Vers des puces moins consommatrices en énergie pour des applications à l’Internet des objets

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Allemagne | Sciences et technologies de l’information et de la communication : TIC, télécoms, micro-nanotechnologies, informatique
5 février 2016

Le Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR - Saxe) coordonne le projet européen "Ions4Set" avec, comme principaux partenaires, le CEA-Léti et le Centre National de Microélectronique (CSIC) de Barcelone (Espagne). Ce projet vise à réduire la consommation énergétique des puces montées sur les objets connectés pour en optimiser le fonctionnement.

Les puces montées sur les objets connectés agissent comme des ordinateurs miniatures. Actuellement, la technologie de transistors à effet de champ (FET) [1] est présente dans les puces pour ordinateurs de bureau. Pour ce qui est des objets connectés, les puces doivent être montées sur des surfaces plus petites que pour un ordinateur, sans nuire à la transmission de l’information.
L’énergie nécessaire au fonctionnement des transistors FET est ainsi plus dense dans le cas des puces montées sur objets connectés que pour un ordinateur de bureau, ce qui augmente les pertes d’énergie par effet Joule et devient un facteur limitant pour le fonctionnement de la puce.
La technologie de transistor à électron unique (SET) [2] requiert moins d’énergie pour fonctionner. Or celle-ci ne fonctionne pas à température ambiante, pour une utilisation courante des objets connectés. L’objectif du projet "Ions4Set" est de rendre possible l’usage de cette technologie à température ambiante et ainsi optimiser le bilan énergétique des puces montées sur les objets connectés.

Pour pouvoir utiliser le transistor SET à température ambiante, l’une des voies envisagées est de structurer le transistor à l’échelle nanométrique [3], permettant une transmission de l’électron grâce à des phénomènes d’interactions entre le canal de transit de l’électron dans le transistor et les structures nanométriques. Celles-ci sont introduites au cours du procédé de fabrication du transistor. Les phénomènes d’interaction sont actifs lorsque le transistor est soumis à une tension électrique.
Cette ingénierie est envisagée pour les transistors SET mais aussi pour les transistors FET. En effet, le transistor SET est limité pour traiter le signal provenant du monde extérieur. Les scientifiques estiment que la puce optimale est hybride et contient ainsi des transistors FET pour le traitement du signal et des transistors SET pour le transit de l’information à l’intérieur de la puce.

Le HZDR et CEA-Léti seront en charge de la mise en œuvre du procédé de structuration nanométrique, le CSIC aura pour rôle de monter un démonstrateur de la technologie de puce hybride développée pendant le projet. Le projet a démarré le 1er février 2015 pour une durée de 4 ans et sera financé à hauteur de 4 millions d’euros.

[1] Le transistor à effet de champ (FET) est un dispositif semi-conducteur à deux électrodes qui, lorsqu’il est sous tension, génère un champ électrique (constitué d’un grand nombre de porteurs de charge) entre ses deux électrodes pour contrôler le courant qui le traverse.

[2] Le transistor à électron unique (SET) est un dispositif constitué des mêmes éléments qu’un transistor FET. Les électrodes sont ici physiquement séparées entre elles, ainsi que du canal de conduction du courant. Au lieu que celui-ci soit un flux de porteurs de charge, il se compose d’une succession d’électrons. La transmission de chaque électron repose sur des phénomènes physiques caractéristiques de sa taille.

[3] Un nanomètre représente un millionième de millimètre.

Source : "Stromsparende Minicomputer für das „Internet der Dinge“", communiqué du HZDR, 29/01/2016 - http://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=46381&pNid=3438

Rédacteur : Aurélien Gaufrès, aurelien.gaufres[at]diplomatie.gouv.fr – www.science-allemagne.fr