L’électronique de demain en version ultra-économe

E2SWITCH aura pour mission de développer une électronique d’ultra-basse consommation basé sur la technologie Tunnel FET à hétérostructures sur substrat silicium, exploitant un phénomène de mécanique quantique pour la conduction et fonctionnant à des tensions jusqu’à cinq fois plus petites que ceux des circuits des téléphones portables d’aujourd’hui. Une véritable gageure, notamment pour les dispositifs portables du futur qui verront leur autonomie et fonctionnalités exploser.

L’EPFL coordonne ce nouveau programme de recherche européen qui implique six universités et instituts de recherche, ainsi que les entreprises IBM, CCS et SCIPROM, financé à hauteur de 4,3 millions d’euros sur une période de 42 mois.

"Notre objectif est de préparer la prochaine génération de transistors, capables de fonctionner en dessous d’une tension de 0,3 volts et aller même vers le 0.1V", explique Adrian Ionescu, professeur EPFL et coordinateur de E2SWITCH. Pour l’heure, ce seuil minimal de tension impacte non seulement l’autonomie et la consommation électrique des appareils électroniques, mais aussi leur compatibilité avec des nouvelles technologies de piles rechargeables ou des récolteurs intégrés d’énergie.

Les dispositifs mobiles de type smart-hub (smart phone et smart watch) seraient bien entendu les premiers éléments à profiter d’une telle optimisation de l’électronique qui minimisera la dissipation thermique. Mais l’enjeu va bien au-delà. "Entre 125 et 150 degrés, les circuits numériques commencent à perdent leur fonctionnalité. Or, notre nouvelle technologie ne consommera pas seulement moins, mais elle sera plus stable sur un large éventail de températures, ouvrant des applications plus robustes dans les domaines de l’automobile et aéronautique", explique le chercheur.

"Pour répondes aux besoins actuels, Cambridge CMOS sensors (CCS) fabrique des capteurs à basse consommation et à basse tension destinés aux smartphones et aux applications automobiles du futur. Participer à E2SWITCH nous donne l’occasion d’opérer une transition naturelle vers une technologie allant au-delà du procédé CMOS, sur lequel notre travail est principalement basé. Ce projet nous amènera à concevoir des appareils de détection de gaz à basse tension, de tester des composants de base utilisant les solutions TFET et de démontrer la viabilité de capteurs de conditionnement du signal à basse tension pour des utilisations dans la détection de gaz ou les mesures de température", explique Foysol Chowdhury, directeur des projets R & D chez Cambridge CMOS Sensors Ltd.

Un autre domaine qui pourra profiter de cette nouvelle technologie sont les Data Center – ces énormes fermes de serveurs, qui représentent une part croissante de la facture électrique globale. C’est l’un des points clés qui a motivé IBM à rejoindre le consortium.

"La dissipation de l’énergie est un défi majeur en matière de réalisation de circuits nanoélectroniques. Avec E2SWITCH, nous comptons réduire drastiquement la consommation d’énergie des appareils électroniques TFETs grâce à une hétérostructure de nanofils directement intégrée sur un substrat de silicium standard", déclare Heike Riel, IBM Fellow au centre de recherche IBM à Zurich.

Du côté académique, E2SWITCH réunit l’EPFL, les universités d’Udine et de Bologne (Italie), l’IMEC (Belgique), le Jülich Fochschungzentrum (Allemagne), l’université de Lund (Suède) ainsi que l’ETH Zurich (Suisse). E2SWITCH est financé dans le cadre du 7ème programme-cadre de recherche et développement de l’Union européenne. Les premiers résultats du projet seront présentés lors d’un événement public organisé à l’occasion de la 44e European Solid-State Device Conference, le 26 septembre à Venise.