Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont mis au point une nouvelle façon de transférer des films semi-conducteurs minces, qui n'ont qu'un atome d'épaisseur, sur des substrats arbitraires, ouvrant la voie à des dispositifs informatiques ou photoniques flexibles. La technique est beaucoup plus rapide que les méthodes existantes et permet de transférer parfaitement les couches minces à l'échelle atomique d'un substrat à l'autre, sans provoquer de fissures.

En cause, les films minces de sulfure de molybdène (MoS2) qui n'ont qu'un atome d'épaisseur, développé pour la première fois par le Dr Linyou Cao, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. Le MoS2 est un matériau semi-conducteur peu coûteux avec des propriétés électroniques et optiques similaires aux matériaux déjà utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs.

"Le but ultime est d'utiliser ces couches minces semi-conductrices à couche atomique pour créer des dispositifs extrêmement flexibles, mais pour ce faire, nous devons transférer les films minces du substrat que nous avons utilisé pour le fabriquer sur un substrat flexible, " dit Cao, qui est l'auteur principal d'un article sur la nouvelle technique de transfert. « Vous ne pouvez pas fabriquer le film mince sur un substrat flexible, car les substrats flexibles ne peuvent pas résister aux températures élevées dont vous avez besoin pour fabriquer le film mince. »

L'équipe de Cao fabrique des films MoS2 d'une épaisseur d'un atome et jusqu'à 5 centimètres de diamètre. Les chercheurs devaient trouver un moyen de déplacer ce film mince sans le froisser ni le fissurer, ce qui est difficile en raison de l'extrême délicatesse du film.

"Pour mettre ce défi en perspective, un film mince de l'épaisseur d'un atome de 5 centimètres de large équivaut à un morceau de papier aussi large qu'une grande ville, " a déclaré Cao. "Notre objectif est de transférer ce gros, papier fin d'une ville à l'autre sans causer de dommages ni de plis."

Les techniques existantes pour transférer de telles couches minces à partir d'un substrat reposent sur un procédé appelé gravure chimique, mais les produits chimiques impliqués dans ce processus peuvent endommager ou contaminer le film. L'équipe de Cao a développé une technique qui tire parti des propriétés physiques du MoS2 pour transférer le film mince en utilisant uniquement de l'eau à température ambiante, un mouchoir et une pince à épiler.

MoS2 est hydrophobe - il repousse l'eau. Mais le substrat de saphir sur lequel le film mince est développé est hydrophile - il attire l'eau. La nouvelle technique de transfert de Cao fonctionne en appliquant une goutte d'eau sur le film mince, puis en piquant le bord du film avec une pince à épiler ou un scalpel afin que l'eau puisse commencer à pénétrer entre le MoS2 et le saphir. Une fois qu'il a commencé à pénétrer, l'eau pousse dans la brèche, flottant le film mince sur le dessus. Les chercheurs utilisent un tissu pour absorber l'eau, puis soulèvent le film mince avec une pince à épiler et le placent sur un substrat flexible. L'ensemble du processus prend quelques minutes. La gravure chimique prend des heures.

"L'eau brise l'adhérence entre le substrat et le film mince - mais il est important d'éliminer l'eau avant de déplacer le film, " dit Cao. " Sinon, l'action capillaire ferait en sorte que le film se déformerait ou se plierait lorsque vous le ramassez.

"Cette nouvelle technique de transfert nous rapproche un peu plus de l'utilisation de MoS2 pour créer des ordinateurs flexibles, " Cao ajoute. "Nous sommes actuellement en train de développer des appareils qui utilisent cette technologie."