Les appareils semi-conducteurs traditionnels, tels que les transistors, qui constituent les éléments de base de la plupart des circuits électroniques, sont généralement fabriqués à partir de silicium ou d’oxydes amorphes. Ces matériaux manquent toutefois de flexibilité et ne tolèrent pas de contraintes. L’ajout de polymères peut améliorer leur souplesse, mais cela risque de compromettre leur performance.
Dans une étude récemment publiée dans Advanced Materials Technologies, les chercheurs Institut indien des sciences (IISc) ont développé une méthode pour fabriquer un composite contenant une quantité significative de polymère – jusqu’à 40% du poids du matériau – en utilisant une technique de traitement en solution, plus précisément l’impression par jet d’encre.
Cette méthode a permis de maintenir intactes les propriétés semi-conductrices de l’oxyde, malgré l’ajout de polymère. De plus, l’ajout d’une grande quantité de polymère a rendu le semi-conducteur composite hautement flexible et pliable, sans affecter sa performance.
Le composite semi-conducteur : Un duo de matériaux
Ce semi-conducteur composite est composé de deux matériaux : un polymère insoluble dans l’eau, comme l’éthylcellulose, qui assure la flexibilité, et de l’oxyde d’indium, un semi-conducteur reconnu pour ses excellentes propriétés de transport électronique.
Pour créer le matériau, les chercheurs ont mélangé le polymère avec le précurseur d’oxyde de manière à former des canaux de nanoparticules d’oxyde interconnectés. Ces canaux permettent aux électrons de se déplacer d’une extrémité à l’autre d’un transistor, assurant ainsi un flux de courant constant.
Impression à jet d’encre : Une technique de dépôt innovante
Alors que les matériaux semi-conducteurs sont généralement fabriqués en utilisant des techniques de dépôt telles que la pulvérisation, l’équipe de chercheurs a opté pour l’impression à jet d’encre pour déposer leur matériau sur divers substrats flexibles, allant des plastiques au papier.
Tout comme les mots et les images peuvent être imprimés sur du papier, les composants électroniques peuvent être imprimés sur n’importe quelle surface à l’aide d’encres fonctionnelles spéciales. Cependant, cette méthode n’est pas sans défis.
Ces semi-conducteurs imprimés pourront être utilisés pour fabriquer des écrans de télévision entièrement imprimés et flexibles, des vêtements et de grands panneaux d’affichage électroniques, ainsi que des faces avant d’écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) imprimées.
Ces semi-conducteurs imprimés seront peu coûteux et faciles à fabriquer, ce qui pourrait révolutionner l’industrie de l’affichage. Son équipe a obtenu un brevet pour son matériau et prévoit de tester sa durée de vie et le contrôle de sa qualité d’un appareil à l’autre avant de pouvoir passer à la production de masse.
L’équipe prévoit également de rechercher d’autres polymères susceptibles de contribuer à la conception de semi-conducteurs flexibles.
En synthèse
Le développement de ce semi-conducteur composite ultra-flexible pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications dans le domaine des écrans courbes de nouvelle génération, des téléphones pliables et des appareils électroniques portables. Les défis liés à la technique d’impression à jet d’encre sont nombreux, mais les bénéfices potentiels en font une avenue intéressante à explorer.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le semi-conducteur composite ultra-flexible développé par l’IISc ?
C’est un matériau composé d’un polymère insoluble dans l’eau et d’oxyde d’indium, qui est hautement flexible et pliable.
Comment est fabriqué ce semi-conducteur composite ?
Les chercheurs ont utilisé une technique d’impression à jet d’encre pour déposer leur matériau sur divers substrats flexibles.
Quelles sont les applications potentielles de ce nouveau matériau ?
Il pourrait être utilisé dans les écrans courbes de nouvelle génération, les téléphones pliables et les appareils électroniques portables.
Légende illustration principale : transistors composites à base de semi-conducteurs sur substrat flexible en Kapton et écran flexible entièrement imprimé envisagé. Credit : Jyoti Ranjan Pradhan
Semi-conducteurs composites inorganiques/organiques super flexibles et à haute mobilité pour l’électronique imprimée sur des substrats polymères. DOI – 10.1002/admt.202300256
