L'ingénieur chimiste Zhenan Bao et son équipe de chercheurs de Stanford ont passé près de vingt ans à essayer de mettre au point un circuit intégré semblable à de la peau. Des circuits extensibles et pliables qui se remettent en place sans faute, à chaque fois. De tels circuits laissent présager un jour des produits portables et implantables.
Comment produire une technologie entièrement nouvelle en quantité suffisante pour rendre sa commercialisation possible ? Avec son équipe, il pense avoir trouvé la solution. Dans une nouvelle étude, le groupe décrit comment ils ont imprimé des circuits intégrés extensibles et pourtant durables sur des matériaux caoutchouteux, semblables à de la peau. Une technologie utilisant le même équipement que celui conçu pour fabriquer des puces en silicium solide. Cette réalisation pourrait faciliter la transition vers la commercialisation. Le but étant par conséquent d'amener les fonderies qui fabriquent aujourd'hui des circuits rigides à produire des circuits extensibles.
Le processus a permis aux chercheurs de faire tenir plus de 40 000 transistors dans un seul centimètre carré de circuit étirable. Toutefois, l'équipe pense que le double est à portée de main. Bien que ce chiffre soit encore loin des milliards de transistors que l'on peut faire tenir dans la même zone sur les puces en silicium, il serait suffisant pour créer des circuits simples pour des capteurs sur la peau, des réseaux à l'échelle du corps et de la bioélectronique implantable, dont les applications restent à imaginer.
Ancien procédé, nouvelle chimie
L'un des principaux avantages du procédé de Stanford est qu'il peut être réalisé avec les mêmes équipements que ceux utilisés aujourd'hui pour fabriquer des puces en silicium. Le procédé, connu sous le nom de photolithographie, utilise la lumière ultraviolette (UV) pour transférer un motif géométrique complexe et électriquement actif — un circuit — sur un substrat solide, couche par couche. Il s'agit d'un processus complexe, en plusieurs étapes, de revêtement, d'exposition à la lumière, de gravure chimique et de rinçage.
Cette méthode a fonctionné pendant des décennies dans l'industrie des semi-conducteurs. Toutefois, jusqu'à présent, les produits chimiques utilisés pour dissoudre et éliminer les matériaux résistant à la lumière éliminent également les polymères semblables à de la peau. Des polymères qui constituent également la base des circuits extensibles. En développant de nouveaux produits photochimiques qui fonctionnent sur ces matériaux extensibles, l'équipe de Bao apprend à des équipements de fabrication éprouvés à faire de nouveaux tours. En fait, le processus de Stanford permet même de supprimer certaines des étapes nécessaires à la fabrication du silicium. Tout cela aboutit à un résultat remarquable.
De nouveaux circuits extensibles, denses et durables
L'équipe a utilisé le nouveau procédé pour produire des circuits flexibles. Des produits ayant à peu près les mêmes performances électriques que les transistors utilisés pour les écrans d'ordinateur actuels. Puis elle a testé la durabilité et les performances de leurs matériaux. En étirant les circuits au double de leurs dimensions d'origine, les matériaux nouvellement imprimés n'ont montré aucun déclin de leur fonction. Sur le plan électrique, les transistors sont restés stables, même après 1 000 étirements répétés.
Grâce à l'amélioration de la densité des transistors, ce procédé pourrait déboucher sur de nouvelles applications pour les circuits flexibles.
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