Des chercheurs de l'université d'État de Caroline du Nord ont dévoilé une technique d'auto-assemblage révolutionnaire pour les dispositifs électroniques, promettant de simplifier la production de diodes et de transistors. Cette nouvelle méthode, connue sous le nom de réaction métal-ligand dirigée (D-Met), réduit considérablement la complexité et les coûts associés aux procédés de fabrication de puces traditionnels.
Martin Thuo, professeur de science et d'ingénierie des matériaux, a souligné les avantages de cette approche : "Les techniques de fabrication de puces actuelles comportent de nombreuses étapes et reposent sur des technologies extrêmement complexes, ce qui rend le processus coûteux et long. Notre méthode d'auto-assemblage est beaucoup plus rapide et économique. Nous pouvons également ajuster la bande interdite des matériaux semi-conducteurs et les rendre sensibles à la lumière, ouvrant la voie à des dispositifs optoélectroniques."
Thuo a noté que les techniques de fabrication traditionnelles produisent souvent un pourcentage élevé de puces défectueuses, entraînant du gaspillage. En revanche, la technique D-Met offre un rendement élevé, facilitant une production cohérente et minimisant les déchets.
Le processus commence par des particules de métal liquide, spécifiquement un alliage de métal de Field composé d'indium, de bismuth et d'étain. Les chercheurs placent ces particules à côté d'un moule de taille ou de forme souhaitée. Une solution contenant des ligands—des molécules composées de carbone et d'oxygène—est versée sur le métal liquide. Ces ligands captent les ions de la surface du métal, les arrangeant en un motif géométrique spécifique alors que la solution s'écoule dans le moule.
À mesure que la solution remplit le moule, les ions porteurs de ligands s'assemblent en structures tridimensionnelles complexes. La partie liquide de la solution s'évapore, compactant les structures en un réseau cohérent. Thuo explique : "Sans le moule, ces structures peuvent former des motifs quelque peu chaotiques. Cependant, le moule contraint la solution, permettant aux réseaux de se former de manière prévisible et symétrique."
Une fois la structure souhaitée atteinte, le moule est retiré et le réseau est chauffé. Ce processus décompose les ligands, libérant des atomes de carbone et d'oxygène, qui interagissent avec les ions métalliques pour former des oxydes métalliques semi-conducteurs, tandis que les atomes de carbone créent des feuilles de graphène. Le résultat est une structure bien ordonnée de molécules d'oxyde métallique semi-conducteur enveloppées dans des feuilles de graphène.
Julia Chang, première auteur de l'étude, a ajouté : "Les feuilles de graphène peuvent être utilisées pour régler la bande interdite des semi-conducteurs, rendant le semi-conducteur plus ou moins réactif selon la qualité du graphène." De plus, l'inclusion de bismuth permet la création de structures photoréactives, permettant aux chercheurs de manipuler les propriétés des semi-conducteurs à l'aide de la lumière.
Thuo a commenté la scalabilité de la technique D-Met, déclarant : "La seule limite est la taille du moule utilisé. Nous pouvons également contrôler les structures semi-conductrices en manipulant le type de liquide dans la solution, les dimensions du moule et le taux d'évaporation de la solution."
En résumé, les chercheurs ont démontré la capacité d'auto-assembler des matériaux électroniques hautement structurés et réglables pour des dispositifs fonctionnels. La prochaine étape consistera à utiliser cette technique pour créer des dispositifs plus complexes, tels que des puces tridimensionnelles.
Légende illustration : Les modèles fabriqués par D-Met sont susceptibles d'être utilisés dans des systèmes microélectromécaniques (MEMS). Crédit photo : Julia Chang.