Electronique imprimée par rotative sur supports flexibles
Des chercheurs de Glasgow ont mis au point une méthode de fabrication de circuits qui imprime des transistors en nanoruban de silicium haute performance sur des matériaux flexibles.
Des ingénieurs du groupe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) de l’Université de Glasgow expliquent comment ils ont rationalisé et amélioré le processus d’impression par transfert conventionnel en trois étapes pour créer des composants électroniques flexibles de grande surface. Au lieu de transférer des transistors FET nanoruban sur un tampon polymère souple avant qu’il ne soit transféré sur le substrat final, le transfert direct par rouleau imprime le silicium directement sur une surface flexible.
Le processus commence par la fabrication de composants nanoruban (NR) de silicium mince de moins de 100 nanomètres sur une plaquette de silicium. Un substrat en polyimide est recouvert d’une couche de produits chimiques pour améliorer l’adhérence et enroulé autour d’un tube métallique, et une machine contrôlée par ordinateur développée par l’équipe fait ensuite rouler le tube sur la plaquette de silicium, la transférant ainsi sur le substrat flexible en polyimide.
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L’équipe a réussi à créer des impressions hautement uniformes sur une surface d’environ 10 centimètres carrés, avec un rendement de transfert d’environ 95 %. C’est nettement plus élevé que la plupart des procédés d’impression par transfert conventionnels à l’échelle nanométrique.
Les transistors NR imprimés à l’aide du transfert direct par rouleau présentent systématiquement des performances élevées avec un courant à l’état passant (Ion) au dessus de 1 mA, une mobilité élevée (μeff) sur 600 cm² /Vs et un rapport marche/arrêt élevé (Ion/off) d’environ 10 6 avec une faible hystérésis de 0,4V.
« Bien que nous ayons utilisé un échantillon de plaquette de silicium carré de 3 cm de chaque côté dans le process dont nous parlons dans cet article, la taille du substrat donneur flexible est la seule limite à la taille des plaquettes de silicium que nous pouvons imprimer. Il est très probable que nous puissions étendre le process et créer une électronique flexible haute performance très complexe, ce qui ouvre la porte à de nombreuses applications potentielles », a déclaré le professeur Ravinder Dahiya, chef du groupe BEST à la James Watt School of Engineering de l’Université de Glasgow. .
« Les performances des transistors que nous avons imprimés sur des surfaces flexibles en laboratoire sont similaires aux performances de composants CMOS comparables – les puces standart qui contrôlent de nombreux appareils électroniques de tous les jours », a-t-il déclaré.
« Cela signifie que ce type d’électronique flexible pourrait être suffisamment sophistiqué pour intégrer des contrôleurs flexibles dans des matrices de LED, par exemple, permettant potentiellement la création d’affichages numériques autonomes qui pourraient être enroulés lorsqu’ils ne sont pas utilisés. Des couches de matériau flexible tendues sur des membres prothétiques pourraient offrir aux amputés un meilleur contrôle sur leurs prothèses, ou même intégrer des capteurs pour donner aux utilisateurs une sensation de « toucher ».
« C’est un processus plus simple capable de produire une électronique flexible haute performance avec des résultats aussi bons, sinon meilleurs, que l’électronique conventionnelle à base de silicium. C’est aussi potentiellement moins cher et plus économe en ressources, car il utilise moins de matière, et meilleur pour l’environnement, car il produit moins de déchets sous forme de transferts inutilisables.
L’article de l’équipe, intitulé « Direct Roll Transfer Printed Silicon Nanoribbon Arrays based High-Performance Flexible Electronics », est publié dans NPJ Flexible Electronics.
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