De nombreux travaux, aboutis ou non, ont comme trait commun la mise au point de composants électroniques souples, généralement en plastique. En effet, le plastique est une matière peu onéreuse et facile à modeler. D’autre part, certains matériaux composés ou polymères complexes, à l’image du PPV (polyphényle de vinyle) ont la faculté de catalyser l’énergie et de produire de la lumière. Malheureusement, le plastique est un très mauvais semi-conducteur. D’où cette idée, en apparence simple, d’associer la puissance et la semi-conductivité des composants en silicium, tout en profitant de la souplesse du plastique. Une alliance qui permettra, à terme, de créer des équipements électroniques puissants, polyvalents et peu onéreux à fabriquer.
Des prix de revient très bas
Cette avancée, les équipes du laboratoire de l’université de Cornell (New York) et du Laboratoire national de Livermore (San Francisco) sont sur le point de la concrétiser avec la conception d’un écran souple. Les chercheurs ont déposé une couche de circuits en silicium de 50 nanomètres d’épaisseur sur un support en polyester souple. Les transistors ont été placés sur la couche de circuits, tandis que les pixels étaient encapsulés dans la couche de polymère. Avantage de ce procédé : il permettrait d’élaborer de grands écrans à des prix de revient très bas. Cependant, pour finaliser la technologie polymère-silicium, les chercheurs doivent encore surmonter quelques obstacles, dont l’étape de fabrication (lire notre encadré), mais surtout concilier deux matériaux de structure atomique radicalement différente, un obstacle à la bonne circulation de l’énergie. En effet, pour un fonctionnement idéal, le courant entre le circuit de silicium et le polymère (transistors et pixels) doit se faire sans entraves. Or, pour un électron, la structure atomique de la couche de polymère, de forme hélicoïdale, est excessivement désordonnée : au lieu de circuler sur une autoroute rectiligne, les électrons doivent évoluer dans un vrai labyrinthe. Ainsi, un électron deviendra deux cents fois plus lent que dans un substrat en silicium.
Dès lors, le problème à résoudre consiste à trouver un matériau apte à assurer la connexion entre les deux couches. Les chercheurs pensent avoir trouvé la solution dans une protéine issue d’un poisson fréquentant les mers froides : le carrelet. Présente dans le sang de cet animal, celle-ci empêcherait les molécules d’eau de se transformer en glace, le préservant ainsi du gel. L’objectif du laboratoire est de représenter par des modèles mathématiques ce qui se passe dans le sang du carrelet et d’appliquer ces modèles au polymère et au silicium.
Une protéine de poisson en renfort technique
D’un côté, il y a en effet deux structures ordonnées : la glace et le silicium, et d’un autre deux structures chaotiques, l’eau et le polymère. Dans l’écran, l’électron doit transiter par le chemin le plus ordonné, pour obtenir une vitesse et une conductivité suffisantes. Sur le modèle de la protéine du carrelet, les chercheurs doivent guider l’électron dans le dédale de la structure atomique du polymère, en lui faisant emprunter un chemin vidé de ses obstacles. Au même titre que la protéine dans la structure aléatoire de l’eau et celle, ordonnée, de la glace. Toutes ces contraintes font appel à des calculs excessivement complexes, qui prennent normalement plusieurs années pour être résolus. Pour accélérer le processus, différentes pistes sont explorées. Après de nombreux travaux, Michael Teter, du laboratoire de Cornell, est arrivé à modéliser le comportement d’atomes et d’électrons cent fois plus rapidement que par des procédés classiques. Grâce à sa méthode de calcul, il peut simuler différentes combinaisons atomiques ainsi que le comportement des électrons au sein de ces combinatoires. Récemment, Michael Teter a réussi à appliquer sa méthode à une combinaison de silicium, de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et de nitrogène. Bref, tous les éléments constitutifs de l’électronique polymère-silicium. D’ici à quelques mois, ce nouveau matériau sera prêt, et très vite, les premiers écrans souples devraient voir le jour.
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