Une méthode innovante pour synthétiser un matériau à l’échelle nanométrique formé d’un réseau de nanofils (nanomesh) a été mise au point par des chercheurs de l’Université de la ville de Hong Kong (CityU). Il s’agit notamment d’un semi-conducteur de haute qualité à une température et un coût de production plus faibles que les méthodes conventionnelles.
Ces découvertes devraient contribuer à rendre possible la production à grande échelle de nanomesh pour l’électronique de nouvelle génération.
Depuis plusieurs décennies, les matériaux unidimensionnels tels que les nanofils en matériaux inorganiques cristallins sont largement explorés comme principaux moteurs de l’électronique émergente, grâce à des caractéristiques comme la flexibilité mécanique, l’efficacité énergétique et la transparence optique. Toutefois, la scalabilité, l’intégrabilité et le rapport coût-efficacité des semi-conducteurs à base de nanofils sont insuffisants, ce qui limite leur potentiel pour les applications électroniques et optoélectroniques de grande surface.
Vers une production à grande échelle de nanomesh fonctionnel
Pour surmonter ces limitations, une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de la CityU a réalisé une avancée, inventant une méthode de croissance en phase vapeur à basse température, qui permet la synthèse à grande échelle de nanomesh de tellure (Te) semi-conducteur être utilisés dans des dispositifs.
« L’utilisation de nanomousses de tellure dans l’électronique est très prometteuse pour répondre aux demandes technologiques émergentes des applications actuelles de l’Internet des objets (IoT). Les progrès réalisés dans cette recherche marquent une étape importante vers la production à grande échelle de nanomousses de tellure fonctionnelles, permettant des applications potentielles qui ne sont pas réalisables par d’autres moyens« , a déclaré le professeur Johnny Ho Chung-yin, directeur associé et professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux (MSE) de la CityU, qui a dirigé l’étude.
Une nouvelle méthode de production à la fois évolutive et économique
La méthode nouvellement développée peut produire du nanomesh de tellure de haute qualité sur divers substrats, comme l’oxyde de silicium, les polymères (plastiques extensibles), et même le papier, de manière évolutive et économique.
Pour lancer le processus de croissance, des poudres de tellure ont d’abord été vaporisées et transportées sur des substrats de croissance, puis chauffées à 100 °C avec un flux d’argon. En utilisant le principe des interactions de van der Waals multi-échelles des matériaux dans la conception de cette nouvelle méthode de synthèse, l’équipe de recherche a réussi à créer des nanomésages composés de nanofils de tellure auto-assemblés et auto-soudés par vaporisation latérale sur des surfaces arbitraires à la basse température de 100 °C, ce qui est impossible avec les méthodes conventionnelles.
Des applications multifonctionnelles prometteuses du nanomesh de tellure
Étant donné qu’une température beaucoup plus basse que la normale est requise et que le nanomesh peut être cultivé sur divers substrats, le coût de production est plus faible. De plus, la découverte d’un processus d’auto-soudure dans la croissance du nanomesh de tellure dans l’étude est cruciale pour améliorer les performances des dispositifs et garantir la robustesse mécanique de l’électronique flexible.
Les expériences menées par l’équipe ont démontré des applications multifonctionnelles du nanomesh de tellure, dont la capacité de réaliser des motifs à l’échelle du micromètre, la fabrication de transistors à haute mobilité, et la production de photodétecteurs infrarouges rapides et sensibles (temps de réponse photoélectrique inférieur à 3 microsecondes) sur papier.
« Toutes les métriques des dispositifs obtenus sont à la hauteur des dispositifs de pointe, mais peuvent être produits à un coût inférieur. Ils sont prometteurs pour répondre aux exigences technologiques émergentes« , a déclaré le Professeur Ho. « Cette dernière avancée a amélioré les propriétés de transport et photoélectriques du nanomesh et a résolu les préoccupations concernant la compatibilité entre le substrat du dispositif cible et le processus de croissance du nanomesh. En conséquence, les dispositifs peuvent maintenant être produits sur une large gamme de surfaces technologiquement fonctionnelles de manière évolutive et économique.«
Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue scientifique Nature Communications sous le titre « Van der Waals nanomesh electronics on arbitrary surfaces« .
FAQ
Qu’est-ce que le nanomesh ? Le nanomesh est un matériau à l’échelle nanométrique formé d’un réseau de nanofils.
Qu’est-ce qui différencie cette nouvelle méthode de production de nanomesh des méthodes conventionnelles ? Cette méthode de croissance en phase vapeur à basse température permet une synthèse à grande échelle de nanomesh de tellure semi-conducteur à un coût de production plus faible, en utilisant une température inférieure à la normale et en étant compatible avec divers substrats.
Quelles sont les applications potentielles de ce nanomesh de tellure ? Le nanomesh de tellure a des applications multifonctionnelles, y compris dans la fabrication de transistors à haute mobilité, la production de photodétecteurs infrarouges rapides et sensibles, et la réalisation de motifs à l’échelle du micromètre. Il a un grand potentiel pour répondre aux exigences technologiques émergentes des applications de l’Internet des Objets.
