Le fonctionnement des puces électroniques

Depuis quelques mois les fabricants d’ordinateurs, de voitures, de consoles de jeux, d’objets connectés, de téléphones ou d’électroménager doivent faire face à une pénurie de puces électroniques qui les met en difficulté. La raison ? Les mesures sanitaires ont augmenté la demande en produits électroniques et les producteurs ont des difficultés à répondre à tous les besoins. Il faut dire que les puces électroniques sont des éléments très complexes à concevoir et à produire. Essayons de comprendre comment elles fonctionnent.

Au commencement nous avons le silicium, un matériau fabriqué à partir du sable. Au XIXe siècle, les scientifiques découvrent qu’il a une propriété particulière : il peut soit laisser passer le courant électrique, comme un métal, soit l’arrêter, comme un plastique ou un tissu. Cette propriété ne sera réellement utilisée qu’après la Seconde Guerre mondiale, pour créer les tout premiers transistors. Ce sont des interrupteurs sans aucun élément mécanique : ils utilisent cette propriété du silicium pour laisser passer le courant électrique ou l’arrêter, comme nous le faisons quand nous manipulons un interrupteur pour allumer une lumière, par exemple.

Mais quel est le rapport entre un plafonnier et un ordinateur, me direz-vous ? Vous vous rappelez (Actuailes n° 129) que tous les appareils numériques manipulent l’information sous forme de « 0 » et de « 1 ». Si l’on attribue donc, par exemple, la valeur « 0 » à un interrupteur ouvert (le courant ne passe pas) et la valeur « 1 » à un interrupteur fermé (le courant passe), on peut, avec une grande quantité d’interrupteurs, manipuler beaucoup d’informations. Les circuits électroniques de dernière génération intègrent plusieurs dizaines de milliards de transistors : ils arrivent donc à réaliser des calculs très compliqués, afficher des vidéos ou des jeux vidéo toujours plus exigeants.

Faire tenir un tel nombre d’éléments dans une puce qui tient dans votre smartphone ou votre montre semble impossible. Pour y arriver, les « fondeurs » (fabricants de puces électroniques) déposent sur une galette de semi-conducteur de très, très fines couches de différents matériaux : métal, vernis, isolants, qui s’empilent sur trente à cinquante étages selon un plan soigneusement choisi pour, alternativement, relier électriquement les circuits ou les isoler les uns des autres. En fonction des courants envoyés, le semi-conducteur ouvre ou ferme des interrupteurs, ce qui est interprété par la machine et vous permet de lire cet article !

Les puces électroniques sont donc des composants à la fois omniprésents et extrêmement complexes à concevoir et à produire. Ce qui explique pourquoi les plus grosses usines de fabrication, situées à Taïwan ou en Corée du Sud, font partie des usines les plus chères du monde, avec des budgets de l’ordre de 15 à 17 milliards de dollars. Et les semi-conducteurs ont donc envahi nos vies, via les puces électroniques mais aussi via les panneaux solaires, qui utilisent aussi leurs propriétés pour fournir de l’électricité !

Malo du Bretoux

Actuailes n°133 - 9 juin 2021