- 1. Que sont les nanotechnologies ?
- 2. Un secteur en plein développement
- 3. Aux origines des nanotechnologies
- 4. Les nanotechnologies obtenues par miniaturisation : les technologies de l'information et des communications
- 5. Les promesses de l'approche moléculaire
- 6. De nouvelles propriétés avec les nanotechnologies
- 7. Quelques défis des nanotechnologies
- 8. Nanotechnologies et éthique
- 9. Bibliographie
NANOTECHNOLOGIES
Les nanotechnologies obtenues par miniaturisation : les technologies de l'information et des communications
Les T.I.C. comprennent des éléments de traitement de l'information (microprocesseurs), des systèmes de stockage d'information (mémoires dynamiques à accès aléatoire – DRAM –, disques durs magnétiques, CD-ROM...) et des composants pour communiquer (câbles, signaux radio, liaisons optiques). Ces technologies progressent spectaculairement grâce à la miniaturisation, dans des formes souvent très différentes.
La miniaturisation du microprocesseur
Un microprocesseur, cœur de l'ordinateur, est constitué d'un ensemble de circuits électroniques comprenant des transistors, des résistances et des condensateurs. Tous ces éléments sont fabriqués sur un support en matériau semiconducteur, la puce de silicium (ayant typiquement un centimètre de côté), et constituent un circuit « intégré ».
Grâce à une miniaturisation incessante (une nouvelle génération de circuits intégrés apparaît tous les trois ans, correspondant à une augmentation de la densité des composants sur la puce d'un facteur 4), un circuit intégré actuel intègre déjà plus de 1 milliard (pour le microprocesseur) à près de 100 milliards (pour les mémoires de type Flash) de transistors, et on fabrique quelques dizaines de ces circuits intégrés sur une seule plaquette de silicium. L'échelle nanométrique pour certaines dimensions des composants (l'épaisseur de l'isolant de la grille du transistor, par exemple) a déjà été appliquée à plusieurs générations de circuits intégrés en ce qui concerne la dimension verticale. Cela a été possible grâce à l'existence de techniques de dépôt ou de fabrication in situ de couches minces de très grande précision, accessibles depuis de nombreuses années. L'année 2010 a vu la consécration du contrôle ultime de l'épaisseur avec l'attribution du prix Nobel de physique aux découvreurs du graphène, monocouche parfaitement organisée d'atomes de carbone présentant des propriétés très prometteuses en électronique. Conséquences des épaisseurs très faibles, les effets quantiques sont à l'œuvre depuis les années 1970 dans les composants électroniques : le phénomène quantique d'effet tunnel pour des électrons a été largement étudié en physique fondamentale. Ce même effet, bien maîtrisé à l'échelle industrielle, est utilisé dans la production des mémoires flash. La nouveauté dans l'évolution des circuits intégrés est le contrôle de la matière à l'échelle nanométrique dans les dimensions horizontales (largeur et longueur de grille des transistors, planéité des interfaces). Les transistors fabriqués en 2010 avaient une taille typique de l'ordre de 45 nanomètres, voire 25 nm pour certaines mémoires.
Comme dans le passé pour les microcomposants, les nanocomposants d'aujourd'hui sont reliés au monde macroscopique par les connexions d'entrée/sortie des puces, qui comptent jusqu'à quelques centaines de fils électriques. Les liaisons entre les circuits sur la puce de silicium sont bien plus nombreuses, jusqu'à quelques milliards, réalisées avec des rubans métalliques ayant les mêmes dimensions nanométriques que les transistors pour une longueur totale de dizaines de kilomètres par centimètre carré.
La miniaturisation du stockage magnétique
Nanotechnologies : tête de lecture d'un disque dur d'ordinateur
Encyclopædia Universalis France
Même s'il est moins connu que celui de la microélectronique, le progrès en stockage de l'information n'en est pas moins remarquable. Il s'agit là d'énormes marchés, plus de cinq cents millions de disques durs par an. Leur densité d'enregistrement (les mégabits par centimètre carré) a augmenté de 30 p. 100 par an à partir de 1963, puis de 60 p. 100 par an depuis 1991. Ces améliorations sont, pour la plupart, dues à une[...]
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Écrit par
- Claude WEISBUCH : directeur de recherche émérite au C.N.R.S., École polytechnique, Palaiseau, professeur au Materials Department de l'université de Californie à Santa Barbara
Classification
Médias
Nanotechnologies : visualisation à l'échelle atomique
Naval Research Laboratory
Nanotechnologies : tête de lecture d'un disque dur d'ordinateur
Encyclopædia Universalis France
Nanotechnologies : l'approche moléculaire
C. Dekker, Université de technologie, Delft
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