La loi de Moore vit-elle ses dernières années ? Énoncée en 1975 par le scientifique Gordon Earle Moore, cette loi prédit que le nombre de transistors sur une puce électronique doublera tous les deux ans.

Or, "en 2020, une puce pourra contenir 10 milliards de transistors gravés à une taille de quelques nanomètres. Compte tenu de cette capacité décuplée par puce, nous estimons que la fiabilité totale va se dégrader et réduire à moins de 5 ans la durée de vie d'une puce, contre 15 à 20 ans aujourd'hui", alerte Alain Bensoussan, expert en microélectronique à l'IRT Saint-Exupéry.

Acceptable pour des tablettes ou des téléphones mobiles, cette durée de vie est complètement inappropriée à celle requise pour des systèmes électroniques de haute fiabilité, utilisés par exemples pour des applications spatiales. "Nous allons atteindre les limites technologiques de la réduction de taille ultime d'un transistor élémentaire renfermant moins de 10 atomes d'un cristal de silicium, précise Alain Bensoussan. Pour ces technologies, la loi de Moore a touché ses limites."

Réfléchir à la fiabilité de ces nouveaux composants, c'était justement tout l'objectif du forum NanoRun, organisé pour la première fois par l'IRT Saint-Exupéry, dans les locaux de l'INP-Enseeiht à Toulouse. Mardi 23 et mercredi 24 février, une centaine d'acteurs scientifiques et industriels se sont réunis pour l'occasion.

"Ce sont des questions qui concernent tous les industriels, de l'automobile à l'aérospatial, indique Ariel Sirat, directeur général de l'IRT. Tout le monde doit travailler ensemble pour comprendre les implications de ces nouvelles physiques, et ce d'autant plus qu'il n'y a pas de concurrence sur cette question de fiabilité."

Remplacer le silicium par du GaN

D'autres technologies entrent dans la course à la miniaturisation pour augmenter la puissance des puces électroniques. L'une des solutions est d'introduire de nouveaux matériaux pour fabriquer des transistors de puissance plus performants. "Le silicium a atteint ses limites, martèle Alexander Lidow, président de EPC, un fabricant américain de transistors de puissance en nitrure de gallium (GaN). Le GaN est déjà deux fois plus performant en puissance que le silicium. En théorie, il pourrait l'être 6 000 fois plus. C'est l'objectif à atteindre."

Estimé à seulement 5 millions d'euros en 2015, le marché émergent du transistor de puissance en GaN pourrait atteindre les 500 millions d'euros en 2020. Pariant sur une conversion exponentielle du silicium vers le GaN, certains observateurs estiment qu'il atteindra les 10 milliards de dollars en 2025.

Un enjeu pour l'aéronautique et la défense

Plus performant, ce matériau est cependant plus complexe à fabriquer et ses caractéristiques sont moins bien connues. "Nous sommes aux débuts des recherches là-dessus. Il faut étudier ses caractéristiques pour pouvoir améliorer la fiabilité des composants", concède Alexander Lidow. "Plus ils sont petits, plus ils sont susceptibles, c'est-à-dire altérables par leur environnement, ajoute Marc Gatti, directeur Recherche et technologie à Thales Avionics. On doit donc obtenir les lois de dégradation des composants et déterminer des architectures de systèmes pour prévoir et détecter les pannes."

Pour l'aéronautique et la défense, l'enjeu est énorme. "Jusqu'aux années 90, le militaire et le spatial tiraient l'innovation dans le domaine des semi-conducteurs. Après cette date, le "consumer" les a remplacé. Comme nous représentons moins d'1 % du marché mondial des puces électroniques, nous pouvions nous satisfaire de ces composants."

Une situation que les nouvelles technologies obligent à repenser car l'investissement nécessaire pour continuer à assurer la fiabilité des équipements est devenu trop important pour ces secteurs. "Les coûts de production de ces nouvelles puces nous conduiraient à investir des centaines de millions d'euros pour poursuivre la miniaturisation, explique Marc Gatti. Nous devons donc maîtriser l'utilisation de ces puces fabriquées pour le grand public et voir quel est l'impact pour nos produits."