La nanoélectronique ne peut être que quantique - CEA

D (Suite)dopées (p ou n), séparées par une mincecouche de semi-conducteur inversementdopée. L’assemblage de deux semiconducteursde types opposés (jonctionp-n) permet de ne faire passer le courantque dans un sens. Qu’ils soient de typen-p-n ou p-n-p, les transistors bipolairessont fondamentalement des amplificateursde courant, commandés par uncourant de grille (1) : ainsi dans un transistorn-p-n, la tension appliquée à la partiep contrôle le passage du courant entreles deux régions n. Les circuits logiquesutilisant des transistors bipolaires, appelésTTL (Transistor Transistor Logic), sontplus consommateurs de courant que lestransistors à effet de champ, qui présententun courant de grille nul en régimestatique et sont commandés par l’applicationd’une tension.Ce sont ces derniers, sous la forme MOS(Métal oxyde semi-conducteur), quicomposent aujourd’hui la plupart descircuits logiques du type CMOS (C pourcomplémentaire) (2) . Sur un cristal desilicium de type p, deux régions de typen sont créées par dopage de la surface.Appelées là aussi source et drain, cesdeux régions ne sont donc séparées quepar un petit espace de type p, le canal.Sous l’effet d‘une tension positive surune électrode de commande placéeau-dessus du semi-conducteur et quiporte tout naturellement le nom de grille,les trous sont repoussés de sa surfaceoù viennent s’accumuler les quelquesélectrons du semi-conducteur. Un petitcanal de conduction peut ainsi se formerentre la source et le drain (figure).Lorsqu’une tension négative est appliquéesur la grille, isolée électriquementpar une couche d’oxyde, les électronssont repoussés hors du canal. Plus latension positive est élevée, plus larésistance du canal diminue et plus cedernier laisse passer de courant.Dans un circuit intégré, les transistors etles autres composants (diodes, condensateurs,résistances) sont d’origine incorporésau sein d’une “puce” aux fonctionsplus ou moins complexes. Le circuit estconstitué d’un empilement de couchesde matériaux conducteurs ou isolantsdélimitées par lithographie (encadré E,La lithographie clé de la miniaturisation,p. 37). L’exemple le plus emblématiqueest le microprocesseur placé au cœurdes ordinateurs et qui regroupe plusieurscentaines de millions de transistors (dontla taille a été réduite par 10000 depuisles années 1960) et bientôt un milliard,ce qui amène les industriels à fractionnerle cœur des processeurs en plusieurssous-unités travaillant en parallèle!Le tout premier transistor.Transistor 8 nanomètres développépar l’Alliance Crolles2 réunissantSTMicroelectrronics, Philips et FreescaleSemiconductor.STMicroelectronicsLucent Technologies Inc./Bell Labs(1) Figurent dans cette catégorie les transistors de type Schottky ou à barrière Schottky qui sont des transistors à effet de champ comportant unegrille de commande de type métal/semi-conducteur qui améliore la mobilité des porteurs de charge et le temps de réponse au prix d’une plus grandecomplexité.(2) On parle alors de transistor MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).