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Un film transparent extrafin qui révolutionnera l’électronique - Par : Hanen Hattab,

Un film transparent extrafin qui révolutionnera l’électronique


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.

Une équipe de chercheurs du Department of Chemical Engineering and Materials Science (CEMS) de l’Université du Minnesota a créé un nouveau matériau aux propriétés nanométriques lui conférant la plus grande capacité de conductivité électrique et photovoltaïque dans sa catégorie. Ce matériau est fabriqué à partir d’un composé ayant une large bande interdite. Or, dans la plupart des cas, ce type de matériau a généralement une faible conductivité ou une faible transparence. Comment cette équipe a-t-elle réussi à coupler les deux propriétés?

Enjeux et applications

Selon Bharat Jalan, le professeur qui dirige cette étude, le matériau réalisé peut être utilisé dans plusieurs types d’applications électroniques, en outre, les écrans tactiles, l’électronique de puissance et les cellules photovoltaïques.

Actuellement, tous les matériaux conducteurs transparents utilisés dans l’électronique sont fabriqués à partir d’indium, élément chimique dont le prix est en train monte considérablement depuis quelques années.  En conséquence, plusieurs recherches sont actuellement menées afin de trouver un matériau moins cher et plus performant. De tels matériaux doivent également participer à réduire la consommation d’énergie et permettre des applications à haute fréquence, deux prouesses accomplies aussi par cette recherche.

Un nouveau champ à explorer : la structure pérovskite

Les chercheurs de l’Université du Minnesota se sont intéressés aux oxydes de pérovskite à large bande interdite. Ces derniers présentent des conductivités élevées à température ambiante et une compatibilité structurelle avec une famille diversifiée de produits de pérovskite organiques et inorganiques. Ils présentent aussi un intérêt important en tant que conducteurs transparents et composantes actives dans l’électronique de puissance. La combinaison de cette gamme de fonctionnalité dans un même substrat et à température ambiante est un grand défi que l’équipe de Jalan a réussi à réaliser.

Rappelons que la pérovskite désigne à l’origine le titanate de calcium et plus largement une famille de matériaux ayant une structure en bande particulière. Cette structure leur donne deux propriétés très recherchées par les industries des cellules photovoltaïques à savoir une haute absorption et conversion de l’énergie solaire, qui ont été découvertes en 2012 par le chimiste Michael Grätzel et le physico-chimiste Henry Snaith.

Méthode

L’équipe de Jalan est parvenue à créer une nouvelle méthode de synthèse qui a permis de réaliser un film multicouche très mince à base d’un nouveau composé, le BaSnO3. C’est une combinaison de baryum, d’étain et d’oxygène, appelée stannate de baryum. Pour ce faire, ils ont notamment remplacé la source élémentaire d’étain par un précurseur chimique de l’étain. Cette méthode utilise l’épitaxie par jet moléculaire (EJM). Il s’agit de la technique de croissance de semi-conducteurs à partir de laquelle des matériaux élémentaires vaporisés se déposent sur une surface et s’auto-organisent en couches ou en nanostructures.

Le précurseur chimique de l’étain possède des propriétés uniques qui ont amélioré la réactivité chimique et optimisé considérablement le processus de formation de l’oxyde métallique (qui donne au matériau sa propriété de conductivité) par EJM.

Le nouveau film transparent est très conducteur

Le baryum et l’étain sont nettement moins chers que l’indium et sont présents en abondance dans l’environnement.

Selon Jalan et Abhinav Prakash, un ingénieur diplômé du Département de génie chimique et de science des matériaux de l’Université du Minnesota qui a participé à l’étude, ce nouveau procédé de fabrication est le premier dans son genre qui permet de réguler l’épaisseur, les défauts de concentration et la composition du matériau.  Il peut être aussi utilisé dans la fabrication d’autres matériaux où l’élément est difficile à oxyder. Ce nouveau procédé est également reproductible et évolutif. Ils ont aussi ajouté que c’était la qualité structurelle supérieure et la régulation de la concentration qui leur avait permis de découvrir la conductivité élevée de ce matériau. Ils ont déclaré que l’étape suivante consistait à continuer à réduire les défauts à l’échelle atomique.

Intitulée « Wide bandgap BaSnO3 films with room temperature conductivity exceeding 104 S cm−1 », cette étude a été coécrite par Bharat Jalan, Abhinav Prakash, Peng Xu, Alireza Faghaninia, Sudhanshu Shukla, Joel W. Ager III et Cynthia S. Lo. Elle a été publiée le 5 mai 2017 dans la revue Nature Communications.

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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