Semi-conducteurs : la prochaine génération de circuits intégrés
- Revue de presse, Semi-conducteurs
- 12 mars 2024
Optimisez la performance avec les circuits intégrés 3D (3D ICs) . Découvrez les avantages dans l’aérospatiale et la défense. Expertise avancée en semi-conducteurs.
Les circuits intégrés en 3D ont émergé comme la solution miracle pour répondre à un besoin précis : plus de puissance dans un plus petit espace.
Les circuits intégrés en 3D
La transmission rapide des signaux électroniques dépend de la densité croissante des transistors, un principe crucial dans le domaine des semi-conducteurs.
Cependant, compresser des transistors plus petits atteint des limites physiques. Fabriquer des puces plus grandes n’est pas viable, car il est plus pratique d’implanter plusieurs puces plus petites sur une tranche de silicium. Les semi-conducteurs offrent des opportunités prometteuses dans ce contexte.
L’objectif est de connecter efficacement plusieurs pucelettes pour égaler les performances d’une grande puce, le tout dans un ensemble compact et abordable. Les technologies d’empilement de matrices, associées aux semi-conducteurs, sont cruciales dans cette perspective.
Semi-conducteurs et empilement de matrice
L’empilement de matrices, présent dès les premiers modules multi-puces (MCM) des années 1970, a récemment pris de l’importance avec l’essor de l’IA. Les ingénieurs ont focalisé leurs efforts sur l’évolution et la scalabilité de cette technologie, en mettant l’accent sur l’introduction de l’interposeur.
Cet interposeur est une couche de silicium comprenant des chemins de cuivre isolés appelés « Through-Silicon Vias » (TSVs). Il connecte les circuits intégrés sur des systèmes en boîtiers (SiPs).
Le terme « empilé » prend différentes formes : le 2,5D lorsque les SiPs sont disposés côte à côte, et le 3D lorsque les empilements sont verticaux. Cependant, comme le souligne Dick James, analyste technologique principal chez Siliconics, ces dispositifs sont « 3D, mais pas vraiment 3D », réservant ce titre aux circuits intégrés 3D monolithiques.
Selon une étude dirigée par Perrine Batude de l’institut de recherche CEA-Leti en France, les circuits intégrés 3D monolithiques ou séquentiels offrent de réels avantages, car ils permettent des connexions à l’échelle du transistor lors de l’empilement des couches, comparés aux circuits intégrés 3D basés sur les TSV. L’intégration des semi-conducteurs dans cette évolution joue un rôle clé.
Lors d’une interview pour 3DInCites, Francoise von Trapp, la « Reine de la 3D » nous explique en profondeur la différence entre les deux catégories de circuits intégrés 3D.
« Les TSV en 3D consistent à prendre deux plaquettes de dispositifs finis et à les interconnecter verticalement au niveau de la puce avec des TSV » explique-t-elle. « En revanche, avec la méthode monolithique, il n’y a jamais de deuxième plaquette, mais plutôt une couche de silicium cristallisé de 100 nm, ce qui entraîne une différence d’ordre de grandeur à la fois dans la taille des vias et dans la taille finale du dispositif… Le dispositif final sera plus petit et plus mince, et l’interconnexion sera 10 000 fois plus élevée en raison du nombre de connexions verticales. »
Des défis de conception
Bien que les circuits intégrés monolithiques offrent d’énormes gains de performances par rapport aux circuits 3D basés sur les TSV, cette puissance concentrée dans une empreinte minuscule comporte des coûts, à la fois en termes financiers et de gestion de la chaleur.
Les circuits intégrés 3D monolithiques sont les mégalopoles des semi-conducteurs, comparables à de grandes villes avec des coûts élevés et une densité élevée. Ce contexte se traduit par des dépenses de conception élevées et des problèmes de surchauffe qui impactent l’efficacité. Les chercheurs explorent des isolants à conductivité thermique élevée et des configurations de transistors atomiquement minces pour résoudre ce défi de surchauffe, mais cela retarde l’arrivée des circuits intégrés 3D véritablement monolithiques sur le marché commercial.
Malgré ces défis non résolus, une chose est claire : l’empilement vertical des circuits intégrés suscite un vif intérêt dans toute l’industrie. Des acteurs majeurs investissent déjà dans la recherche et le développement pour la technologie d’empilement 3D, laissant entrevoir une course compétitive pour l’avancée technologique. Les semi-conducteurs jouent un rôle central dans cette dynamique.
Source : a2globalelectronics
