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Semi-conducteur organique : vers l'électronique souple !

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Depuis une décennie, des chercheurs bataillent pour réaliser des circuits que l'on pourrait imprimer sur des supports variés, même souples. Le composant est trouvé : c'est le semi-conducteur organique. Reste à mettre au point une méthode applicable industriellement. Une équipe américaine vient de franchir un pas décisif dans cette direction.

Ce sont de véritables puces électroniques qu'a réalisées une équipe de l'UCLA (Université de Los Angeles) en utilisant comme semi-conducteurs différents cristaux organiques déposés sur une surface quelconque, en silicium ou en plastique. Le travail vient d'être publié dans la revue Nature.

L'utilisation de semi-conducteurs organiques n'est pas nouvelle puisqu'on les trouve dans la nouvelle génération d'écrans plats Oled (Organic Light Emitting Diode). En laboratoire, des circuits ont déjà été réalisés avec ces semi-conducteurs composés de polymères organiques, c'est-à-dire formés de chaînes de carbone. Mais la difficulté est de réaliser des transistors composés d'une seule molécule organique. Si l'on maîtrise bien les conditions de dépôts, la taille des cristaux organiques devient supérieure à la distance entre les électrodes source et drain et l'on obtient un transistor monocristallin.

Un coup de tampon

Alejandro Briseno et son équipe ont d'abord posé le réseau d'électrodes là où ils voulaient ensuite placer les transistors. Ils ont fabriqué une sorte de tampon en polymère (du polydimethylsiloxane) portant le motif du circuit à réaliser. Ce tampon, recouvert d'un agent chimique favorisant la croissance des cristaux, de l'octadecyltriethoxysilane (OTS), a été pressé sur le support. Déposé sous forme de vapeur, le matériau organique semi-conducteur a cristallisé là où se trouvait l'OTS. Le motif s'est ainsi progressivement imprimé, des molécules organiques venant relier les paires d'électrodes (drain et source). Simple, non ?

Plusieurs semi-conducteurs ont été testés, dont les fullerènes (molécules sphériques à 60 atomes de carbones). Les transistors les plus rapides ont été obtenus grâce au rubrène, une molécule polycyclique à 42 atomes de carbone, déjà utilisée dans les Oled.

Une feuille que l'on branche sur le Web pour y récupérer les infos du matin qu'on lira ensuite dans le bus : les prototypes existent déjà (ici celui de Plastic Logic). L'électronique organique est pleine de promesses. Crédit : Plastic Logic

Un marché mondial

Chez les industriels de l'électronique, on aime parler densité. Avec un motif élémentaire occupant 49 micromètres carrés (dans le meilleur des cas), l'équipe n'atteint pas les performances des meilleurs puces, mémoires ou processeur, dont les transistors descendent largement sous le micromètre carré. Mais ce n'est qu'un début et la performance est suffisante pour envisager de véritables circuits.

Les chercheurs ont vérifié que les transistors ainsi imprimés sur du plastique continuaient à fonctionner correctement lorsqu'ils étaient pliés. Mais pourquoi vouloir à tout prix tordre les puces ? Par exemple pour l'affichage sur un support souple, parfois appelé papier intelligent, voire pour des emballages. Mais l'électronique organique présente surtout l'intérêt de permettre la création de circuits sur toutes sortes de supports et on prédit à cette technique des applications dans de nombreux domaines, panneaux électroniques, affiches, signaux et livres électroniques. IDTechEx, un cabinet britannique spécialisé dans l'étiquetage RFID (Radio Frequency Identification) annonce un marché mondial de 30 milliards en 2015.