Un secret pour créer les transistors flexibles à base de silicium les plus rapides au monde :un très, très petit couteau.

Travaillant en collaboration avec des collègues à travers le pays, Les ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont mis au point une méthode unique qui pourrait permettre aux fabricants de fabriquer facilement et à moindre coût des transistors hautes performances dotés de capacités sans fil sur d'énormes rouleaux de plastique flexible.

Les chercheurs, dirigés par Zhenqiang (Jack) Ma, le professeur Lynn H. Matthias en ingénierie et le professeur Vilas Distinguished Achievement en génie électrique et informatique, et le chercheur Jung-Hun Seo - ont fabriqué un transistor qui fonctionne à un record de 38 gigahertz, bien que leurs simulations montrent qu'il pourrait être capable de fonctionner à un ahurissant 110 gigahertz. En informatique, cela se traduit par des vitesses de processeur ultra-rapides.

Il est également très utile dans les applications sans fil. Le transistor peut transmettre des données ou transférer de l'énergie sans fil, une capacité qui pourrait débloquer des avancées dans une multitude d'applications allant de l'électronique portable aux capteurs.

L'équipe a publié les détails de son avance le 20 avril dans le journal Rapports scientifiques .

La méthode de fabrication à l'échelle nanométrique des chercheurs bouleverse les approches lithographiques conventionnelles - qui utilisent la lumière et des produits chimiques pour modeler les transistors flexibles - en surmontant des limitations telles que la diffraction de la lumière, imprécision qui conduit à des courts-circuits de différents contacts, et la nécessité de fabriquer les circuits en plusieurs passes.

En utilisant des procédés à basse température, Maman, Seo et leurs collègues ont modelé les circuits de leur transistor flexible - du silicium monocristallin finalement placé sur un substrat de polyéthylène téréphtalate (plus communément appelé PET) - en s'appuyant sur un simple, procédé à faible coût appelé lithographie par nanoimpression.

Dans une méthode appelée dopage sélectif, les chercheurs introduisent des impuretés dans les matériaux à des endroits précis pour améliorer leurs propriétés - dans ce cas, conductivité électrique. Mais parfois, le dopant se fond dans des zones du matériau qu'il ne devrait pas, provoquant ce que l'on appelle l'effet de canal court. Cependant, les chercheurs de l'UW-Madison ont adopté une approche non conventionnelle :ils ont recouvert leur silicium monocristallin d'un dopant, plutôt que de le doper sélectivement.

Puis, ils ont ajouté un matériau photosensible, ou couche de résine photosensible, et a utilisé une technique appelée lithographie par faisceau d'électrons - qui utilise un faisceau focalisé d'électrons pour créer des formes aussi étroites que 10 nanomètres de large - sur la résine photosensible pour créer un moule réutilisable des motifs nanométriques souhaités. Ils ont appliqué le moule à un ultrafin, membrane en silicone très flexible pour créer un motif photorésistant. Ensuite, ils ont terminé avec un processus de gravure à sec - essentiellement, un couteau à l'échelle nanométrique qui coupe avec précision, des tranchées nanométriques dans le silicium suivant les motifs du moule, et ajouté de larges portes, qui fonctionnent comme des interrupteurs, au sommet des tranchées.

Avec un unique, modèle de flux de courant tridimensionnel, le transistor haute performance consomme moins d'énergie et fonctionne plus efficacement. Et parce que la méthode des chercheurs leur permet de trancher des tranchées beaucoup plus étroites que les procédés de fabrication conventionnels, cela pourrait également permettre aux fabricants de semi-conducteurs de presser un nombre encore plus grand de transistors sur un appareil électronique.

Finalement, dit maman, car le moule peut être réutilisé, la méthode pourrait facilement évoluer pour une utilisation dans une technologie appelée traitement roll-to-roll (pensez à un géant, rouleau à pâtisserie à motifs se déplaçant sur des feuilles de plastique de la taille d'une table), et cela permettrait aux fabricants de semi-conducteurs de répéter leur modèle et de fabriquer en masse de nombreux dispositifs sur un rouleau de plastique flexible.

"La lithographie Nanoimprint aborde les futures applications de l'électronique flexible, " dit Maman, dont le travail a été soutenu par le Bureau de la recherche scientifique de l'Air Force. "Nous ne voulons pas les faire comme l'industrie des semi-conducteurs le fait maintenant. Notre étape, ce qui est le plus critique pour l'impression rouleau à rouleau, est prêt."