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Dans ce téléphone, il y a environ 100 million de transistors, dans cet ordinateur, il y en a plus
d'un milliard. Le transistor est dans virtuellement tout appareil électronique que nous utilisons : télés, radios,
Tamagotchis.
Mais comment est-ce que ça marche ?
Et bien, le principe de base est en fait incroyablement simple. Cela fonctionne comme un interrupteur qui
contrôle le flot de courant électrique.
Il peut être ouvert, vous pourriez appeler ça l'état 0, ou il pourrait être fermé, l'état 1.
Et c'est ainsi que toute notre information est stockée et traitée aujourd'hui, avec des zéros et des uns,
de petites quantités de courant électrique. Mais contrairement à cet interrupteur, un transistor n'a pas de
pièces mobiles. Et il ne requiert pas de contrôle humain non plus. De plus, il peut être
éteint ou allumé bien plus vite que je ne peux le faire avec cet interrupteur. Finalement, et
plus important encore, il est incroyablement petit. Tout cela est dû au miracle des semiconducteurs
ou je devrais plutôt dire à la science des semiconducteurs.
Le silicium pur est un semiconducteur, ce qui signifie qu'il conduit mieux le courant électrique que les isolants
mais pas aussi bien que les métaux. Cela est dû au fait qu'un atome de silicium a 4
électrons dans sa couche électronique externe ou couche de valence. Cela lui permet de former des liens avec ses 4
plus proches voisins,
Hé ! Hou !
Comment ça va !?
Il forme ainsi un cristal tétraédrique.
Mais comme tous ces électrons sont bloqués dans les liens, peu d'entre eux obtiennent assez d'énergie pour s'échapper
de leurs liens et voyager à travers le réseau. Donc, avoir un petit nombre de charges mobiles
est ce qui fait du silicium un semiconducteur.
Maintenant, cela ne serait pas très utile sans l'arme secrète d'un semiconducteur -- le dopage.
Vous avez probablement entendu parler du dopage, c'est quand vous injectez une substance étrangère afin
d'améliorer une performance.
Oui, c'est vraiment juste comme ça, sauf qu'on est au niveau atomique.
Il y a deux types de dopage appelés dopages de type n et de type p. Pour faire un semiconducteur de type n,
vous prenez du silicium pur et vous y injectez une petite quantité d'un élément avec 5 électrons de valence,
comme le phosphore.
C'est utile parce que le phosphore est assez similaire au silicium pour s'insérer dans le
réseau, mais qu'il apporte un électron en plus. Cela signifie que le semiconducteur a désormais plus
de charges mobiles et il conduit donc mieux le courant.
Pour le dopage de type p, un élément avec seulement 3 électrons de valence est ajouté au réseau.
Comme le bore. Cela crée un «trou» - un endroit où il devrait y avoir un électron, mais
où il n'y en a pas. Mais cela augmente néanmoins la conductivité
du silicium parce que les électrons peuvent s'y déplacer.
Bien que ce soient les électrons qui bougent, on aime parler de trous qui se déplacent
-- parce qu'il y en a bien moins. Comme un trou est une absence d'électron,
il agit en réalité comme une charge positive. Et c'est pourquoi un semiconducteur de type p est en fait
appelé de type p. Le p est pour positif - ce sont les charges positives, ces trous, qui sont mobiles
et qui conduisent le courant.
On pense souvent à tort que les semiconducteurs de type n sont chargés négativement et
que les semiconducteurs de type p sont chargés positivement. Ce n'est pas vrai, ils sont tous les deux neutres parce qu'ils
ont le même nombre d'électrons et de protons en leur sein.
Le n et le p réfèrent juste en fait au signe des charges qui peuvent y bouger.
Ainsi, dans un type n, ce sont les électrons négatifs qui peuvent se déplacer, et dans un type p,
c'est un trou positif qui bouge. Mais ils sont tous les deux neutres !
Un transistor est fait avec les deux types de semiconducteur. Une configuration usuelle
a un type n aux extrémités et un type p au milieu. Comme un interrupteur, un transistor a des contacts
électriques à chaque extrémité qui sont appelés l'émetteur et le collecteur. Mais au lieu d'un interrupteur
mécanique, il y a un troisième contact électrique appelé la porte, qui est isolé du
semiconducteur par une couche d'oxyde.
Quand un transistor est créé, les types n et p ne s'en tiennent pas à eux-mêmes -- en fait, les électrons
diffusent du type n, où il y en a plus, vers le type p
pour remplir les trous.
Cela crée ce que l'on appelle la couche de déplétion ou couche désertée. Qu'est-ce qui y a déserté ? Les charges
mobiles. Il n'y a plus d'électrons libres dans le type n
-- pourquoi ? Parce qu'ils ont rempli les trous du type p.
Ainsi, cela rend le type p négatif grâce aux électrons ajoutés. Et cela est important
car le type p va alors repousser tout électron qui essaierait de passer à partir du type n.
La couche de déplétion agit donc comme une barrière, empêchant le flot de courant électrique
de passer à travers le transistor. Le transistor est alors éteint, comme un interrupteur ouvert, il est dans
l'état 0.
Pour l'allumer, il faut appliquer une petite tension positive à la porte. Cela attire les électrons
et vainc la répulsion de la couche de déplétion Elle réduit en fait la couche de déplétion
de sorte que les électrons puissent bouger et former un canal de conduction.
Le transistor est alors allumé, il est dans l'état 1.
C'est remarquable parce que la seule exploitation des propriétés d'un cristal a permis de
créer un interrupteur qui n'a aucune pièce mobile, qui peut être allumé ou éteint très
rapidement, juste avec une tension et qui, plus important encore, peut être rendu très petit.
Les transistors actuels font environ 22 nanomètres de longueur, ce qui signifie qu'ils ne font qu'environ 50 atomes de long.
Mais pour suivre la loi de Moore, ils vont devoir continuer à rapetisser. La loi de Moore
établit que tous les deux ans, le nombre de transistors dans une puce devrait doubler.
Et il y a une limite, à mesure que ces extrémités se rapprochent l'une de l'autre, les effets quantiques
deviennent plus importants et les électrons peuvent en fait sauter d'un côté à l'autre.
Vous ne pourriez alors pas être capable de créer une barrière suffisante pour les empêcher de passer.
Cela sera un vrai problème pour le futur des transistors, mais nous ne ferons probablement face à
ça que dans 10 ans encore. Ainsi, d'ici là, les transistors comme nous les connaissons
vont continuer à s'améliorer.
Une fois que vous avez…disons…300 de ces qbits, vous avez alors 2^300
bits classiques. Ce qui représente autant de particules qu'il y en a dans l'univers. (Traduit par @Alexis_Reymbaut)