Les Nanotechnologies : - Page personnelle de Christian J. Bordé

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Les Nanotechnologies 24 novembre 2002Finalement, on peut remarquer que l’expérience du développement des produits déjàaboutis démontre qu’il ne faut pas s’effrayer de la subtilité, de la complexité, et du niveau decontrôle nécessaires pour aboutir à la réalisation des produits qui constituent les objectifs dela nanotechnologie. La sophistication des outils actuels et les progrès constants auxquels onassiste tant dans les domaines scientifiques que technologiques démontrent que cesobjectifs sont réalistes, et que lorsque les systèmes développés seront produits en masse,ils pourront l’être à faible coût.Il faut cependant raison garder : suivant les cas, la mise en œuvre peut venir très vite,comme lorsque l'application fait appel à des composants individuels (cf. les têtes à MRG, leslasers à puits quantiques) ou bien nécessiter des développements lourds, où denombreuses étapes sont critiques (cf. l'électronique moléculaire pour le traitement universelde l'information).2.4. Quelques domaines d'importance des nanotechnologiesPour apprécier la diversité des manières dont les points durs sont abordés dans lesdifférents domaines techniques, nous allons détailler d’abord quelques exemples pris dans ledomaine des technologies de l’information et de la communication, et qui permettront de voirquelles sont les différentes façons dont les nanotechnologies peuvent avoir un impactprofond sur des domaines techniques entiers. Nous présenterons ensuite plus rapidementquelques exemples empruntés à d’autres domaines.2.4.1 Les nanotechnologies de l’information et de la communicationDans ce domaine, les chercheurs et les ingénieurs ont forgé les nanotechnologies suivanttrois grandes approches. La première consiste à diminuer de plus en plus les dimensionsdes objets fabriqués : c’est le cas des transistors dont on poursuit la réduction desdimensions caractéristiques jusqu’à atteindre –pour des prototypes– des largeurs de grillesde commande de l’ordre de 20 nm. La deuxième solution consiste à tenter de mettre enplace des assemblages hiérarchiques d’objets nanoscopiques présentant des propriétésremarquables, comme les nanotubes de carbone. Il faut alors tenter de pousser cesassemblages jusqu'à l’échelle macroscopique. La dernière solution consiste enfin à exploiterles propriétés de phénomènes nouveaux qui apparaissent à l ‘échelle nanométrique, commecela a été le cas pour les lasers à semi-conducteurs.La miniaturisationEn ce qui concerne la première approche (le « top-down »), l’état de l’art est déjàremarquable. Un circuit électronique actuel intègre déjà plus de 100 millions de transistors eton fabrique en parallèle quelques dizaines de ces circuits sur la même plaquette de silicium.Les extrapolations de la « roadmap» pour les mémoires laissent entrevoir des densitésd’intégration 1000 fois supérieures dans les 15 prochaines années. Les mêmes tendancessont extrapolées pour les autres composants.L’ensemble de la topologie des circuits est rendue critique par cette baisse continue desdimensions, en particulier pour l'intégrité des interconnexions sur un même circuit. Du coup,au delà des dimensions des circuits eux-mêmes, c'est l'ensemble de la chaîne de fabricationqui devient une technologie nanométrique. C'est ainsi que les machines de lithographieoptique actuelles, les « steppers », ont une précision mécanique de positionnement del'ordre de 8 nm, et ce pour des plaquettes de silicium de 300 mm de diamètre. La poursuiteAcadémie des technologies, 28 rue Saint Dominique, Paris 7 ème 10Tel : 33 1 53 85 44 44/ Fax : 33 1 53 85 44 45Mail :http://www.academie-technologies.fr
Les Nanotechnologies 24 novembre 2002de la miniaturisation au rythme actuel pose des problèmes pour lesquels, à l’horizon de cinqans environ, on n’entrevoit pas de solution. Cela impliquera des changements d’architectureet/ou l’introduction de procédés nouveaux.L’électronique moléculaireMalgré ses succès ininterrompus, la miniaturisation a donc des limites, puisque l'on sculptedans un grand volume de matière des motifs de plus en plus petits, avec des difficultéscroissantes et des investissements de plus en plus lourds. Il faut à terme repensercomplètement le paradigme de la micro fabrication, et on tente maintenant d’aborder leproblème de façon inverse en fabriquant des molécules ayant des fonctionnalitésélectroniques à l'échelle de la molécule unique, telles que effet redresseur ou transistor(approche « bottom up »). La taille en est bien évidemment très réduite, sans doute prochedes limites ultimes, et la reproductibilité vient de l'excellente sélectivité de la réaction desynthèse chimique.Les années récentes ont vu des progrèsremarquables. Par exemple, de nombreuxsystèmes chimiques possèdent uncaractère redresseur, en particulier lesnanotubes de carbone coudés danslesquels les chiralités différentes des demitubes font que l'un possède un caractèremétallique et l'autre un caractère semiconducteur.Ainsi, après avoir mis enévidence le premier effet transistor sur desnanotubes en 1999, une équipe d'IBM adémontré qu’il était possible de réaliserune porte inverseur en 2001 grâce à undopage sélectif de deux régions d'unnanotube. Même si les principes de basesemblent maintenant établis, il rested'immenses défis à résoudre avant quel'électronique moléculaire devienne uneLes nanotubes de carbone sont des objetsnanométriques nouveaux. Le contrôle précis deleur structure atomique leur confère des propriétésvariées que l’on apprend à maîtriser. En revanche,leur connexion à des électrodes isolées reste untour de force qui rend difficile l’élaboration d’unearchitecture complexe.réalité. Par exemple, le positionnement de molécules sur des électrodes et l'établissementd'un contact électrique sont des problèmes globalement mal maîtrisés. Pour passer à dessystèmes permettant le traitement de l'information, il faudra pourtant aller bien plus loin :avoir des contacts électriques entre molécules fiables et reproductibles, élaborer desarchitectures stables dans le temps, que l’on pourra fabriquer avec un taux de défautsacceptable, mettre au point des systèmes de corrections d'erreur, définir les circuitsd'entrée/sortie, etc.L’exploitation des phénomènes nouveauxLa troisième approche des nanotechnologies pour le traitement de l'information et descommunications repose sur l'exploitation des nouveaux effets apparaissant lorsque l'ondiminue les dimensions. Ces nouveaux effets permettent une accélération sensible desperformances des systèmes lorsque les dispositifs les exploitant s'intègrent naturellement,en tant qu'objets individuels, dans la chaîne de l'information et permettent de s'affranchir despoints durs déterminant les performances.Académie des technologies, 28 rue Saint Dominique, Paris 7 ème 11Tel : 33 1 53 85 44 44/ Fax : 33 1 53 85 44 45Mail :http://www.academie-technologies.fr
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