Un nouveau semi-conducteur organique miniaturisé prendra en charge les appareils électroniques flexibles

Les transistors à effet de champ (FET) sont les éléments de base de l'électronique moderne tels que les circuits intégrés, les processeurs d'ordinateur et les fonds de panier d'affichage. Les transistors à effet de champ organique (OFET) ont l'avantage d'être flexibles par rapport à leurs homologues inorganiques comme le silicium.

Les OFET, compte tenu de leur sensibilité élevée, de leur flexibilité mécanique, de leur biocompatibilité, de leur accordabilité des propriétés et de leur faible coût de fabrication, ont un grand potentiel dans de nouvelles applications telles que l'électronique portable, les capteurs de surveillance de la santé conformes et les écrans pliables. Imaginez des écrans de télévision qui peuvent être enroulés ; ou des appareils électroniques portables intelligents et des vêtements portés près du corps pour recueillir des signaux corporels vitaux pour un biofeedback instantané ; ou des mini-robots faits de matériaux organiques inoffensifs travaillant à l'intérieur du corps pour le diagnostic de maladies, le transport ciblé de médicaments, les mini-chirurgies et d'autres applications médicales.

Jusqu'à présent, la principale limite à l'amélioration des performances et à la production de masse des OFET était la difficulté de les miniaturiser. Les produits utilisant des OFET actuellement sur le marché sont limités en termes de flexibilité et de durabilité.

Une équipe d'ingénieurs dirigée par le Dr Paddy Chan Kwok Leung du Département de génie mécanique de l'Université de Hong Kong (HKU) a fait une percée importante dans le développement d'un transistor à effet de champ organique monocouche à structure décalée, ce qui facilitera grandement la réduction de la taille de OFET.

Le problème majeur auquel les scientifiques sont confrontés dans la réduction de la taille des OFET est que les performances du transistor chutent de manière significative avec une réduction de la taille. Cela est dû en partie au problème de la résistance de contact - résistance aux interfaces - qui résiste aux flux de courant. Lorsque l'appareil devient plus petit, sa résistance de contact devient un facteur prédominant dans la dégradation significative des performances de l'appareil.

Les OFET monocouches à structure échelonnée présentent une résistance de contact normalisée record de 40 Ω-cm par rapport aux dispositifs conventionnels qui ont une résistance de contact de 1000 Ω-cm. Le nouveau dispositif peut économiser 96 % de la dissipation de puissance à l'interface, réduisant ainsi la chaleur générée dans le système, un problème courant qui provoque la défaillance des semi-conducteurs. Cela, à son tour, permettra de réduire les dimensions des OFET à l'échelle submicrométrique, un niveau compatible avec leurs homologues inorganiques, tout en continuant à fonctionner efficacement pour présenter leurs propriétés organiques uniques. "C'est essentiel pour répondre aux exigences de commercialisation", a déclaré le Dr Chan.

Ces OFET ont également un rapport signal sur bruit amélioré, ce qui leur permettra de détecter des signaux faibles qui ne pouvaient pas être détectés auparavant à l'aide d'électrodes nues conventionnelles pour la détection.

Les OFET flexibles pourraient transformer les appareils rigides traditionnels tels que les panneaux d'affichage, les ordinateurs et les téléphones portables, leur permettant de devenir flexibles et pliables. Ces futurs appareils seraient également beaucoup plus légers et auraient un faible coût de production.

"De plus, compte tenu de leur nature organique, ils sont susceptibles d'être biocompatibles pour des applications médicales avancées telles que des capteurs pour suivre l'activité cérébrale ou la détection de pics neuronaux, et dans le diagnostic de précision de maladies liées au cerveau telles que l'épilepsie." a ajouté le Dr Chan.

L'équipe du Dr Chan travaille actuellement avec des chercheurs de la faculté de médecine de HKU et des experts en génie biomédical de CityU pour intégrer les OFET miniaturisés dans un circuit flexible sur une microsonde polymère pour la détection de pointes neurales in vivo sur un cerveau de souris sous différentes stimulations externes. Ils prévoient également d'intégrer les OFET dans des outils chirurgicaux tels que des cathéters, qui peuvent être insérés dans le cerveau des animaux pour détecter directement l'activité cérébrale afin de localiser les anomalies.