Les tubes à vide sont de retour

Fragiles, gourmands en énergie et encombrants, les circuits électroniques sous vide avaient quasiment disparu de la planète, si l’on excepte quelques amplificateurs sonores toujours vendus à prix d’or aux puristes de la haute-fidélité. Et, bien sûr, les tubes cathodiques des écrans de télévision et d’ordinateurs! Les fameux tubes d’amplification des postes de radio « à lampe » ont été détronés par le transistor, capable d’offrir les mêmes services pour un prix et des dimensions ridicules. Mis en oeuvre dans le premier ordinateur, l’ENIAC, les tubes ont, là aussi, cédé la place aux puces de silicium. A en croire certains chercheurs, on est peut-être allé un peu vite en besogne en rangeant les tubes à vide sur les étagères des musées de sciences et techniques.

Alex Driskill-Smith et ses collègues du centre de Microélectronique de l’université de Cambridge (Grande-Bretagne) sont parvenus à fabriquer des tubes à vide de seulement 100 nanomètres de large. Les transistors des meilleures puces de silicium du commerce mesurent 180 nanomètres. Les composants mis au point en Grande-Bretagne sont des triodes, autrement dit des circuits dans lesquels le courant qui circule entre deux électrodes est contrôlé par une troisième. Leur fonctionnement est sensiblement équivalent à celui des transistors que les ingénieurs assemblent par dizaines de millions dans les processseurs et les mémoires. Compte tenu des dimensions obtenues à Cambridge, les composants sous vide pourraient être entassés à hauteur de 10 milliards d’éléments par centimètre carré.

Hormis la densité élevée, dont on imagine qu’elle sera atteinte un jour par les transistors en silicium, les nanotubes sous vide britanniques possèdent de sérieux atouts. Les électrons s’y déplacent plus rapidement que dans les transistors, et le fonctionnement des circuits est insensible aux variations de température. « Nous n’avons pas encore cherché à mesurer la limite« , reconnait Alex Driskill-Smith, « mais on peut l’estimer à plusieurs centaines de degrés. » Autrement dit, des puces fabriquées avec les nanoampoules à vide pourraient fonctionner à très haute fréquence sans requérir de systèmes de refroidissement.

La méthode de fabrication des chercheurs britanniques est étonnante. Les chercheurs ont obtenu leur nano-ampoules en déposant une succession de couches métalliques (tungstène) et isolantes (silice ou oxyde de silicium) sur un substrat de silicium oxydé. Ils ont ensuite percé leur « sandwich » de trous minuscules à l’aide de faisceaux d’électrons et d’acide, avant de pomper l’air des cavités et de sceller l’ensemble sous vide. L’ensemble fonctionne sous des tensions de 8 à 10 volts, contre 1 à 2 volts pour les puces classiques. « Le tungstène peut fonctionner avec des tensions de l’ordre de 4 à 5 volts. Pour descendre plus bas et réduire la consommation d’énergie, il faudra trouver un autre matériau« , explique Alex Driskill-Smith.

Pour le moment, les chercheurs n’ont pas cherché à obtenir de grandes densités de nanotubes. « Nous nous contentons de quelques éléments pour en déterminer les propriétés physiques« , justifie Alex Driskill-Smith. « Dans les prochains mois, nous allons nous attacher à en augmenter le nombre pour apprendre à les interconnecter. Il nous faudra aussi en modifier le comportement pour réaliser des circuits logiques élémentaires. » Prudent, le chercheur se refuse à donner une date pour la mise au point de véritables puces « à lampe ».

Outre leurs éventuelles applications dans la fabrication de composants électroniques, les nanotubes pourraient déboucher sur une nouvelle génération d’écrans. A l’instar de Pixtech et de ses écrans à micro tubes cathodiques, les nanoampoules pourraient irradier d’électrons les photophores placés à la surface d’écrans ultra-plats.

Pour en savoir plus: Centre de recherches en microélectronique