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Transistors transparents
Les écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) se trouvent actuellement sur les téléphones portables et les appareils photo numériques. Mais à l'avenir, les fabricants s'attendent à des versions plus grandes, pliables et complètement transparentes. Ils imaginent des cartes lumineuses sur les visières et les pare-brise, des écrans de télévision intégrés aux lunettes et des écrans d'ordinateur transparents enroulables. Et bien que les OLED eux-mêmes puissent être transparents, pour faire un affichage clair, les transistors qui contrôlent l'OLED de chaque écran, ou pixel, doivent également être transparents.
Transistors transparents : Des réseaux de transistors entièrement transparents fabriqués avec des nanofils d'oxyde d'indium sont fabriqués sur un substrat en plastique (des lignes rouges marquent les régions du réseau). Les transistors, fabriqués par des chercheurs de l'Université Purdue et de l'Université Northwestern, pourraient être une étape importante vers des écrans lumineux, flexibles et complètement transparents.
Des chercheurs de l'Université Purdue et de l'Université Northwestern ont maintenant fabriqué des transistors transparents flexibles à l'aide de nanofils d'oxyde de zinc et d'oxyde d'indium. En revanche, les transistors en silicium amorphe ou polycristallin utilisés dans les afficheurs existants ne sont pas transparents. Les nouveaux transistors fonctionnent également mieux que leurs homologues au silicium et sont plus faciles à fabriquer sur du plastique souple.
Les transistors pourraient conduire à des écrans OLED transparents plus lumineux, selon le professeur d'ingénierie électrique et informatique de Purdue David Janes , qui a dirigé les travaux publiés dans le Nature Nanotechnologie . Lorsque des circuits à transistors non transparents conventionnels sont placés autour de l'OLED, ils prennent de la place sur l'écran qui pourrait autrement émettre de la lumière. Mais, dit Janes, vous pouvez placer des transistors transparents en dessous ou au-dessus du pixel, augmentant ainsi la zone d'émission de lumière.
Pour fabriquer les transistors, Janes et ses collègues déposent d'abord une électrode de grille en oxyde d'indium-zinc sur du verre ou du plastique. Ensuite, ils ont mis une solution de nanofils sur la surface. Après avoir trouvé un nanofil correctement aligné, ils déposent des électrodes de source et de drain en oxyde d'indium et d'étain de chaque côté du nanofil. L'oxyde d'indium zinc et l'oxyde d'indium étain sont des matériaux transparents.
Les transistors à nanofils ont une mobilité électronique élevée, ce qui détermine la vitesse à laquelle le transistor peut fonctionner et la quantité de courant qu'il peut transporter. En effet, la mobilité est quelques centaines de fois meilleure que celle des transistors en silicium amorphe, largement utilisé dans l'électronique d'affichage. À cause de cela, les transistors pourraient être rendus plus petits et plus rapides, dit Janes. Des transistors plus compacts, dit-il, signifieraient une zone de pixels encore plus grande. De plus, les transistors à nanofils sont beaucoup plus faciles à fabriquer sur du plastique que les transistors au silicium car ils ne nécessitent pas de traitement à haute température.
Des groupes de recherche ont récemment réalisé des transistors transparents en utilisant des couches minces d'oxyde de zinc ou d'oxyde d'indium, ou en utilisant des nanotubes de carbone. (Voir Écrans bon marché, transparents et flexibles .) Les deux technologies sont confrontées à des problèmes uniques. Alors que les transistors à nanotubes de carbone ont une bien meilleure mobilité des électrons et sont plus forts que les nouveaux transistors à nanofils, ils ne sont pas totalement transparents car ils ont besoin de minuscules contacts métalliques pour connecter les nanotubes aux électrodes. Les transistors à couche mince, en revanche, sont plus faciles à fabriquer sur diverses surfaces mais ont des mobilités beaucoup plus faibles.
Pour les nouveaux transistors, les performances en termes de mobilité, de flexibilité et de transparence sont très impressionnantes, déclare Jean Pari , professeur de génie électrique et d'informatique travaillant dans le domaine de l'électronique transparente à l'Oregon State University. Maintenant, la plus grande question en suspens, dit-il, est la suivante : tout cela peut-il être traduit en une fabrication dans le monde réel ?
À l'heure actuelle, il n'existe aucune méthode pour contrôler où les nanofils se déposent sur une surface ou comment ils s'alignent. Dans les démonstrations expérimentales, vous jetez quelques milliers de nanotubes et espérez que l'un s'aligne dans la direction souhaitée, dit Wager. Mais le dépôt aléatoire de nanofils sur une surface ne fonctionnera pas si l'on veut fabriquer des transistors pour de grands écrans.
En effet, dit Janes, vous devez avoir un moyen de placer le nombre souhaité de nanofils à l'emplacement souhaité. À ce stade, les trois technologies pour fabriquer des transistors transparents – nanofils, films minces et nanotubes de carbone – ont une bonne chance de remplacer la technologie des transistors au silicium pour les futurs écrans transparents et flexibles, dit Janes.
Selon John Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana Champaign, le succès commercial ultime de l'une des trois technologies dépendra de la façon dont elles se mesureront à de nombreux facteurs différents : transparence, performances électriques, flexibilité et facilité et coût de leur fabrication. Ce sera une bonne course de chevaux pour voir quelle approche gagnera, dit Rogers.