Vers l'électronique souple ! Semi-conducteur organique

[Thirga.ounevdhou]

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.

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 à 1 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.

- Futura

[Elwahrany]

un semi-conducteur en matière organique, c de la science fiction pour moi!! merci pour l'info. peut tu vulgariser encore plus stp?

[Quasard]

Les Israeliens ont deja développé une RAM à base de nucleotides il y a quelques années.
On risque de voir ces composants tres bientot dans les domaines de haute technologie.

[Thirga.ounevdhou]

Bonjour Elwahrany,

un semi-conducteur en matière organique, c de la science fiction pour moi!! merci pour l'info. peut tu vulgariser encore plus stp?

L’électronique organique EST du domaine du réalisable (des circuits ont été déjà realisés) http://www-drecam.cea.fr/spcsi/Phoce...u&id_news=1954. Le plus important est que les semi-conducteurs organiques puissent avoir des caractéristiques et des proprietés de conduction similaires aux semi-conducteurs inorganique (telle que la conduction par les electrons et les trous, ainsi que la présence d'une bande interdite.) le but recherché c'est l'utilisation exploitation…En plus d’offrir pleins d’avantages :
- Légèreté (pratique pour la portabilité)
- Flexibilité : moins fragiles que les semi-conducteurs inorganiques qui doivent être déposés sur des structures rigides.
- Facilité de fabrication...
Et bien sure aucune matière ne l’est a 100% , donc avec des limitations dans l’utilisation.

Rien de sorcier dans cette technologie. On dit organique par opposition aux semi-conducteurs inorganiques, tel que le silicium (les molécules utilisées sont à base de carbone).

[Thirga.ounevdhou]

L’électronique organique : Le rubrène, la star de l'électronique de demain ?

Grâce à sa pureté et à ses propriétés chimiques de surface, le rubrène supplantera peut-être un jour le silicium dans l'électronique.

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C'est un rêve d'expérimentateur: un matériau à ce point parfait qu'il se comporte exactement comme la théorie le prévoit. Un rêve devenu réalité au sein du laboratoire "Nanostructures et semi-conducteurs organiques" de Gif-sur-Yvette, où Denis Fichou et son équipe se sont penchés sur les propriétés électroniques d'un monocristal de rubrène, produit de synthèse et semi-conducteur organique, à base de carbone. Résultat ? Certaines de ces propriétés sont tout bonnement exceptionnelles. Une découverte qui pourrait marquer une étape importante dans le développement de l'électronique dite "plastique", une des voies explorées pour succéder à l'ère du silicium.

Comme tous les semi-conducteurs, le rubrène est conducteur dans un sens, mais isolant dans l'autre. Une propriété remarquable à la base de toute l'électronique moderne, qu'il partage notamment avec le silicium. Sauf que même avec le silicium le plus pur, la courbe courant-tension – autrement dit, la réponse en courant sous l'effet d'une différence de potentiel électrique – n'est jamais parfaite, en particulier dans le sens bloquant, où l'on observe toujours des courants de "fuite".

"À l'opposé, dans un monocristal de rubrène, explique Denis Fichou, nous avons observé le passage d'un courant très intense dès l'application d'une tension de 0,3 V, ce qui est minuscule. Inversement, du côté bloquant, le courant reste strictement nul jusqu'à des tensions de 10 à 15 volts, ce qui est tout bonnement hallucinant !" Un phénomène observé à l'échelle nanométrique, mais aussi à celle du micromètre.

D'après les scientifiques, la clé de ce comportement quasi idéal est à chercher autant dans l'extrême pureté chimique des cristaux de rubrène que dans la nature physique de leur surface. En effet, comme il s'agit d'un cristal moléculaire, toutes les liaisons chimiques y sont satisfaites. Inversement, à la surface d'un cristal de silicium, les atomes présentent à leur environnement extérieur des liaisons chimiques non satisfaites qui, dans un transistor par exemple, vont réagir à l'interface entre le semi-conducteur et d'autres constituants du composant. Et éloigner ainsi le système d'un comportement idéal.

Si les chercheurs parviennent à préserver les propriétés électriques de leur monocristal dans une couche mince polycristalline, telle qu'utilisée en pratique pour la réalisation de transistors, "le comportement du rubrène laisse notamment entrevoir une nouvelle génération de composants pour la micro- ou la nanoélectronique", s'enthousiasme Denis Fichou.

L'électronique "plastique", fondée sur l'utilisation de semi-conducteurs organiques, a déjà prouvé son intérêt pour réaliser des circuits intégrés ou des dispositifs d'affichage, tels des écrans flexibles. Avec ce nouveau résultat, elle s'annonce comme une concurrente redoutable du silicium.

- Source: CNRS

[absent]

La star de l'électronique de demain ?

Grande découverte en nanosciences

Le rubrène, la star de l'électronique de demain ?

C'est un rêve d'expérimentateur: un matériau à ce point parfait qu'il se comporte exactement comme la théorie le prévoit. Un rêve devenu réalité au sein du laboratoire "Nanostructures et semi-conducteurs organiques" de Gif-sur-Yvette, où Denis Fichou et son équipe se sont penchés sur les propriétés électroniques d'un monocristal de rubrène, produit de synthèse et semi-conducteur organique, à base de carbone. Résultat ? Certaines de ces propriétés sont exceptionnelles. Une découverte qui pourrait marquer une étape importante dans le développement de l'électronique dite "plastique", une des voies explorées pour succéder à l'ère du silicium.

Grâce à sa pureté et à ses propriétés chimiques de surface,
le rubrène supplantera peut-être un jour le silicium dans l'électronique

Comme tous les semi-conducteurs, le rubrène est conducteur dans un sens, mais isolant dans l'autre. Une propriété remarquable à la base de toute l'électronique moderne, qu'il partage notamment avec le silicium. Sauf que même avec le silicium le plus pur, la courbe courant-tension – autrement dit, la réponse en courant sous l'effet d'une différence de potentiel électrique – n'est jamais parfaite, en particulier dans le sens bloquant, où l'on observe toujours des courants de "fuite".

"À l'opposé, dans un monocristal de rubrène, explique Denis Fichou, nous avons observé le passage d'un courant très intense dès l'application d'une tension de 0,3 V, ce qui est minuscule. Inversement, du côté bloquant, le courant reste strictement nul jusqu'à des tensions de 10 à 15 volts, ce qui est tout bonnement hallucinant !" Un phénomène observé à l'échelle nanométrique, mais aussi à celle du micromètre.

D'après les scientifiques, la clé de ce comportement quasi idéal est à chercher autant dans l'extrême pureté chimique des cristaux de rubrène que dans la nature physique de leur surface. En effet, comme il s'agit d'un cristal moléculaire, toutes les liaisons chimiques y sont satisfaites. Inversement, à la surface d'un cristal de silicium, les atomes présentent à leur environnement extérieur des liaisons chimiques non satisfaites qui, dans un transistor par exemple, vont réagir à l'interface entre le semi-conducteur et d'autres constituants du composant. Et éloigner ainsi le système d'un comportement idéal.

Si les chercheurs parviennent à préserver les propriétés électriques de leur monocristal dans une couche mince polycristalline, telle qu'utilisée en pratique pour la réalisation de transistors, "le comportement du rubrène laisse notamment entrevoir une nouvelle génération de composants pour la micro- ou la nanoélectronique", s'enthousiasme Denis Fichou.

L'électronique "plastique", fondée sur l'utilisation de semi-conducteurs organiques, a déjà prouvé son intérêt pour réaliser des circuits intégrés ou des dispositifs d'affichage, tels des écrans flexibles. Avec ce nouveau résultat, elle s'annonce comme une concurrente redoutable du silicium.

Source: CNRS
Illustration: © Univ. Paris VI, CNRS, CEA / Univ. Illinois, Urbana / Univ. Rutgers, Piscataway