Par la formation, préparer l’avenir du secteur de la microélectronique

Le domaine de l’électronique et de la microélectronique est stratégique car il alimente directement l’ensemble des autres secteurs de l’industrie, omniprésent dans notre vie de tous les jours. Il s’agit, entre autres, de l’automobile (et du transport au sens large), de l’aéronautique, des objets connectés (PC, Smartphones, IOT etc), des réseaux (antennes) et de l’informatique. Face au dynamisme actuel de la microélectronique, comment répondre aux attentes des industriels du secteur ?

Un choix politique fort : le retour de l’industrie de la microélectronique en Europe

L’une des conséquences les plus importantes de la crise sanitaire que nous traversons est d’avoir montré la forte dépendance de l’Europe, et de la France en particulier, au marché asiatique. En effet, la majorité des fabricants de composants électroniques et de circuits microélectroniques ont délocalisé leur centre de fabrication en Asie (seule la phase de conception est partiellement restée localisée en Europe). La décision prise par Bercy en février dernier, de réunir les professionnels de la filière microélectronique pour limiter l’impact de la pénurie des semi-conducteurs dont souffre en particulier l’industrie automobile, illustre parfaitement l’ampleur du problème.

A l’échelle européenne, également, la préoccupation est grande et des investissements importants pour la microélectronique sont prévus. Ainsi, les grands acteurs industriels de ce domaine s’accordent aujourd’hui sur l’urgence de relocaliser leurs outils de de production afin de maîtriser toute la chaîne. Il est donc primordial pour les acteurs de la formation de réagir et d’anticiper la demande très forte -en réalité déjà bien réelle- en ingénieurs et techniciens dans le domaine de la microélectronique au sens large, avec des disciplines qui couvrent un spectre large allant de la physique du semi-conducteur à l’informatique.

Vers la fin de la miniaturisation : « More Moore » ou « More than Moore » ?

Dans les années 1970, G. Moore énonce empiriquement que la densité d’intégration doit doubler tous les deux ans. Cet objectif, nommé rapidement et improprement Loi de Moore (alors qu’il n’a rien d’une loi physique, mais est simplement un constat empirique) a guidé l’évolution technologique de la microélectronique jusqu’à récemment. Mais la miniaturisation des procédés technologiques est aujourd’hui quasiment à l’arrêt car elle a atteint sa limite (la finesse de gravure est de l’ordre du nanomètre ce qui est quasiment l’échelle atomique de la matière), et l’augmentation de la densité d’intégration se fait alors principalement par d’autres techniques (technologie 3D au lieu de 2D afin de gagner une dimension d’espace, changement de matériaux, etc.). A ces échelles-là, les effets quantiques dominent dans le comportement des matériaux semi-conducteurs. Une formation solide en physique est donc absolument nécessaire afin d’être armé pour aborder les challenges technologiques auxquels le monde de la microélectronique est confronté. Les effets quantiques sont soit subis, et il faut alors savoir les gérer, les modéliser et quantifier leurs conséquences, soit recherchés, et l’objectif sera de savoir les exploiter au mieux.

Formation en microélectronique : un domaine de compétences nécessaires très large

L’offre de formation en microélectronique (notamment analogique) est, à l’échelle nationale, plutôt faible. Il est compliqué pour un établissement de formation de mettre en œuvre ces enseignements de façon poussée car il nécessite d’avoir accès à des ressources matérielles et logiciels coûteuses. Ces ressources sont donc mutualisées à l’échelle nationale via le CNFM (Centre National de Formation en Microélectronique). De plus, le domaine de la conception en microélectronique nécessite, pour les salariés du secteur ou les jeunes diplômés, une poursuite d’études ou quelques années d’expériences afin de commencer à acquérir un niveau d’expertise nécessaire à la bonne réalisation des missions qui leur sont confiées.

Les missions, et par conséquent les outils associés à ces missions, sont très variés. L’utilisation de l’informatique est omniprésente et sa mise en œuvre de plus en plus complexe. Ces métiers nécessitent des compétences solides en programmation haut et bas niveau, en algorithmie, en administration système et réseaux.

Ainsi, le spectre de compétences nécessaires s’étale de la physique de l’état solide (matériaux semi-conducteurs, physique quantique, physique statistique), à l’électronique du composant (à l’échelle du transistor), puis du système (souvent mixte, c’est-à-dire comportant des sous-systèmes analogiques et des sous-systèmes numériques – la mise en œuvre de l’ensemble, au niveau de la modélisation, de la simulation et de la vérification étant complexe). Il existe aujourd’hui un besoin fort exprimé par l’ensemble des acteurs du domaine de développer des formations avec un bagage solide et pluridisciplinaire, plus opérationnel sur l’ensemble des métiers de la microélectronique -du matériau à la conception, de la vérification à l’optimisation, en passant par le support logiciel et matériel.

L’auteur est Rémy Cellier, Enseignant-chercheur CPE Lyon au sein du département Sciences et technologies du numérique / Équipe Conception des systèmes hétérogènes, Institut des Nanotechnologies de Lyon.

Chiffres clés : 6 diplômes d’ingénieurs, 1800 étudiants, 350 diplômés par an, 110 universités partenaires dans 25 pays, 3 Prix Nobel