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Silicone extensible
Une nouvelle conception des puces à base de silicium permet de les étirer mécaniquement pour couvrir de grandes surfaces. Ces puces étendues, qui pourraient être des milliers de fois plus grandes que l'original, pourraient être utilisées pour fabriquer des panneaux solaires, des réseaux de capteurs et des téléviseurs à écran plat moins chers.
Croustilles de croissance : Les chercheurs ont construit des puces (en haut) qui peuvent être étendues pour des applications sur de grandes surfaces (en bas).
Les puces, construites par des chercheurs de l'Université de Stanford, sont constituées d'îlots de silicium flottant librement entourés de bobines de fil de silicium. Chaque îlot peut être traité pour inclure des transistors, des capteurs ou des matériaux pour de minuscules cellules solaires. Lorsque les coins de la puce sont tirés, les bobines autour des îlots de silicium se déroulent. Comme ils le font, les îles, qui commencent presque à se toucher, se sont écartées. Le résultat final est un réseau de dispositifs en silicium ressemblant à un réseau.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont démontré des matrices 50 fois plus grandes que la puce d'origine, mais elles ont été limitées par la taille de leur équipement de laboratoire. Pierre Peumans , le professeur de génie électrique de Stanford qui a dirigé les travaux, affirme que les puces pourraient être conçues pour se développer des milliers, voire des dizaines de milliers, de fois. Le travail de Peumans a été présenté cette semaine lors de la réunion internationale des dispositifs électroniques à Washington, DC.
Filets en silicone : En utilisant des techniques conventionnelles de traitement du silicium, des chercheurs de l'Université de Stanford ont construit des puces constituées d'îlots de silicium entourés de bobines de silicium. L'image en haut à gauche montre un tel îlot de silicium, et l'image en bas à gauche montre la puce entière composée d'un réseau de ces îlots. Lorsque les coins de la puce sont tirés, les bobines se déroulent et les îlots s'écartent. Le réseau terminé est affiché en bas à droite. L'image en haut à droite montre les bobines complètement déroulées.
Le travail consiste à utiliser le concept de circuit intégré qui a eu tant de succès en microélectronique et à l'adapter à des applications à grande surface, explique Marc Baldo , professeur de génie électrique au MIT. L'industrie des semi-conducteurs a excellé dans l'emballage de transistors plus hautes performances dans un espace donné, réduisant ainsi le coût par transistor dans le processus. Mais de nombreuses applications nécessitent que les transistors et autres dispositifs à base de silicium soient plus distribués.
Par exemple, les téléviseurs à écran plat ont besoin de millions de transistors répartis pour contrôler chaque pixel. Pour les téléviseurs LCD, il a été possible d'utiliser des transistors relativement peu performants, qui peuvent être fabriqués en déposant du silicium amorphe sur de gros morceaux de verre. Mais la prochaine génération d'écrans plus lumineux, plus colorés et plus économes en énergie, tels que les écrans à LED organiques, nécessite des transistors aux performances beaucoup plus élevées créés à partir de silicium de qualité supérieure, ce qui peut être extrêmement coûteux, ce qui rend peu pratique le revêtement d'un écran entier avec ce. Avec la méthode de Peumans, il pourrait être possible d'utiliser seulement une petite quantité de silicium de haute qualité, réduisant ainsi les coûts. De plus, les appareils sont déjà câblés ensemble. C'est un avantage important par rapport à d'autres méthodes de fabrication d'électronique de grande surface, car le câblage de l'électronique de grande surface peut être très coûteux, explique Baldo.
La possibilité d'utiliser moins de silicium et de former des réseaux ordonnés de dispositifs en silicium précâblés pourrait également être utile pour fabriquer des panneaux solaires moins chers. Dans les panneaux solaires conventionnels, la lumière est absorbée car l'ensemble du panneau est recouvert de silicium de haute qualité. Aujourd'hui, un certain nombre d'entreprises réduisent la quantité de silicium nécessaire en concentrant la lumière du soleil sur des puces de silicium plus petites. Par exemple, une entreprise fabrique une gamme de petites lentilles qui concentrent la lumière sur des cellules solaires en silicium encore plus petites. Peumans dit que sa méthode offre un moyen moins coûteux de fabriquer de tels panneaux solaires. Plus tôt cette année, il a fondé une société appelée NetCrystal, basée à Mountainview, en Californie, pour fabriquer de tels panneaux, qui, selon lui, peuvent être créés pour un tiers du coût des panneaux actuels.
Peumans travaille également avec Boeing développer des réseaux de capteurs pour les avions. L'objectif est de répartir des capteurs à base de silicium hautes performances entre les couches de matériaux composites qui composent les ailes et d'autres parties d'un nouvel avion, comme le Boeing 787. Ces capteurs seraient utilisés pour déterminer si les matériaux se fissurent ou délaminage. Les capteurs pourraient réduire les temps d'arrêt pour les inspections et aider l'équipe de maintenance à détecter les problèmes plus tôt, explique Peumans.
La technologie de Peumans n'est pas la première tentative de fabrication d'électronique de grande surface. D'autres approches, cependant, ont tendance à produire des dispositifs qui sont considérablement en deçà des performances du silicium monocristallin de qualité puce. Certains chercheurs, par exemple, développent des méthodes peu coûteuses qui utilisent des techniques d'impression commerciales pour déposer des encres semi-conductrices inorganiques ou organiques. Mais les meilleurs dispositifs à base d'encre inorganique fonctionnent environ un ordre de grandeur pire que le silicium monocristallin, alors que les transistors à base d'encre organique sont mille fois pires.
Le plus gros obstacle au développement de l'approche de Peumans a été de montrer que les bobines autour des îlots de silicium seraient suffisamment solides pour ne pas se briser lorsqu'elles se déroulent, mais il a démontré un moyen de traiter les bobines pour les rendre plus solides. L'étape suivante consiste à démontrer le fonctionnement des appareils. Il a déjà développé des prototypes de cellules solaires et travaille sur des partenariats pour développer d'autres applications.