Circuits organiques auto-assemblés

Les chercheurs ont trouvé un moyen simple de fabriquer des circuits électroniques haute performance à partir de semi-conducteurs organiques. L'avance, rapportée dans le La nature , nous rapproche un peu plus de l'électronique plastique pliable à faible coût.

Circuit fait maison : Ce circuit logique comprend plus de 300 transistors organiques fabriqués à l'aide d'une nouvelle astuce d'auto-assemblage. La couche semi-conductrice de chaque appareil est formée de molécules qui s'organisent à la surface du circuit.

Une équipe de recherche dirigée par Dago le Lion aux laboratoires de recherche Philips, à Eindhoven, aux Pays-Bas, ont développé des molécules semi-conductrices qui s'organisent automatiquement sur une surface en une couche de quelques nanomètres d'épaisseur. Ces molécules auto-assemblantes pourraient faciliter la fabrication de transistors organiques, les éléments constitutifs essentiels de l'électronique plastique. Lors d'expériences, les chercheurs ont utilisé cette technique pour fabriquer des centaines de transistors et les ont arrangés en circuits complexes.

Dans le passé, d'autres ont utilisé des astuces d'auto-assemblage similaires pour fabriquer des transistors organiques, mais la nouvelle méthode est beaucoup plus simple. De plus, les chercheurs ont été incapables de reproduire de manière précise et fiable des dispositifs auto-assemblés jusqu'à présent. Vous avez besoin que chaque transistor fonctionne pour que le circuit fonctionne, dit Jean Kymissis , professeur d'électrotechnique à l'université de Columbia. Ici, il y a des centaines de transistors, qui fonctionnent tous. Le rendement est extrêmement bon pour les circuits compliqués.

Les semi-conducteurs organiques sont moins chers et plus flexibles que le silicium. Les écrans plats d'aujourd'hui utilisent des transistors en silicium amorphe rigide pour allumer et éteindre les pixels. Inversement, les transistors en plastique pourraient conduire à de grands écrans pliables bon marché et à une gamme d'autres dispositifs peu coûteux, tels que les étiquettes RFID. Cependant, le coût et la praticité de la fabrication de circuits électroniques organiques sont un défi.

De nombreux chercheurs pensent que l'auto-assemblage - une technique qui repose sur l'organisation de molécules en structures complexes - pourrait être le moyen le plus pratique de produire des composants électroniques en plastique bon marché. Les procédés actuellement utilisés pour fabriquer des circuits organiques comprennent la gravure lithographique et l'impression à jet d'encre. L'auto-assemblage élimine le besoin de modeler progressivement la couche semi-conductrice et ne gaspille pas le semi-conducteur en le décapant.

L'objectif ultime des circuits auto-assemblés est de pouvoir jeter des molécules dans un bécher et de les laisser s'organiser en structures souhaitées, explique Edsger Smits, chercheur aux laboratoires de recherche Philips, qui a participé aux travaux. Sortir des circuits d'un bécher est encore loin, mais le présent travail est un pas vers cet objectif. Les chercheurs ont déposé des électrodes de source et de drain en or avec un isolant en dioxyde de silicium à l'aide de la lithographie traditionnelle et de la gravure de surface. Ensuite, ils ont plongé ce circuit à transistors dans une solution contenant le semi-conducteur organique.

Les molécules semi-conductrices se sont disposées en une seule couche dense d'environ trois nanomètres d'épaisseur au-dessus de l'isolant en dioxyde de silicium entre la source et le drain. Les molécules s'attachent tant qu'il y a un espace ouvert, donc il y a vraiment une couche de mono-molécule, explique le co-auteur de l'article Stephan Kirchmeyer, qui est vice-président de H.C. Starck , la société chimique basée à Leverkusen, en Allemagne, qui a conçu et produit les molécules.

Dans des travaux antérieurs d'autres groupes, les circuits étaient d'abord trempés dans un produit chimique d'ancrage, puis recouverts d'une solution semi-conductrice, provoquant la fixation du semi-conducteur aux molécules d'ancrage. Dans les nouvelles molécules, l'ancre et le semi-conducteur sont déjà liés ensemble. Cela devient un processus de fabrication en une étape, dit Pour contacter Yang , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Californie à Los Angeles. [C'est] une approche intelligente.

La production d'une couche semi-conductrice bien ordonnée crée un dispositif hautes performances. Il améliore la mobilité électronique d'un transistor, qui à son tour détermine la quantité de courant qu'il peut transporter et la vitesse à laquelle il peut s'allumer et s'éteindre. Les performances des dispositifs [sont] comparables à celles des transistors en vrac basés sur des matériaux similaires, dit Smits.

Les chercheurs ont finalement combiné leurs transistors en circuits fonctionnels. Dans leurs La nature papier, ils démontrent plusieurs composants logiques importants tels que les inverseurs et les oscillateurs en anneau. Ils démontrent également un circuit compliqué appelé générateur de code, utilisant 300 transistors.

Kymissis admet que des circuits plus rapides et meilleurs ont déjà été fabriqués en utilisant l'auto-assemblage. Mais il dit que la simplicité de la méthode d'assemblage en une étape et la capacité de ces transistors à fonctionner dans des circuits aussi complexes est une avancée formidable.

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