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nanoélectronique

Technologie de fabrication des circuits intégrés dans lesquels la dimension des éléments se mesure en nanomètres.

De la microélectronique à la nanoélectronique

La nanoélectronique peut être considérée comme une évolution logique de la microélectronique, dont l'objectif est la fabrication de circuits intégrés, familièrement appelés « puces électroniques ». Ce secteur d'activité à haute valeur ajoutée est communément désigné sous le nom d'« industrie du semi-conducteur », en référence aux matériaux de base de la microélectronique, tels que le silicium. Dopée par une informatique en constante évolution, l'industrie électronique a connu, en un demi-siècle, une miniaturisation sans précédent. Il suffit de se rappeler que les premiers ordinateurs, construits au moyen de relais téléphoniques et de lampes à vide, étaient d'immenses machines (de plusieurs mètres cubes) ayant une puissance de calcul à peine comparable à celle d'une calculette moderne. Aujourd'hui, un microprocesseur de quelques millimètres carrés contient des millions de transistors.

Cependant, la miniaturisation bute à présent sur des limites physiques : tant que la taille du composant – transistor, résistance, etc. – reste supérieure au dixième de micromètre (1 dix-millième de millimètre), il se comporte comme un composant électronique classique. En deça de cette taille, les lois de la physique changent : celles qui régissent le monde de l'« infiniment petit » – décrites par la physique quantique – ne sont pas les mêmes que celles qui gouvernent le monde macroscopique dans lequel nous évoluons. À l'échelle du nanomètre, les phénomènes quantiques apparaissent. Par exemple, lorsqu'un courant électrique transite dans un circuit électronique classique, il suit les chemins qui le conduisent de composant en composant selon un ordre bien déterminé. Mais, lorsque des composants sont distants de quelques nanomètres seulement, les électrons (particules qui composent le courant électrique) sont capables de sauter d'un composant à son voisin, même s'ils ne sont pas reliés l'un à l'autre. Ce phénomène est appelé « effet tunnel ».

Les produits de la nanoélectronique

Malgré ces difficultés, on a déjà mis au point certains nanocomposants. Ceux-ci ne ressemblent en rien aux composants classiques. Il existe ainsi des boîtes quantiques capables d'emprisonner un seul électron et de le restituer au moment voulu, qui pourraient servir de mémoire aux ordinateurs du futur ; des nanocâbles achemineraient les électrons un par un, sans pertes ; des nanoparticules magnétiques pourraient elles aussi jouer le rôle de mémoires, etc.

Malheureusement, les chercheurs n'ont pas encore trouvé la manière d'assembler ces nanocomposants pour créer de véritables nanocircuits. Car, à cette échelle, on ne peut utiliser les techniques classiques de gravure des microprocesseurs, comme la lithographie. Ce problème est au cœur du défi des nanotechnologies : le développement de la nanoélectronique exige au préalable que l'industrie parvienne à produire en série des nanocircuits à un coût compétitif.