En Suisse, IBM rétrécit l'électronique

Communes à IBM et à l'ETH, les salles blanches ne sont jamais affectées à un unique projet.
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ENQUêTE  Ultime étape de notre série, le Nanotechnology Center, en Suisse. IBM et l'Institut polytechnique fédéral de Zurich (ETH), y développent les composants nanométriques des futurs ordinateurs.

Un big band, deux prix Nobel, un groupe folklorique de yodleurs et un ministre, c'est la recette du cocktail offert par IBM à ses 600 invités lors de l'inauguration, en mai, du Nanotechnology Center. Ce bâtiment neuf de 6 500 m² construit dans l'enceinte du centre de recherche IBM à Rüschlikon, près de Zurich, est partagé avec l'Institut polytechnique fédéral de Zurich (ETH).

Le big band est celui de l'ETH, les deux Nobel sont d'anciens chercheurs d'IBM, les yodleurs font couleur locale et le ministre fédéral est venu consacrer cinquante-cinq années de recherche estampillées "Big Blue" en Suisse. Le centre portera d'ailleurs le nom des deux stars de la journée, les chercheurs nobélisés Gerd Binnig et Heinrich Rohrer. Inventeurs du microscope à effet tunnel, ils ont permis pour la première fois d'observer et de manipuler la matière à l'échelle des atomes, jouant ainsi un rôle décisif dans le développement des nanotechnologies.

Ce champ de recherche est cependant trop vaste pour le laboratoire, qui se centrera uniquement sur les applications potentielles des nanotechnologies aux ordinateurs de demain : des nanofils semi-conducteurs aux dispositifs à base de nanotubes de carbone, de l'électronique moléculaire aux transistors quantiques et des communications optiques intégrées jusqu'aux puces 3D. IBM et l'ETH ont défini ensemble les thèmes de recherche qui donneront lieu aux projets qu'ils mèneront en collaboration.

Si l'ouverture du centre relance une coopération entamée il y a une dizaine d'années, chaque partenaire conduira aussi ses propres projets - IBM, pour préserver ses recherches stratégiques, et l'Institut polytechnique pour garder son indépendance - sans exclure des collaborations avec d'autres industriels. Le Centre a d'ailleurs été conçu à cet effet.

Ses 950 m² de salles blanches, organisées en secteurs consacrés à une technologie (lithographie, dépôt de couches minces, gravure par plasma, métrologie...), sont partagées. "L'accent est mis sur la flexibilité : aucune salle n'est affectée à un projet. Les chercheurs des différents projets les utilisent en fonction de leurs besoins", explique Paul Seidler, le coordonnateur du Centre pour IBM. Et si des membres de l'ETH veulent travailler avec un autre partenaire industriel, ils pourront même se ménager une zone réservée. Dans le reste du bâtiment, chacun dispose de ses locaux. L'ETH a loué des mètres carrés à IBM pour au moins dix ans.

Coopération sans mixité

Cette cohabitation, même si elle ne va pas jusqu'à la mixité des équipes, ne peut que faciliter le travail coopératif. Exemple : le refroidissement des puces 3D. Sur ce thème, IBM collabore déjà avec l'équipe de Dimos Poulikakos, professeur de thermodynamique à l'ETH, et coordonnateur du centre pour l'Institut polytechnique. Les circuits électroniques du futur, constitués d'empilement de puces, seront en effet plus puissants et consommeront moins d'énergie.

Le problème est d'évacuer la chaleur qu'elles produisent. Ce que les chercheurs proposent de faire en incluant dans le dispositif des microcanaux parcourus par de l'eau. "L'ETH apporte des compétences dans la fabrication de matériaux composites à cette échelle, mais aussi dans l'amélioration de l'efficacité du refroidissement", indique Dimos Poulikakos.

Andreas Stemmer, titulaire de la chaire de nanotechnologie à l'ETH de Zurich, est l'un des trois professeurs de l'institut à s'installer à demeure sur le site d'IBM. Il a déjà déménagé son laboratoire, qui se concentre notamment sur les instruments de pointe pour les nanotechnologies, comme l'AFM (microscope à force atomique) inventé par Gerd Binnig quelque temps après le microscope à effet tunnel. Andreas Stemmer l'emploie pour mener à bien des études sur l'électronique moléculaire. "Avec IBM, nous avons des expertises complémentaires, et c'est pourquoi j'ai souhaité cette collaboration", précise le chercheur.

Gravure au microscope atomique

On imagine que l'industriel est mieux placé sur la recherche appliquée et que les chercheurs académiques le sont sur les études à plus long terme. Ce n'est pourtant pas toujours vrai. Ainsi, l'équipe de Michel Despont, responsable de la nanofabrication à IBM Research-Zurich, s'intéresse à des sujets prospectifs. Par exemple, "écrire" directement des motifs nanométriques 3D avec la pointe d'un microscope à force atomique, équipée d'un moyen de chauffage qui évapore localement un polymère. "Cette technique est plus simple que celles des faisceaux d'électrons utilisés pour créer des prototypes", souligne Michel Despont.

Autre voie de fabrication hors norme : l'auto-assemblage de dispositifs nanométriques par dépôt d'une solution sur un substrat. Les deux projets sont menés avec l'ETH. "Nous sommes sur le même terrain. Ils nous apportent, entre autres, leurs connaissances en physique théorique", souligne le chercheur d'IBM.

Pour les scientifiques du Centre - ils devraient être une centaine d'ici un à deux ans - les conditions de travail seront optimales : la qualité de l'air et l'environnement en général y sont souvent mieux contrôlés que dans leurs laboratoires actuels. Ils disposeront aussi d'un outil probablement unique au monde : les Noise Free Labs. Au sous-sol, six cellules monacales placeront la matière à l'écart des bruits du monde. Quand on veut fabriquer, manipuler ou contrôler des matériaux à l'échelle du nanomètre, la moindre interférence devient fatale à l'expérience.

À raison d'un million de francs suisses l'unité, chaque cellule bénéficiera de techniques perfectionnées pour l'isoler des perturbations acoustiques et électromagnétiques, des vibrations et des fluctuations de température : isolation acoustique, amortissement des vibrations sur un socle de béton de 38 à 68 tonnes, lui-même suspendu sur des amortisseurs, blindage électromagnétique, compensation active de champs magnétiques par des bobines de Helmhotz fixées au plafond...

Toujours pour éviter les interférences, les équipements électroniques nécessaires à une expérience sont maintenus dans une chambre à part. Ils ont aussi été modifiés pour supporter un câblage plus long et la commande à distance. "Pendant longtemps, les fabricants d'instruments de précision ont accusé les chercheurs de perturber les mesures. Dans ces labos, ce sont les équipements qui sont responsables du bruit restant !", s'exclame Emanuel Lörtscher, chercheur en nanotechnologies et responsable du projet des Noise Free Labs. À l'échelle nanométrique, rien n'est plus pareil !