Microélectronique et nanoélectronique
La microélectronique et la nanoélectronique sont des sous-domaines de l'électronique dans lesquels les dimensions nominales des composants électroniques sont de l'ordre de 0,1 à 100 micromètres (microélectronique) ou inférieures à 100 nanomètres (nanoélectronique). La puissance de stockage des mémoires des appareils électroniques de pointe d'aujourd'hui a pu être atteinte grâce à l'augmentation significative de la densité des micropuces. Diminuer la taille des transistors à effet de champ permet de placer davantage de composants sur les circuits intégrés, donnant ainsi des appareils électroniques plus puissants avec un rendement énergétique plus élevé, un poids plus faible et une consommation réduite.
Selon la loi de Moore, le nombre de transistors que l'on peut disposer sur une seule et même puce doit doubler tous les deux ans. Depuis cette projection en 1965, la technologie de fabrication des semiconducteurs a soutenu cette vitesse de progression et révolutionné l'industrie. Cependant, le rythme de l'abaissement des dimensions tend à diminuer, et le principal défi en termes de fabrication des composants électroniques à l'échelle submicrométrique est la conception des grilles des transistors, qui contrôlent l'écoulement du courant dans le canal. Plus les composants électroniques sont petits, plus ils sont difficiles à fabriquer. Les effets physiques et quantiques altèrent les propriétés des matériaux de l'échelle macrométrique à l'échelle nanométrique, ce qui influence les interactions interatomiques et les propriétés mécaniques quantiques.
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L'arrivée de matériaux innovants, des nanotubes de carbone, des nanotubes de nitrure de bore, des points quantiques et des additifs au graphène, a permis de faire progresser la miniaturisation en nanotechnologie et en microtechnologie. Ces matériaux ainsi que d'autres matériaux nouveaux peuvent être manipulés et mis en forme avec une précision extraordinaire à la plus petite des échelles. De nouvelles technologies permettent de déposer en couches les matériaux électroniques selon une épaisseur précise, même jusqu'à l'échelle atomique. La technologie de fabrication des dispositifs semiconducteurs en films minces utilise des matériaux conducteurs, semiconducteurs et isolants pour obtenir des capacités avancées en gros volumes et à très faible coût. Les méthodes de fabrication modernes pour la nanoélectronique incluent la lithographie (modelage des contours), la gravure, le dépôt de films minces et le dopage.
Les nouveaux domaines de recherche se concentrent sur de nouvelles approches en nanotechnologie et sur les effets mécaniques quantiques. L'électronique moléculaire utilise des molécules individuelles comme composants électroniques pour établir un contact électrique avec des électrodes de grande taille. La spintronique, ou électronique de transport de spin, manipule les propriétés du spin des électrons avec des champs magnétiques et électriques, ce qui donne un courant à spin polarisé qui procure de plus grandes vitesses de transfert de données et une capacité de stockage, une densité de mémoire et une puissance de traitement supérieures à ce que l'on peut atteindre avec la charge électrique seule.
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