Une nouvelle méthode de fabrication d'électronique qui imprime du silicium haute performance directement sur des matériaux flexibles pourrait conduire à des avancées technologiques, notamment les prothèses, électronique haut de gamme et affichages numériques entièrement pliables.

Dans un nouvel article publié dans la revue électronique flexible npj , Les ingénieurs du groupe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) de l'Université de Glasgow expliquent comment ils ont rationalisé et amélioré le processus conventionnel de création d'électronique flexible de grande surface.

Jusqu'à maintenant, l'électronique flexible la plus avancée a été principalement fabriquée par un procédé appelé impression par transfert, un processus d'estampage en trois étapes un peu comme recevoir un tampon à l'encre dans un passeport lors d'une visite dans un autre pays.

D'abord, une nanostructure semi-conductrice à base de silicium est conçue et développée sur une surface connue sous le nom de substrat. Dans la deuxième étape, la nanostructure est prélevée du substrat par un tampon polymère souple. Dans la phase finale, la nanostructure est transférée du timbre à un autre substrat souple, prêt à l'emploi dans des appareils pliables comme les moniteurs de santé, robotique douce, et des écrans pliables.

Cependant, le processus d'impression par transfert a un certain nombre de limitations qui ont rendu difficile la création à plus grande échelle, dispositifs flexibles complexes. Contrôler précisément les variables critiques comme la vitesse de transfert, et l'adhésion et l'orientation de la nanostructure, rend difficile de s'assurer que chaque timbre est identique au précédent.

De la même manière qu'un passeport mal tamponné peut rendre la lecture difficile pour les voyageurs, un tampon polymère incomplet ou mal aligné sur le substrat final peut entraîner des performances électroniques inférieures aux normes ou même empêcher le fonctionnement des appareils.

Alors que des processus ont été développés pour rendre le transfert d'emboutissage plus efficace, ils nécessitent souvent des équipements supplémentaires comme des lasers et des aimants, en ajoutant des coûts de fabrication supplémentaires.

L'équipe de Glasgow a adopté une approche différente, en supprimant complètement la deuxième étape du processus d'impression par transfert conventionnel. Au lieu de transférer des nanostructures sur un tampon polymère souple avant qu'il ne soit transféré sur le substrat final, leur nouveau processus, ce qu'ils appellent le « transfert direct par rouleau », pour imprimer du silicium directement sur une surface flexible.

Le processus commence par la fabrication d'une fine nanostructure de silicium de moins de 100 nanomètres. Ensuite, le substrat de réception - un flexible, une feuille de plastique haute performance appelée polyimide est recouverte d'une couche ultrafine de produits chimiques pour améliorer l'adhérence.

Le substrat préparé est enroulé autour d'un tube métallique, et une machine commandée par ordinateur développée par l'équipe fait ensuite rouler le tube sur la plaquette de silicium, en le transférant sur le matériau souple.

En optimisant soigneusement le processus, l'équipe a réussi à créer des impressions très uniformes sur une surface d'environ 10 centimètres carrés, avec un rendement de transfert d'environ 95 %, ce qui est nettement supérieur à la plupart des procédés d'impression par transfert conventionnels à l'échelle nanométrique.

Le professeur Ravinder Dahiya est le chef du groupe BEST à la James Watt School of Engineering de l'Université de Glasgow.

Le professeur Dahiya a déclaré :"Bien que nous ayons utilisé un échantillon de plaquette de silicium carré de 3 cm de côté dans le processus dont nous discutons dans cet article, la taille du substrat donneur flexible est la seule limite à la taille des plaquettes de silicium que nous pouvons imprimer. Il est très probable que nous puissions étendre le processus et créer une électronique flexible haute performance très complexe, ce qui ouvre la porte à de nombreuses applications potentielles.

« Les performances que nous avons constatées avec les transistors que nous avons imprimés sur des surfaces flexibles en laboratoire sont similaires aux performances de dispositifs CMOS comparables, les puces de pointe qui contrôlent de nombreux appareils électroniques de tous les jours.

"Cela signifie que ce type d'électronique flexible pourrait être suffisamment sophistiqué pour intégrer des contrôleurs flexibles dans des matrices de LED, par exemple, permettant potentiellement la création d'affichages numériques autonomes qui pourraient être enroulés lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Des couches de matériau flexible tendues sur des membres prothétiques pourraient offrir aux amputés un meilleur contrôle sur leurs prothèses, ou même intégrer des capteurs pour donner aux utilisateurs une sensation de « toucher ».

"C'est un processus plus simple capable de produire une électronique flexible haute performance avec des résultats aussi bons que, sinon mieux, que l'électronique conventionnelle à base de silicium. C'est aussi potentiellement moins cher et plus économe en ressources, car il utilise moins de matière, et meilleur pour l'environnement, car il produit moins de déchets sous forme de transferts inutilisables."