’assemblage pour aboutir à moindrecoût à la fabrication d’éléments fonctionnels.Les nanosciences peuvent ainsi êtredéfinies comme l’ensemble des recherchesvisant à la compréhension despropriétés (physiques, chimiques etbiologiques) des nano-objets ainsiqu’à leur fabrication et à leur assemblagepar auto-organisation.Les nanotechnologies regroupent l’ensembledes savoir-faire qui permettentde travailler à l’échelle moléculairepour organiser la matière afin deréaliser ces objets et matériaux, éventuellementjusqu’à l’échelle macroscopique.
A(Suite)mondevivantmoléculequelques ÅCEAADN3,4 nmM. Freeman/Photolinkvirus0,1 µmGeostockglobule rouge5µmD. R.cheveu 50 µm(diamètre)grain de pollen10 µm à 20 µmE. Pollard/PhotolinkIBM Researchpuce1mmE. Pollard/Photolinkfourmi1cmFrédéric Balleneggerpapillon5cmPat Powers and Cherryl Schaferhomme2mS. Wanke/Photolinkvoieascendante“bottom-up”0,1 nm1 nm10 nm 100 nm 1µm 10 µm 100 µm 1mm 1cm 10 cm 1mnanomonde10 -10 m 10 -9 m 10 -8 m 10 -7 m 10 -6 m 10 -5 m 10 -4 m 10 -3 m 10 -2 m 10 -1 mvoiedescendante“top-down”atome1 nmboîte quantique5 nmA. Ponchet, CNRS/CEMESnanoparticule10 nmnanotransistor20 nmCEA/DRFMC/J.-M. PénissonCEA-Letitransistor“Cooper”1µminterconnexionsde circuit intégré1-10 µmCEA-LetiCEA-Letimicrosystème10-100 µmTronicsArtechnique/CEApuce de carte1cmtéléphoneportable 10 cmD. Michon-Artechnique/CEAvéhiculeindividuel 2 mPSA-Peugeot Citroënmondeartificiel
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