(Phys.org) — En matière d'électronique, le silicium devra désormais partager la vedette. Dans un article récemment publié dans Communication Nature , des chercheurs de l'USC Viterbi School of Engineering décrivent comment ils ont surmonté un problème majeur de la technologie des nanotubes de carbone en développant un circuit hybride économe en énergie combinant des transistors à couche mince de nanotubes de carbone avec d'autres transistors à couche mince. Cet hybride pourrait remplacer le silicium comme matériau de transistor traditionnel utilisé dans les puces électroniques, puisque les nanotubes de carbone sont plus transparents, souple, et peut être traité à moindre coût.

Professeur de génie électrique Dr. Chongwu Zhou et étudiants diplômés de l'USC Viterbi haïtien Chen, Yu Cao, et Jialu Zhang ont développé ce circuit économe en énergie en intégrant des transistors à couche mince (TFT) à nanotubes de carbone (CNT) avec des transistors à couche mince composés d'indium, oxyde de gallium et de zinc (IGZO).

"J'ai imaginé ce concept en janvier 2013, " a déclaré le Dr Chongwu Zhou, professeur au département de génie électrique Ming Hsieh de l'USC Viterbi. "Avant cette date, nous travaillions dur pour essayer de transformer des nanotubes de carbone en transistors de type n et puis un jour, l'idée m'est venue. Au lieu de travailler si dur pour forcer les nanotubes à faire quelque chose pour lequel ils ne sont pas bons, pourquoi ne pas simplement trouver un autre matériau qui serait idéal pour les transistors de type n - dans ce cas, IGZO—pour que nous puissions réaliser des circuits complémentaires ?"

Les nanotubes de carbone sont si petits qu'ils ne peuvent être observés qu'au microscope électronique à balayage. Cette hybridation de couches minces de nanotubes de carbone et de couches minces IGZO a été réalisée en combinant leurs types, type p et type n, respectivement, créer des circuits pouvant fonctionner de manière complémentaire, réduire la perte de puissance et augmenter l'efficacité. L'inclusion de transistors à couche mince IGZO était nécessaire pour fournir une efficacité énergétique afin d'augmenter la durée de vie de la batterie. Si seulement des nanotubes de carbone avaient été utilisés, alors les circuits ne seraient pas économes en énergie. En combinant les deux matériaux, leurs forces ont été réunies et leurs faiblesses cachées.

Zhou a comparé le couplage des TFT à nanotubes de carbone et des TFT IGZO à la philosophie chinoise du yin et du yang.

"C'est comme un mariage parfait, " a déclaré Zhou. " Nous sommes très enthousiastes à propos de cette idée d'intégration hybride et nous pensons qu'il y a beaucoup de potentiel pour cela. "

Les applications potentielles de ce type de circuits intégrés sont nombreuses, y compris les diodes électroluminescentes organiques (OLED), circuits numériques, étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID), capteurs, électronique portable, et dispositifs de mémoire flash. Même les affichages tête haute sur les tableaux de bord des véhicules pourraient bientôt devenir une réalité.

La nouvelle technologie a également des implications médicales majeures. Actuellement, la mémoire utilisée dans les ordinateurs et les téléphones est constituée de substrats de silicium, la surface sur laquelle les puces mémoire sont construites. Pour obtenir des informations médicales d'un patient telles que des données de fréquence cardiaque ou d'ondes cérébrales, des objets électrodes rigides sont placés à plusieurs endroits fixes sur le corps du patient. Avec ce nouveau circuit hybride, cependant, les électrodes pouvaient être placées sur tout le corps du patient avec un seul objet large mais flexible.

Avec ce développement, Zhou et son équipe ont contourné la difficulté de créer des TFT à nanotubes de carbone de type n et des TFT IGZO de type p en créant une intégration hybride de TFT à nanotubes de carbone de type p et de TFT IGZO de type n et en démontrant une intégration à grande échelle de circuits. Comme preuve de concept, ils ont réalisé un oscillateur à anneau d'échelle composé de plus de 1, 000 transistors. Jusqu'à ce point, tous les transistors à base de nanotubes de carbone avaient un nombre maximum de 200 transistors.

"Nous pensons qu'il s'agit d'une percée technologique, comme personne ne l'a fait avant, " a déclaré l'Haïtien Chen, assistant de recherche et doctorant en génie électrique à l'USC Viterbi. "Cela nous donne une preuve supplémentaire que nous pouvons faire des intégrations plus importantes afin de pouvoir créer des circuits plus compliqués pour les ordinateurs et les circuits."

La prochaine étape pour Zhou et son équipe sera de construire des circuits plus compliqués en utilisant un hybride CNT et IGZO qui réalise des fonctions et des calculs plus compliqués, ainsi que pour construire des circuits sur des substrats flexibles.

"Les possibilités sont infinies, comme les circuits numériques peuvent être utilisés dans n'importe quelle électronique, " dit Chen. " Un jour, nous pourrons imprimer ces circuits aussi facilement que des journaux. "

Zhou et Chen pensent que la technologie des nanotubes de carbone, dont ce nouvel hybride CNT-IGZO, sera commercialisé dans les 5 à 10 prochaines années.

"Je pense que ce n'est que le début de la création de solutions hybrides intégrées, " a déclaré Zhou. " Nous verrons beaucoup de travaux intéressants à venir. "