Non, aucunement. Vous aviez déjà compris qu’ils étaient primordiaux dans les processeurs et qu’ils faisaient tout le travail. Et pour faire cela, ils sont plusieurs centaines de millions sur chaque die. On comprend donc assez facilement que tout le monde essaye de les rendre plus économiques ou plus rapides. A l’échelle d’un transistor le gain sera peut être infime, mais à l’échelle d’un demi milliard d’entre eux…

Strained silicon

Toutes les parties constituantes du transistor ont droit à leurs recherches. Pour le channel (cf le schéma ci-dessous), les avancées les plus intéressantes ont été faites chez IBM (que nous remercions pour les illustrations qui suivent) avec ce que l’on appelle le Strained Silicon. Nous en parlions sur la page précédente, le channel représente la partie entre la source et le drain. Elle est constituée de silicium, notre matière semi-conductrice favorite (pour ceux qui n’auraient pas encore fait le lien, on parle de semi-conducteur car selon les situations, le matériel va agir comme un conducteur [le courant passe] ou comme un isolant [il ne passe pas]). Et pour l’instant, personne n’a véritablement cherché à la remplacer. Par contre, certaines techniques permettent d’en modifier les propriétés.


Les atomes sont disciplinés, lorsqu’ils sont en groupe, ils aiment s’agencer les uns par rapport aux autres d’une manière bien ordonnée et spécifique. Avec des règles strictes du côté de la proximité, chacun doit avoir son espace vital. Il est fixe et dépend du type d’atome concerné. Malgré tout, l’atome est plutôt de bonne composition et quand on le met au contact d’autres atomes qui ont d’autres règles, ils se mettent d’accord et choisissent l’alignement le plus confortable, le plus espacé en clair.



C’est de ce principe que part le strained silicon. On va placer en dessous de notre channel une couche de cristaux de silicium et de germanium (SiGe) afin de tirer sur notre silicium. Pour des tas de raisons physiques qui dépassent un peu le cadre de notre article, le fait de tirer sur les atomes va faire que le courant va « passer plus vite ». En clair, on obtient des transistors plus rapides et c’est bon pour nous. IBM est l’un des pionniers dans le domaine et AMD utilise leur technologie pour les procédés en 90 et en 65 nanomètres. AMD travaille à faire passer cette technologie sur leur futur procédé en 45 nm. Intel dit également utiliser un procédé de ce type depuis sa technologie 90 nanomètre mais n’indique pas la méthode employée.

Metal gate : du métal dans les portes

Il est temps d’en finir avec le cas des transistors en parlant un peu des portes, la partie la plus haute qui correspond au bouton de votre interrupteur. Sur la page précédente, nous avons vu qu’elles étaient réalisées jusque là en polysilicium et que ce dernier réagissait avec l’isolant placé en dessous de lui. Du coup, la couche isolante devenait plus grande et cela causait un paquet de problèmes. En changeant les matériaux de la porte en plus de ceux de l’isolant (c’est la deuxième nouveauté proposée par Intel), ils ne réagissent plus l’un a l’autre et tout va bien. L’effet de champ est même amélioré par les nouveaux métaux choisis par Intel pour la porte (ils ne disent pas encore ceux qu’ils ont choisis).


Lorsque nous vous avons parlé du polysilicium sur la page précédente, nous vous avons dit qu’on parlait également de silicium polycristallin. Le problème dans l’histoire ce sont les phonons. Des quasi-particules qui font appel au concept quantique de la dualité onde-corpuscule : un phonon est à la fois une particule et une vibration. En gros, ca vibre à l’intérieur du crystal et c’est normal. Le souci, c’est que l’on a changé l’isolant par un matériau « high-k ». Et plus la constante diélectrique (le k) est grande et plus on augmente la polarisation du métal. En clair ? On va encore plus exciter les phonons qui vont se mettre à vibrer beaucoup plus fort (le phonon scattering).


Vous pourriez me dire qu’on se moque un peu de ce qui se passe au niveau de ces fameux phonons. Le problème est que leur mouvement va quelque peu ralentir le mouvement des électrons (qui constituent le champ électrique). C’est un peu comme une intempérie de neige en voiture, vous avez tendance à ralentir. Là c’est un peu pareil pour nos électrons. En choisissant un autre métal (et non plus un crystal) pour la porte, on résoud définitivement le problème. Bien entendu, le choix du métal doit correspondre à un tas de contraintes qu’on ne détaillera pas. Sans compter qu’il faut en trouver deux car il y a deux types de transistors. D’un côté les NMOS qui vont avoir l’état « on » lorsque l’on envoi une tension sur leur porte, et de l’autre les PMOS qui sont « off » lorsque l’on envoi la même tension sur leur porte. Globalement, on peut donc considérer que l’arrivée des portes en métal est une conséquence du choix des isolants de type high-k.