Graphène et silicium : l’alliance parfaite pour l’électronique de demain

Les matériaux innovants sont au cœur des préoccupations des chercheurs et des industriels, qui s’efforcent de développer des solutions toujours plus performantes et adaptées aux besoins spécifiques de chaque application. L’Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques IPMS s’inscrit pleinement dans cette dynamique, en proposant des substrats en silicium sur mesure pour la caractérisation électrique de matériaux tels qu’une nouvelle émulsion de graphène.

Les semi-conducteurs organiques sont des éléments clés de l’électronique organique et du photovoltaïque. Ils permettent de réaliser des dispositifs électroniques flexibles et des cellules solaires imprimées, grâce à des procédés basse température et des techniques de dépôt et de structuration sur de grandes surfaces, telles que diverses méthodes de revêtement et d’impression.

Les performances de l’ensemble du système dépendent fortement des matériaux semi-conducteurs actifs utilisés. C’est pourquoi une caractérisation électronique simple, fiable et reproductible de la conductivité, de la mobilité des porteurs, de la résistance de contact et du rapport courant on/off de ces semi-conducteurs est essentielle pour les développeurs de matériaux et de procédés.

L’Institut Fraunhofer IPMS développe et fabrique des substrats en silicium dotés de structures de transistor unique en architecture grille basse, qui sont utilisés pour la réalisation de transistors à effet de champ organiques (OFET) ou pour la caractérisation des paramètres électriques de matériaux conducteurs, par exemple pour le photovoltaïque organique.

Comme l’explique Thomas Stoppe, chef de projet : « Nos substrats sont déjà bien établis dans la R&D des institutions de recherche internationales. Nous souhaitons maintenant nous concentrer davantage sur les solutions spécifiques aux clients et développons en permanence la technologie pour mieux répondre aux besoins de nos partenaires industriels. Il existe un marché en pleine expansion, notamment dans le domaine de l’électronique organique, et nos substrats permettent une mesure ciblée, simple et reproductible des propriétés électriques des semi-conducteurs et des matériaux conducteurs. »

Les possibilités de caractérisation des matériaux ont été démontrées par des résultats récents, tels que l’étude d’une émulsion de graphène commerciale. Ces résultats seront présentés lors de la conférence iCampus-Cottbus iCCC2024 à Cottbus en mai 2024, puis publiés dans le Journal of Sensors and Sensor Systems.*

L’accès à la technologie des microsystèmes existante de l’Institut Fraunhofer IPMS offre des avantages significatifs, tels que la fabrication de haute précision et reproductible des puces et l’adaptation flexible de la technologie aux exigences individuelles de l’application cible. Cela permet différentes combinaisons de matériaux et des adaptations spécifiques au client des structures d’électrodes ou des épaisseurs de diélectriques.

Ainsi, des oxydes de grille de haute qualité avec des épaisseurs de couche de 28 nm à 320 nm sont possibles, ce qui permet des courants de fuite de grille extrêmement faibles jusqu’à la plage inférieure des pA et donc des mesures très précises. De plus, différentes orientations des structures de transistors existent sur une même puce afin d’étudier les influences du procédé de dépôt.

La fabrication est réalisée en salle blanche sur des wafers de silicium avec du dioxyde de silicium thermique (SiO2). Une couche brevetée d’oxyde d’indium-étain (ITO) agit comme couche d’adhérence pour l’or, améliorant la fiabilité, la précision et la reproductibilité, et permettant l’utilisation de ces substrats pour une assurance qualité complète dans les petites et grandes entreprises chimiques.

* Du 9 au 12 avril, les puces développées seront présentées au salon «analytica» à Munich. Les utilisateurs intéressés auront l’opportunité d’échanger avec des experts sur le stand A3.407 de l’Institut Fraunhofer IPMS.