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Du plastique pour des circuits électroniques mous

ActualitéClassé sous :physique , polymère , conductivité

Remplacer les métaux par des matières plastiques pour l'industrie électronique ? Pourquoi pas. L'idée n'est pas neuve, mais elle progresse et séduit les industriels surtout s'il s'agit de fabriquer des circuits bon marché... et mous. Les Coréens sont dans la bataille (pas étonnant !) : une équipe de chercheurs de Pusan, avec l'aide de scientifiques américains, a mis au point de nouveaux polymères conducteurs dont les caractéristiques physiques sont de plus en plus proches de celles des métaux.

La conductivité de la Polyaniline provient des électrons se déplaçant le long de sa chaîne carbonée.

En microélectronique, qu'est-ce qui fait l'intérêt des métaux ? La conductivité, bien sûr, mais surtout la faculté qu'a celle-ci d'augmenter quand la température baisse. Un nouveau plastique conducteur, à base de Polyaniline, a été développé par plusieurs équipes coréennes (celles de Kwang Hee Lee de l'université de Pusan et de Suck-Hyan de l'université d'Ajou), en collaboration avec l'UCSB (université de Santa Barbara en Californie) (1) . Avantage: une très bonne conductivité variable avec le température.

Rappelons que la Polyaniline, bien connue en tant que polymère conducteur, est un matériau organique (à base de carbone) de formule (C6H5N)n, déjà apprécié dans la fabrication des transistors ou des diodes électroluminescentes pour son comportement semi-conducteur. Ses caractéristiques électriques ont été découvertes en 1977. Elles sont liées à sa structure : des électrons libres se déplacent le long de la chaîne carbonée qui constitue le polymère. La Polyaniline a fait l'objet de nombreux travaux, en dehors des semi-conducteurs et dans des domaines d'application variés : en chimie pour des capteurs à nanofibres ; en optique pour absorber l'énergie...

Des plastiques aussi réfléchissants que les métaux

Les équipes (coréenne et américaine) ont mis au point de nouveaux films de Polyaniline dopée, qui ont à la fois des caractéristiques optiques et électriques comparables à celles d'un métal. Le dopage, en électronique, consiste à introduire une très petite quantité de substance (appelée « impureté ») dans un matériau pur afin d'en modifier les caractéristiques, et particulièrement la conductivité. Le polymère a donc tout d'abord été dopé à l'aide d'un acide sulfonique - un acide de soufre contenant le radical rSO2(OH). Puis il a été synthétisé dans une suspension d'huile et d'eau.

Les films ainsi produits sont caractérisés par une structure bien ordonnée, mieux ordonnée que la Polyaniline créée jusqu'ici par d'autres méthodes. Ce manque d'ordre, en quelque sorte, est la raison pour laquelle de façon générale les polymères conducteurs ne se comportent pas comme les métaux : les électrons libres se diffusent dans les matériaux en désordre, par opposition aux métaux où les électrons se diffusent schématiquement en fonction des vibrations thermiques des atomes : plus la température est basse, moins les atomes vibrent et plus les électrons peuvent se déplacer, d'où l'augmentation de la conductivité.

Résultat : les films « pseudo métalliques » des Coréens présentent une conductivité électrique de 103 Siemens par centimètre (S) à température ambiante. On est encore loin des 6 x 105 S d'un « vrai » métal comme le cuivre. Mais la nouveauté est que le polymère voit sa conductivité multipliée par 2,5 quand la température baisse à 4 Kelvin ! Et sur le plan des propriétés optiques, la réflectivité est équivalente à celle des métaux.

Toutefois les chercheurs reconnaissent que les polymères montrent encore une réelle limite de conductivité, qui les tient à distance pour une utilisation microélectronique industrielle à la place des métaux.

(1) Nature 441, 65-68, "Metallic transport in polyaniline", Kwanghee Lee, Shinuk Cho, Sung Heum Park, A. J. Heeger, Chan-Woo Lee and Suck-Hyun Lee

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