L'histoire des composants électroniques

L’apparition des composants électroniques est indissociable de l’histoire de l’électricité, ce vecteur d’énergie que les Anciens reconnaissaient dans le phénomène naturel de la foudre, associé d’abord à la colère des dieux.

Les appareils électriques transforment l’énergie électromagnétique reçue en une autre forme d'énergie :

• En chaleur dans le cas du grille-pain
• En lumière pour une lampe
• En mouvement, pour l’aspirateur en mouvement qui entraîne le moteur de l'aspirateur.

Au lieu de transformer l’énergie électrique en chaleur, en lumière ou en mouvement, un appareil électronique manipule le courant électrique pour transporter du son, des images ou des données. C’est le thermostat de notre grille-pain, qui permet le réglage de la température, du temps de cuisson, du programme choisi…

Cette manipulation du courant électrique est le fait d’un petit nombre de composants électroniques assemblés selon un schéma d’implantation pour constituer des circuits.

Chaque composant réalise une ou plusieurs fonctions électroniques.

Il est relié à d’autres par des câbles ou des connexions métalliques imprimés.

Par habitude, on distingue 2 catégories

• Les composants actifs : ce sont des dispositifs capables d’amplifier un signal électrique et de produire de l’énergie.
  • Ce sont les semi-conducteurs dont propriétés électriques leur permettent d'être à la fois conducteurs (comme les métaux) et isolants (transistors, diodes, circuits intégrés...)
• Les composants passifs : ils ne nécessitent pas d'énergie pour fonctionner, à l'exception du circuit de courant alternatif
  • Ils regroupent les résistances, les condensateurs, les bobines, les filtres et les assemblages de ces composants

En 1876, le premier téléphone, que l’on appelle aussi vibraphone, est industrialisé par Graham Bell. L’industrie des matériaux conducteurs et des isolants thermiques se développe. Alors qu’il travaille pour la société « Wireless Telegraphy », un ingénieur anglais, John Ambrose Fleming, s’aperçoit que l’effet Edison, découvert par hasard par Thomas Edison alors qu'il essayait d'expliquer la rupture du filament et le noircissement du verre des lampes incandescentes, peut être utilisé pour détecter les ondes radios.

Le tube électronique à deux éléments (diode à vide) est né. Cette invention, brevetée en novembre 1904, inaugure l’ère de l’électronique : son fonctionnement, reposant sur un flux d’électrons, fait de lui le premier composant électronique. A partir de 1910, la téléphonie sera la première industrie à utiliser les possibilités offertes par le tube à vide

Les Américains John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain, chercheurs des Laboratoires Bell, inventent le transistor à jonction.

Beaucoup plus petit, plus léger et plus robuste que le tube électronique, il n’a pas besoin de temps de chauffage, ni d’une source de tension élevée. Rapidement assemblé, avec d'autres composants au sein de circuits intégrés, il devient un enjeu industriel majeur.

En 1956, l’invention est couronnée du prix Nobel de physique : deux ans auparavant, les premiers postes de radio à transistor voient le jour.

C’est en planchant sur le projet d’un fabricant japonais qui cherche à produire un circuit électronique pour une nouvelle calculatrice programmable que Ted Hoff, un ingénieur de la société californienne Intel, crée le premier microprocesseur de l'Histoire. Son nom ? 4004. Avec ses 2300 transistors, il exécute 60.000 opérations par seconde.

Ce processeur, dont tous les composants ont été suffisamment miniaturisés pour être regroupés dans un unique boîtier, est le fruit d’évolutions majeures.

Il doit beaucoup à l’invention des circuits intégrés, dont le premier brevet est déposé en février 1959 par J. Kilby de Texas Instruments. Cette invention a radicalement changé la nature des circuits électroniques : les transistors, qui ont remplacé les diodes à vide, posent de nombreux problèmes d'assemblage. Kilby a alors l'idée d'associer, sur un support planaire, des résistances et des condensateurs connectés entre eux.

Une miniaturisation qui va ouvrir la voie à la micro-informatique et enclencher la révolution numérique, considérée comme la troisième révolution industrielle.

Les composants discrets, une espèce en voie de disparition : A la différence d’un circuit intégré ou hybride, un composant électronique discret ne réalise qu'une fonction (résistance, condensateur…). Avec les progrès de l’industrie des semi-conducteurs et l’exigence de miniaturisation accrue, ils seront bientôt les dinosaures de l’électronique.

La loi de Moore, qui postule le doublement de la densité de transistors présents sur une puce tous les deux ans, impose une course à la miniaturisation : toutefois, peut-on envisager un transistor plus petit qu’un atome ? Une impossibilité qui dope l’innovation.

• L’électronique 2D constitue l’une des solutions de remplacement. Ses matériaux, dont l’épaisseur ne dépasse pas quelques atomes, pourraient fournir les transistors et les mémoires de demain.
• La densité de l’interconnexion, pour transporter une quantité de données toujours plus grande, est l’un des enjeux majeurs.

Des composants électroniques biodégradables, qui se dégraderaient dans l'environnement ou, dans le cas d’applications médicales, à l’intérieur du corps humain.