(Phys.org)—Les chercheurs travaillant dans un laboratoire de science des matériaux regardent littéralement leur travail disparaître sous leurs yeux—mais intentionnellement. Ils développent des circuits intégrés hydrosolubles qui se dissolvent dans l'eau ou les biofluides en quelques mois, semaines, voire quelques jours. Cette technologie, appelé électronique transitoire, pourrait avoir des applications pour les implants biomédicaux, capteurs zéro déchet, et de nombreux autres dispositifs à semi-conducteurs.

Les chercheurs, dirigé par John A. Rogers à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et Fiorenzo Omenetto à l'Université Tufts, ont publié une étude dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée dans lequel ils ont analysé les performances et les temps de dissolution de divers matériaux semi-conducteurs.

Le travail s'appuie sur des recherches antérieures, par les auteurs et autres, qui a démontré que le silicium, le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les appareils électroniques d'aujourd'hui, peut se dissoudre dans l'eau. Bien qu'il faudrait des siècles pour dissoudre le silicium en vrac, de fines couches de silicium peuvent se dissoudre en des temps plus raisonnables à des vitesses faibles mais significatives de 5 à 90 nm/jour. Le silicium se dissout par hydrolyse, dans lequel l'eau et le silicium réagissent pour former de l'acide silicique. L'acide silicique est écologiquement et biologiquement inoffensif.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé les caractéristiques de dissolution du dioxyde de silicium et du tungstène, qu'ils ont utilisé pour fabriquer deux dispositifs électroniques :des transistors à effet de champ et des oscillateurs en anneau.

Dans des conditions biocompatibles (37 °C, 7,4 pH), les taux de dissolution variaient de 1 semaine pour les composants de tungstène, entre 3 mois et 3 ans pour les composants en dioxyde de silicium. Les vitesses de dissolution peuvent être contrôlées par plusieurs facteurs, comme l'épaisseur des matériaux, la concentration et le type d'ions dans la solution, et la méthode utilisée pour déposer le dioxyde de silicium sur le substrat d'origine.

Comme le montrent les images du microscope, les circuits ne se dissolvent pas dans un uniforme, mode couche par couche, mais au lieu de cela, certains endroits se dissolvent plus rapidement que d'autres. Ceci est dû à des ruptures mécaniques dans les circuits fragiles, ce qui provoque la pénétration de la solution à travers les couches plus à certains endroits qu'à d'autres.

Bien que les matériaux électroniques organiques soient également souvent biodégradables, L'électronique à base de silicium présente les avantages d'une performance globale plus élevée et de l'utilisation de procédés de fabrication complémentaires de métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) qui permettent une production en série.

"Le constat le plus significatif est qu'il existe des choix dans les matériaux, conceptions de dispositifs et séquences de traitement qui permettent de produire de l'électronique transitoire dans des installations de fabrication de silicium classiques, " Rogers a dit Phys.org . « La conséquence immédiate est un rapport coût-efficacité, route à haut volume vers la fabrication.

L'électronique transitoire pourrait avoir un très large éventail d'applications nouvelles, notamment dans le domaine médical. Par exemple, ils pourraient être utilisés pour fabriquer des cathéters qui se dissolvent; des capteurs biodégradables qui surveillent le rein, cœur, et les poumons ; et l'électronique soluble dans l'eau qui surveille les infections bactériennes après la chirurgie.

Quant aux applications environnementales, l'électronique transitoire pourrait être utilisée comme capteurs qui transmettent des données à partir d'emplacements distants, puis se dégradent dans le sol pour éliminer les déchets.

Les chercheurs prévoient de travailler sur ces applications dans un avenir proche.

"Nous travaillons sur la construction de circuits plus avancés, et en le faisant avec des fonderies commerciales, et sur les techniques d'assemblage back-end qui permettront de déployer ces circuits sur une gamme de substrats polymères biodégradables, ", a déclaré Rogers.

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