Une architecture de nanofils pour booster nos ordinateurs

Valerio Piazza étudie les semi- conducteurs. Il s’intéresse en particulier aux nanostructures des matériaux semi-conducteurs, les nanofils. Ses recherches, au Laboratoire des matériaux semi-conducteurs, doivent répondre à la saturation attendue des transistors. En effet, la microfabrication a permis la production de dispositifs informatiques aux dimensions réduites comme les smartphones ou les smartwatches. Et des transistors, il y en a partout, dans les voitures, les feux de signalisation, les cafetières. Malheureusement, la miniaturisation des transistors est très proche de la limite de saturation. « Les grands défis que nous devons relever aujourd’hui sont liés aux ordinateurs afin de surpasser ce point de saturation, notamment, au travers de nanostructures et de nanofils, » explique Valerio Piazza Lauréat 2020 du Prix Scientifique Piaget.

La récente augmentation des performances informatiques est intimement liée aux progrès de la micro-fabrication. En diminuant leur taille, il est possible d'obtenir plus de transistors par unité de surface, ce qui conduit à une plus grande puissance de calcul. Comme les ordinateurs classiques sont limités par la taille de leur transistor, de nouvelles approches sont à l'étude comme les nanofils, des nanostructures qui pourraient devenir de nouveaux transistors pour des ordinateurs quantiques.

Un ordinateur classique est constitué de composants électroniques et, de circuits électriques. Les bits correspondent à des charges électriques circulantes qui traduisent le passage d’un courant électrique ou son absence. Le système quantique, lui, n’a pas deux états possibles - ouvert, fermé - comme le système électrique, il en a une infinité d’états. Dans l’ordinateur quantique on parle de Qubits, ils représentent la plus petite unité de stockage d'information. Et c’est à l’échelle sub-micrométrique que le chercheur poursuit ses investigations.

Gallium, aluminium, indium, nitrogène, phosphore, arsenic : les nanofils horizontaux, car il en existe des verticaux, sur lesquels travaille Valerio Piazza sont composés des groupes 3 et 5 des atomes de la table périodique. « Chaque étape de notre recherche comporte des défis. Nous nanostructurons le substrat, nous créons le matériau et voulons augmenter la qualité de nos cristaux. Enfin, nous caractérisons nos nanofils afin d’optimiser leurs propriétés électriques. »

Aujourd’hui, les transistors mesurent autour de 10 nanomètres. Les nanofils (horizontaux) ont la même taille mais peuvent avoir des paramètres électriques supérieurs selon la qualité des cristaux. En dessinant des nanoconducteurs sur les surfaces du substrat d’une façon très spécifique, le chercheur crée des motifs différents qui permettent de tester la structure pour la rendre plus performante : « Pensez à une autoroute, si vous n’avez qu’une voie, vous aurez un début et une fin, s’il y a plusieurs branches cela permet de rejoindre chaque point du pays et plus loin encore. » En d’autres termes, on crée un réseau. Dans les mois à venir Valerio Piazza va se concentrer sur les facteurs nécessaires pour améliorer le processus.