Une puce à vol d’oiseau ressemble à Manhattan : voici comment ça marche

Si on la survole, une puce ressemble à une ville miniature d’une étonnante régularité sous forme de grilles de différentes couleurs. En fait, Cette façon de les concevoir est connue sous le nom de Manhattanet une puce est toujours une ville pour les électrons.

Les puces sont généralement encapsulées pour la manipulation et la protection. La meilleure option pour voir une puce est d’utiliser une carte bancaire avec une puce expirée. Ces cartes ont une surface dorée d’environ un centimètre carré. Il ne s’agit pas de la puce elle-même, mais des contacts par lesquels le lecteur de carte accède à la puce.

En pliant légèrement la carte et en la faisant levier avec votre ongle, vous pourrez retirer cette zone dorée, et en dessous nous découvrirons la puce : un petit carré mesurant entre un et deux millimètres de côté. Son apparence est très fade, mais il contient une grande magie qui ne peut être appréciée qu’au microscope (et pas n’importe quel microscope).

Pourquoi ça marche ?

Faisons quelques pas en arrière… presque jusqu’au Big Bang. Quatre forces fondamentales s’unissent dans la nature, et l’une d’elles est également fondamentale dans cette histoire. Ce n’est pas la gravité, ni les deux forces nucléaires (forte et faible) qui permettent l’existence des noyaux des atomes (permettent à la matière « d’être »). Il s’agit du force électromagnétique qui naît entre les charges électriques et qui « fonctionne » aussi bien sur de courtes que de longues distances.

Dans les plus courts, il complète les atomes avec les électrons qui entourent leurs noyaux. À long terme, elle permet de communiquer avec les ondes électromagnétiques.

Les électrons, la couche la plus externe des atomes, sont responsables des interactions entre eux, créant des molécules et des agrégations de celles-ci (permettant à la matière « d’être » et d’interagir).

Ces interactions, de nature électromagnétique, donnent lieu à une bonne partie des phénomènes physiques qui nous entourent, mais aussi chimiques et, par extension, biologiques… Nous sommes poussière d’étoiles et électromagnétisme. Et les puces utilisent l’électromagnétisme.

Dans le monde inorganique

Lorsque des atomes sont ajoutés pour former un matériau, leurs électrons les plus externes ils collectivisentet ces électrons pourront se déplacer plus ou moins librement en réponse à des stimuli électriques. S’ils le font facilement, le matériau est conducteur ; S’ils ne peuvent pas le faire, nous considérons que cela les isole. Si ce n’est ni l’un ni l’autre, nous avons affaire à un semi-conducteur.

Ce point médian, et surtout la possibilité de moduler sa conductivité (normalement vers le haut, en le dopant littéralement avec d’autres atomes qui lui donnent des électrons supplémentaires), en font un matériau instrumental pour la micro et la nanoélectronique. Là où il y a possibilité de changement, il y a toujours du jeu.

Il existe plusieurs matériaux semi-conducteursmais celui qui a donné naissance à la technologie derrière plus de 90 % des produits micro et nanoélectroniques est le silicium.

la ville

L’électronique vient bien sûr des électrons. Il donne son nom à la discipline qui permet de contrôler l’électricité (soit comme vecteur d’énergie, soit comme vecteur d’information) en utilisant l’électricité elle-même à travers des composants (résistances, condensateurs, diodes, transistors…) fabriqués à partir de ces matériaux de conductivité différente et celle d’une autre manière. ils influencent un courant électrique. Les circuits électroniques originaux étaient constitués de ces éléments discrets qui étaient assemblés un par un, en soudant leurs deux ou trois pattes, sur les circuits imprimés.

Ces plaques, de plus ou moins grande taille, sont toujours présentes dans tout appareil électronique. Aujourd’hui, nous pouvons voir de petits dés noirs à plusieurs pattes, ainsi que certains de ces composants discrets. Ce nombre élevé de jambes (entrées et sorties de signal) donne à penser que ce n’est pas un composant mais quelque chose de plus complexe qui est caché à l’intérieur.

Le circuit et ses dés

Et ce que cache cet intérieur, c’est une puce, une puce semi-conductrice dans laquelle l’équivalent d’un circuit imprimé a été fabriqué avec ses éléments individuels et connexions internes correspondants, mais miniaturisé et intégré. Un circuit dans le circuit, un peu à la manière des poupées russes.

« Étant donné » est un mot trompeur dans ce contexte. La « puce » semi-conductrice d’un circuit intégré est un carré dont les côtés varient de quelques millimètres à quelques centimètres et dont l’épaisseur ne dépasse pas un millimètre.

Il est clair que le nom micro ou nano ne vient pas de la taille de la puce, mais plutôt de la dimension latérale minimale qui peut être définie à l’intérieur lors de la fabrication du circuit intégré.

Il faut tenir compte du fait qu’une « grande » puce peut contenir à l’intérieur de l’ordre d’un milliard d’éléments (quelque chose de similaire à la population chinoise).

La limite du petit

Au fil du temps, la dimension minimale a été réduite régulièrement et progressivement. Dans les années 70, elle était d’environ 10 microns et elle est aujourd’hui d’environ 5 nanomètres. Pour vous donner des idées, un cheveu humain a environ 60 microns d’épaisseur, un micron est la taille d’une bactérie de taille moyenne et l’espace entre les deux brins hélicoïdaux d’ADN est d’environ trois ou quatre nanomètres.

Chaque nouvelle génération technologique (ou nœud, dans le jargon microélectronique) est définie par la valeur de cette dimension minimale. Et tous les deux ans environ, il est réduit de sorte que le nombre d’éléments pouvant être intégrés dans une puce, et donc la complexité de ce qu’elle peut faire, double : c’est ce qu’on appelle La loi de Moorequi semble atteindre sa limite.

L’apparition d’un nouveau nœud technologique n’implique pas la disparition des précédents. En fait, plus de 80 % des puces sont fabriquées avec les technologies de ces nœuds matures, mais la fabrication de 100 % des produits de pointe migre vers des nœuds avancés.

Résultat : notre Manhattan miniature devient de plus en plus avancé, plus petit et plus efficace. Et cela ne fait que commencer.