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Impression du premier nano-transistor à base de graphène - Par : Hanen Hattab,

Impression du premier nano-transistor à base de graphène


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Des chercheurs de la fondation des sciences Advanced Materials and BioEngineering Research (AMBER) du Trinity College Dublin, ont fabriqué le premier transistor imprimé entièrement à partir de composés de nanomatériaux bidimensionnels. On sait déjà depuis la découverte du graphène que les matériaux monocouches sont au cœur des technologies émergentes. Leurs caractéristiques mécaniques, électriques et thermiques permettent la miniaturisation et le perfectionnement des composantes électroniques. Les transistors entièrement imprimés, composés de réseaux interconnectés de différents types de nano-feuilles bidimensionnelles, représentent le défi des nanosciences depuis les cinq dernières année, en outre, parce que les matériaux 2D possèdent des propriétés interactives qui élargissent les domaines d’application de cette nouvelle génération de transistors, pouvant être produits, notamment, à faible coût.

 

Un large éventail d’applications

Comme tous les composantes électroniques en matériaux 2D, ce transistor à base de graphène ouvrira la voie par sa souplesse à des applications dans tous les domaines allant des industries alimentaire et pharmaceutiques à la construction architecturale et la fabrication des pièces d’identités. Grâce aux propriétés mécaniques du graphène, le transistor peut fonctionner en tant que capteur dans des emballages alimentaires intelligents qui affichent un compte à rebours numérique pour indiquer la date de péremption, ou encore d’étiquettes qui alertent par SMS le consommateur lorsque le vin est à sa température optimale, voire des volets de fenêtres qui affichent les prévisions météorologiques du jour.

 

Cette avancée est majeure, en outre, parce qu’elle montre que les nanomatériaux 2D conducteurs, semi-conducteurs et isolants peuvent être combinés à des dispositifs complexes. Jonathan Coleman, chercheur principal au School of Physics & CRANN, a souligné que son équipe a focalisé sur les technologies d’impression des transistors parce qu’elle considère les commutateurs électriques comme étant au cœur de l’informatique de demain.

Les applications futures imaginées depuis la conception théorique des transistors à base de graphène

Exploration des propriétés mécaniques du graphène dans les laboratoires d’AMBER

Structure du transistor et technique de fabrication

L’électronique imprimable s’est développée au cours des dernières années en tirant profit principalement des caractéristiques des molécules à base de carbone. Bien qu’il soit possible de transformer ces molécules en encres imprimables, elles sont parfois instables et leur performance a des limites. Il y a eu de nombreuses tentatives pour surmonter ces obstacles en utilisant d’autres matériaux, tels que les nanotubes de carbone, mais ces matériaux se sont avérés eux aussi peu performants ou ont présenté des contraintes de fabrication insurmontables. Pour toutes ces raisons, les dispositifs imprimés en matériaux 2D ne peuvent toujours pas rivaliser avec les transistors existants sur le marché. L’équipe estime que les résultats de cette étude représentent un pas géant vers la commercialisation des transistors à base de matériaux monocouches.  En effet, les chercheurs ont réussi à améliorer la synthèse des matériaux 2D en utilisant une encre imprimable créée par exfoliation en phase liquide, ce qui permet l’impression par pulvérisation ou par jet de matière. Cette méthode d’impression a été optimisée afin d’obtenir une stratification de couches de matériaux 2D fonctionnels. Le graphène, qui joue le rôle d’électrodes, est déposé sur deux autres nanomatériaux, à savoir, le diséléniure de tungstène et le nitrure de bore (BN).  Le BN fait office de séparateur et le diséléniure de tungstène joue le rôle de canal. Il s’agit des deux autres parties déterminantes du transistor. Les tests ont montré que ce nano-transistor permet aux appareils de supporter des courants élevés à des tensions de transmission relativement faibles.

Cette étude intitulée « All-printed thin-film transistors from networks of liquid-exfoliated nanosheets » a été publiée le 7 avril 2017 dans la revue Science. Elle a été rédigée par Adam G. Kelly, Toby Hallam, Claudia Backes, Andrew Harvey, Amir Sajad Esmaeily, Ian Godwin, João Coelho, Valeria Nicolosi, Jannika Lauth, Aditya Kulkarni, Sachin Kinge, Laurens D. A. Siebbeles, Georg S. Duesberg et Jonathan N. Coleman. Ces chercheurs sont affiliés à AMBER, à la School of Chemistry du Trinity College Dublin, au Département de génie chimique de la Delft University of Technology (Hollande), de la division Materials Research & Development de Toyota Motor Europe (Belgique) et de l’Institute of Physics, EIT 2 de la Faculty of Electrical Engineering and Information Technology (Universität der Bundeswehr, Munich).

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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