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Des polymères d’actine, une molécule biologique, assureront peut-être demain la connexion verticale des puces électroniques tridimensionnelles
Et si, pour augmenter les performances des ordinateurs, on utilisait… des biomatériaux ? C’est ce que proposent des biophysiciens du CEA, du CNRS, de l’Université Joseph Fourier et de l’INRA à Grenoble. Leur idée : construire des puces tridimensionnelles en interconnectant des circuits bidimensionnels à l’aide de polymères biologiques.
Dans la course à la miniaturisation des microprocesseurs et des mémoires informatiques, les circuits intégrés 3D, apparus il y a une vingtaine d’années, sont des plus prometteurs. Constitués de plaques de silicium gravées de circuits bidimensionnels, empilées et interconnectées, ils offrent une densité supérieure de composants et réduisent les longueurs des circuits de connexion. Toutefois, si diverses méthodes ont été conçues pour interconnecter les plaques, plusieurs obstacles empêchent encore leur développement à grande échelle.
Les connexions verticales percées au laser ou par gravure ionique (VIA, pour vertical interconnect access), que l'on commence à utiliser dans des modules de mémoires, sont des trous de dix micromètres de diamètre remplis d’un métal conducteur (TSV, pour through silicon VIA). Elles nécessitent un bon remplissage des trous et un alignement parfait des plaques de silicium. La densité de connexions est en outre limitée par le nombre de trous (plus il y a de trous, moins il y a de place pour le circuit intégré). Quant aux connexions directes entre les tranches de silicium, elles sont effectuées par adhésion moléculaire, à des températures supérieures à 200 °C qui risquent d’endommager les circuits intégrés, et nécessitent des surfaces extrêmement plates, lisses et propres – autant de contraintes à appliquer aux galettes de silicium.
Rémi Galland, de l’Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant, à Grenoble, et ses collègues proposent un nouveau type de connexions verticales fondé sur les propriétés d’assemblage d’une molécule produite par toutes les cellules eucaryotes (à noyau) : l’actine. Essentielle pour le maintien de l’architecture cellulaire, l’actine, par le biais d’une régulation très fine de sa polymérisation à l’aide de tout un arsenal de protéines, est par exemple capable de propulser dans les cellules des bactéries telles que Listeria : elle forme un réseau de petits filaments interconnectés – une sorte de comète – dont la polymérisation pousse globalement la bactérie dans une direction. C’est cette propriété que les biophysiciens ont utilisée.
Entre deux lamelles de verre préparées pour que la polymérisation de l’actine ne se produise qu’en certains points en regard (lithographiés par laser, ces points ont été recouverts d’une molécule qui, chez Listeria notamment, déclenche la polymérisation), ils ont injecté des monomères d’actine et les composants nécessaires à la formation des comètes. Des piliers d’actine ont poussé sur chaque lamelle et se sont rejoints à mi-parcours. La structure obtenue est métallisée avec des particules d’or, ce qui la rend conductrice.
Ce n’est pas la première fois que l’utilisation de biomatériaux en microélectronique est envisagée. Des nanotubes, origamis et autres réseaux ont été obtenus à partir d’ADN, de virus modifiés, de peptides, de microtubules (d’autres polymères de la cellule). Mais ces techniques sont limitées par la précision de polymérisation requise dans les circuits intégrés 3D. Par leur régulation fine, en revanche, les comètes d’actine s’adaptent docilement aux microstructures les plus alambiquées (comme le sigle du CEA, voir la figure ci-contre). Les biophysiciens doivent à présent tester leur technique sur de vraies galettes de silicium, avec circuits intégrés.
Marie-Neige Cordonnier
Pour la Science
Et si, pour augmenter les performances des ordinateurs, on utilisait… des biomatériaux ? C’est ce que proposent des biophysiciens du CEA, du CNRS, de l’Université Joseph Fourier et de l’INRA à Grenoble. Leur idée : construire des puces tridimensionnelles en interconnectant des circuits bidimensionnels à l’aide de polymères biologiques.
Dans la course à la miniaturisation des microprocesseurs et des mémoires informatiques, les circuits intégrés 3D, apparus il y a une vingtaine d’années, sont des plus prometteurs. Constitués de plaques de silicium gravées de circuits bidimensionnels, empilées et interconnectées, ils offrent une densité supérieure de composants et réduisent les longueurs des circuits de connexion. Toutefois, si diverses méthodes ont été conçues pour interconnecter les plaques, plusieurs obstacles empêchent encore leur développement à grande échelle.
Les connexions verticales percées au laser ou par gravure ionique (VIA, pour vertical interconnect access), que l'on commence à utiliser dans des modules de mémoires, sont des trous de dix micromètres de diamètre remplis d’un métal conducteur (TSV, pour through silicon VIA). Elles nécessitent un bon remplissage des trous et un alignement parfait des plaques de silicium. La densité de connexions est en outre limitée par le nombre de trous (plus il y a de trous, moins il y a de place pour le circuit intégré). Quant aux connexions directes entre les tranches de silicium, elles sont effectuées par adhésion moléculaire, à des températures supérieures à 200 °C qui risquent d’endommager les circuits intégrés, et nécessitent des surfaces extrêmement plates, lisses et propres – autant de contraintes à appliquer aux galettes de silicium.
Rémi Galland, de l’Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant, à Grenoble, et ses collègues proposent un nouveau type de connexions verticales fondé sur les propriétés d’assemblage d’une molécule produite par toutes les cellules eucaryotes (à noyau) : l’actine. Essentielle pour le maintien de l’architecture cellulaire, l’actine, par le biais d’une régulation très fine de sa polymérisation à l’aide de tout un arsenal de protéines, est par exemple capable de propulser dans les cellules des bactéries telles que Listeria : elle forme un réseau de petits filaments interconnectés – une sorte de comète – dont la polymérisation pousse globalement la bactérie dans une direction. C’est cette propriété que les biophysiciens ont utilisée.
Entre deux lamelles de verre préparées pour que la polymérisation de l’actine ne se produise qu’en certains points en regard (lithographiés par laser, ces points ont été recouverts d’une molécule qui, chez Listeria notamment, déclenche la polymérisation), ils ont injecté des monomères d’actine et les composants nécessaires à la formation des comètes. Des piliers d’actine ont poussé sur chaque lamelle et se sont rejoints à mi-parcours. La structure obtenue est métallisée avec des particules d’or, ce qui la rend conductrice.
Ce n’est pas la première fois que l’utilisation de biomatériaux en microélectronique est envisagée. Des nanotubes, origamis et autres réseaux ont été obtenus à partir d’ADN, de virus modifiés, de peptides, de microtubules (d’autres polymères de la cellule). Mais ces techniques sont limitées par la précision de polymérisation requise dans les circuits intégrés 3D. Par leur régulation fine, en revanche, les comètes d’actine s’adaptent docilement aux microstructures les plus alambiquées (comme le sigle du CEA, voir la figure ci-contre). Les biophysiciens doivent à présent tester leur technique sur de vraies galettes de silicium, avec circuits intégrés.
Marie-Neige Cordonnier
Pour la Science