L’industrie électronique dépend fortement des semi-conducteurs pour la fabrication de composants actifs. Toutefois, leur production requiert des installations spécialisées et onéreuses, limitant l’accès à cette technologie. Des chercheurs du MIT ont récemment exploré une approche novatrice visant à créer des dispositifs électroniques actifs sans semi-conducteurs, en utilisant l’impression 3D. Leur méthode pourrait potentiellement démocratiser la fabrication d’électronique et réduire la dépendance aux centres de production spécialisés.
Les chercheurs du MIT n’avaient pas initialement pour objectif de créer des dispositifs sans semi-conducteurs imitant les transistors en silicium. Leur projet a débuté par la fabrication de bobines magnétiques utilisant l’impression par extrusion. Au cours de leurs expériences, un phénomène intéressant a été observé dans le matériau utilisé : un filament polymère dopé avec des nanoparticules de cuivre.
«Cette technologie a un réel potentiel. Bien que nous ne puissions pas rivaliser avec le silicium en tant que semi-conducteur, notre idée n’est pas nécessairement de remplacer l’existant, mais de pousser la technologie d’impression 3D vers des territoires inexplorés.» a commenté Luis Fernando Velásquez-García, chercheur principal au Microsystems Technology Laboratories (MTL) du MIT.
Cette approche pourrait permettre à quiconque de créer du matériel intelligent loin des centres de fabrication traditionnels.
Un phénomène unique aux propriétés remarquables
Le matériau utilisé par l’équipe de recherche présente une caractéristique particulière : lorsqu’un courant électrique important le traverse, sa résistance augmente considérablement, puis revient à son niveau initial peu après l’arrêt du flux de courant. Cette propriété permet aux ingénieurs de fabriquer des transistors fonctionnant comme des interrupteurs, une fonction généralement associée uniquement au silicium et à d’autres semi-conducteurs.
Les chercheurs ont tenté de reproduire ce phénomène avec d’autres filaments d’impression 3D, testant des polymères dopés au carbone, aux nanotubes de carbone et au graphène. Cependant, aucun autre matériau imprimable n’a pu fonctionner comme un fusible réinitialisable.
Vers une électronique active imprimée en 3D
L’équipe a exploité ce phénomène pour imprimer en une seule étape des interrupteurs pouvant être utilisés pour former des portes logiques sans semi-conducteurs. Les dispositifs sont constitués de fines traces imprimées en 3D du polymère dopé au cuivre. Ils contiennent des régions conductrices entrecroisées permettant aux chercheurs de réguler la résistance en contrôlant la tension alimentant l’interrupteur.
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Bien que les performances de ces dispositifs n’égalent pas celles des transistors en silicium, ils pourraient être utilisés pour des fonctions de contrôle et de traitement plus simples, comme l’activation et la désactivation d’un moteur. Les expériences ont montré qu’après 4 000 cycles de commutation, les dispositifs ne présentaient aucun signe de détérioration.
Les limites et les perspectives pour le futur
La taille minimale des interrupteurs est limitée par la physique de l’impression par extrusion et les propriétés du matériau. Les chercheurs ont pu imprimer des dispositifs de quelques centaines de microns, mais les transistors dans l’électronique de pointe ne mesurent que quelques nanomètres de diamètre.
Malgré ces limitations, la technique développée par l’équipe du MIT présente plusieurs avantages. Elle utilise un matériau biodégradable et le processus consomme moins d’énergie et produit moins de déchets que la fabrication de semi-conducteurs traditionnelle. De plus, le filament polymère pourrait être dopé avec d’autres matériaux, comme des microparticules magnétiques, ouvrant la voie à des fonctionnalités supplémentaires.
À l’avenir, les chercheurs souhaitent utiliser cette technologie pour imprimer des dispositifs électroniques entièrement fonctionnels. Ils s’efforcent de fabriquer un moteur magnétique opérationnel en utilisant uniquement l’impression 3D par extrusion. Ils cherchent également à affiner le processus pour construire des circuits plus complexes et explorer les limites de performance de ces dispositifs.
Légende illustration : Les dispositifs sont fabriqués à partir de fines traces de polymère dopé au cuivre imprimées en 3D. Ils contiennent des régions conductrices entrecroisées qui permettent aux chercheurs de réguler la résistance en contrôlant la tension alimentant le commutateur. crédit MIT
Source : MIT
