Nous discutons actuellement beaucoup des semi-conducteurs : matériaux, dispositifs, investissements, etc. Chaque sujet est abordé sous un angle différent. Les matériaux sont les semi-conducteurs à large bande interdite de troisième génération ; les dispositifs sont principalement des transistors MOS, HEML, etc., basés sur ces mêmes matériaux, dont nous avons déjà parlé. Je n'entrerai pas dans les détails concernant les investissements, les tendances du secteur, les informations sur les entreprises, le marché boursier, etc. Aujourd'hui, nous allons nous intéresser à l'histoire de l'industrie des semi-conducteurs et à ses origines.    
           

Les triodes à vide «provoquent des problèmes»

La triode à vide, inventée par Lee DeForest en 1906, a rendu possible l'avènement de l'électronique grand public, notamment des radios et des téléviseurs. Elle constituait également le cœur du premier ordinateur électronique au monde. Occupant une surface de près de 140 mètres carrés et pesant 30 tonnes, elle utilisait près de 19 000 tubes à vide et des milliers de résistances et de condensateurs. La triode à vide est composée d'une grille et de deux électrodes séparées par cette grille, le tout dans un espace scellé sous verre. Le vide qui règne à l'intérieur de cet espace empêche la surchauffe des composants et assure la libre circulation des électrons.  
   
Il possède deux fonctions principales : la commutation et l’amplification. La commutation consiste à activer ou désactiver le courant, tandis que l’amplification consiste à amplifier le courant ou les signaux faibles tout en préservant leurs caractéristiques d’origine. Cependant, il présente plusieurs inconvénients, tels qu’une taille importante, une fragilité des connexions, une durée de vie limitée et un vieillissement rapide.  
Cette série de limitations a inévitablement conduit à son développement ou à son remplacement. En 1949, John Bardeen, Walter Brattin et William Shockley, des laboratoires Bell, inventèrent l'amplificateur électronique en germanium, un matériau semi-conducteur : le transistor de première génération (ces trois scientifiques reçurent le prix Nobel de physique en 1956). Initialement appelé « résistance de transmission », le transistor fut ensuite rebaptisé « transistor ».  
   
Ce type de transistor intègre les fonctions d'un tube à vide, mais fonctionne à l'état solide, sans vide, et présente l'avantage d'être compact, léger, économe en énergie et durable. Depuis, nous sommes entrés dans l'ère du semi-conducteur, qui reste à ce jour la plus répandue.  
L'évolution du premier transistor à nombre de nos dispositifs électroniques de puissance actuels a engendré un développement rapide de cette technologie. Ces dispositifs sont généralement qualifiés de discrets, c'est-à-dire que chaque puce ne contient qu'un seul composant. Parmi les autres dispositifs semi-conducteurs que nous n'avons pas encore mentionnés, on trouve les circuits intégrés.      
       

circuit intégré

Un circuit intégré est un dispositif microélectronique qui utilise un certain procédé pour interconnecter les transistors, les résistances, les condensateurs, les inductances et autres composants et câblages nécessaires dans un circuit sur un substrat semi-conducteur, puis l'encapsule dans une enveloppe tubulaire pour former une microstructure avec les fonctions de circuit requises.  
Le premier circuit intégré a été inventé par Jack Kilby de Texas Instruments, mais il ne ressemblait pas aux circuits intégrés d'aujourd'hui.  
Initialement, les connexions se faisaient par des fils séparés, mais Jean Horni, de Fairchild Camera, avait auparavant mis au point un procédé de fabrication planaire permettant de former des jonctions électroniques à la surface de la puce pour fabriquer des transistors, en tirant parti de la facilité avec laquelle l'oxyde de silicium isolant pouvait être formé. Robert Noyce a ensuite appliqué cette technologie pour connecter des composants discrets préformés sur la surface du silicium, aboutissant finalement au motif utilisé par tous les circuits intégrés.  
         

Savoir-faire et tendances

Depuis 1947, l'industrie des semi-conducteurs n'a cessé de progresser et de se développer sur le plan technologique, et ce développement se poursuit encore aujourd'hui. Les améliorations apportées aux procédés peuvent être attribuées à deux catégories : les procédés et la structure.  
Amélioration des processus : Fabrication de dispositifs et de circuits de plus petite taille, permettant une densité plus élevée, des quantités plus importantes et une fiabilité accrue.  
Améliorations structurelles : Les innovations dans la conception des nouveaux appareils permettent de meilleures performances, un meilleur contrôle de la consommation d'énergie et une fiabilité accrue.  
Les effets induits par ces deux améliorations s'expliquent aisément par l'historique du développement de plusieurs générations d'IGBT. Bien entendu, nombre des facteurs évoqués précédemment, tels que certains défauts de fabrication, sont imputables aux améliorations apportées aux procédés de production.  
La taille et le nombre de composants dans les circuits intégrés sont deux indicateurs courants de leur évolution. La taille d'un composant est exprimée par la plus petite dimension de sa conception, appelée taille du motif. Le passage des circuits intégrés à petite échelle aux millions de puces d'aujourd'hui a bénéficié de la réduction de la taille des motifs d'un seul composant, elle-même rendue possible par les progrès considérables des procédés de photolithographie et de la technologie de câblage multicouche. Ce sujet est d'ailleurs largement débattu actuellement, avec des puces gravées en 22 nm, 10 nm, voire 7 nm. Plus précisément, on parle de largeur de grille : la largeur d'une partie de la grille est contrôlée. Des transistors plus petits et plus rapides, ainsi que des circuits à plus haute densité, tirent parti de grilles plus étroites. À ce propos, il convient de mentionner la « loi de Moore », que j'ai souvent rencontrée il y a quelque temps. Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel, a prédit en 1965 que le nombre de transistors sur une puce doublerait tous les 18 mois. Après des années de vérification, ce taux s'avère relativement précis et sert désormais de base à la prédiction de la densité future des transistors sur les puces. Selon le nombre de composants dans le circuit, c'est-à-dire le niveau d'intégration, on distingue plusieurs niveaux : intégration à petite échelle (SSI) : 2 à 50 unités/puce ; intégration à moyenne échelle (MSI) : 50 à 5 000 unités/puce ; intégration à grande échelle (LSI) : 5 000 à 100 000 unités/puce ; intégration à très grande échelle (VLSI) : 100 000 à 1 000 000 unités/puce ; intégration à très grande échelle (ULSI) : plus de 1 000 000 unités/puce.  
La loi de Moore ne s'applique pas à un développement illimité. Son évolution est principalement limitée par les propriétés des matériaux semi-conducteurs et leurs procédés de fabrication. C'est pourquoi on entend régulièrement parler du fait que le silicium, matériau semi-conducteur, approche de ses limites. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux matériaux et d'améliorer constamment les équipements et les procédés de fabrication.  
         

Taille de la puce et de la plaquette

Nous savons tous que les puces sont fabriquées sur de fines plaquettes de silicium ou d'autres matériaux semi-conducteurs appelées plaquettes.  
 
La fabrication d'une puce rectangulaire sur une plaquette circulaire laisse une zone inutilisable en bordure de celle-ci. Plus la puce est grande, plus cette zone inutilisable est importante. C'est pourquoi on a progressivement adopté des plaquettes de plus grande taille, ce qui permet de « réduire » visuellement la taille de la puce et d'améliorer l'efficacité et le rendement de la production. C'est notamment pour cette raison que la taille des plaquettes est passée de 6 à 8 pouces, puis à 12 pouces.  
Aujourd'hui, la taille des puces diminue sans cesse, leur coût baisse et leurs performances augmentent. Ces progrès sont dus aux améliorations des procédés de fabrication et au développement des équipements mentionnés précédemment, ce qui a également engendré une concurrence de plus en plus féroce dans l'industrie des semi-conducteurs.  
Actuellement, on distingue globalement trois types de fabricants : les fabricants de dispositifs intégrés (IDM), qui intègrent la conception, la fabrication, le conditionnement et la vente ; les fonderies, qui fabriquent les puces pour d’autres fournisseurs ; et les entreprises sans usine, qui se chargent uniquement de la conception et de la vente des puces, la plupart des autres étapes étant sous-traitées. Il existe bien sûr d’autres modèles intermédiaires. Parallèlement, la localisation de la production de semi-conducteurs a entraîné une augmentation du nombre de fabricants nationaux et de modèles d’entreprise.  
         

écrire à la fin

Pour l'instant, la relocalisation de l'industrie des semi-conducteurs est une tendance, et cela dépend non seulement du nombre d'entreprises nationales, mais aussi de leur capacité à survivre dans cet environnement turbulent. En bref, si vous avez le temps de surfer sur la vague du vent, hissez les voiles et prenez le large !