Les nouveaux matériaux dans l'électronique

LES NOUVEAUX MATERIAUX DANS L'ÉLECTRONIQUE

Cette pastille ferrocomposite est un circulateur micro-ondes miniature.

Le LEST s'implique fortement dans la recherche sur de nouveaux matériaux pour l'électronique. Philippe Gelin et Marcel Le Floc'h, professeurs, relatent ici la portée de leur travail, qui consiste à caractériser ces nouveaux matériaux dans une perspective industrielle.

Dans l'histoire de l'électronique, de nombreux progrès technologiques furent consécutifs à l'apparition de nouveaux matériaux. L'exemple le plus frappant est, sans doute, la naissance de matériaux semi-conducteurs. Le transistor à semiconducteur bouleversa en effet toute une électronique qui fonctionnait jusqu'alors à partir de tubes à vide. Cette découverte se traduisit rapidement par l'apparition, dans le domaine grand public, de récepteurs transistorisés portables, et l'habitude fut prise de les appeler tout simplement "transistors". Cet abus de langage marquait en réalité l'ampleur considérable des changements tant dans l'esprit que dans la pratique d'une électronique qui devenait moderne grâce à la découverte d'un certain matériau à propriétés semi-conductrices. A l'époque de sa découverte, on ne prédisait pourtant pas au transistor un grand avenir surtout dans le domaine des fréquences élevées. Par l'exploitation de différents composés semi-conducteurs, par l'amélioration des matériaux eux-mêmes et des technologies de préparation, les scientifiques repoussèrent des limites qui paraissaient insurmontables. On passa ainsi du germanium au silicium, puis à l'arséniure de gallium qui laisse aujourd'hui espérer des applications dans le domaine des 100 gigahertz (cent milliards de cycles par seconde).

LE ROLE DES SEMI-CONDUCTEURS

II est difficile de mesurer le rôle des semi-conducteurs dans la vie de tous les jours tant il est important. Disons seulement que les ordinateurs, les satellites, et avec eux toutes les liaisons intercontinentales (télévision, télécommunications) ne paraissent pas se concevoir sans semiconducteurs. Les matériaux magnétiques prennent aussi une place considérable dans tous les domaines où des grandeurs électriques variant dans le temps sont utilisées, les exemples proches de la vie quotidienne sont très nombreux. Citons les moteurs électriques ou encore les transformateurs de tensions, qu'ils soient ceux des appareils électroménagers, des chaînes haute fidélité ou ceux de la périphérie des villes pour fournir l'énergie dont elles ont besoin. On peut dire qu'à chaque domaine de fréquence correspond un type de matériau magnétique différent. Les métaux magnétiques sont les plus anciens et conviennent bien aux fréquences très basses (50 Hz). Aux fréquences plus élevées, ils sont remplacés par des matériaux céramiques que les progrès de la chimie et des technologies de préparation ne cessent de rendre plus performants. Ces céramiques que l'on appelle aussi "ferrites" sont aujourd'hui couramment utilisées dans divers dispositifs micro-ondes à des fréquences de plusieurs gigahertz. Par le pouvoir qu'elles ont d'absorber l'énergie des ondes, ces ferrites peuvent constituer, soit la source de chaleur qui, dans la profondeur des tissus, viendra traiter la tumeur cancéreuse, soit le plat brunisseur du four micro-ondes.

DES FORMES INACCESSIBLES

L'avancée des recherches dans le domaine des matériaux micro-ondes ne s'arrête pas. Et l'on voit apparaître, peut-être pour remplacer ces ferrites devenues désormais classiques, des matériaux à propriétés singulières nés de l'association de plusieurs composants de base (matériaux composites), chacun apportant la propriété dominante pour laquelle il a été choisi. On arrive ainsi à donner des formes jusqu'alors inaccessibles grâce aux substances déformables, molles ou liquides, à privilégier une propriété physique spéciale (résistance à la chaleur, légèreté, résistance mécanique) et enfin, et ce n'est pas là le moindre intérêt, à réaliser des dispositifs à coût très bas donc accessibles au grand public. Les matériaux composites non magnétiques font également l'objet d'applications nouvelles et nombreuses. Citons les structures absorbantes des ondes radars qui rendent les avions invisibles. Citons également les matériaux dits "chiraux" qui restent pour l'instant au stade des études en laboratoire, mais pour lesquels on prévoit déjà de les intégrer dans des antennes plaquées micro-ondes. Les céramiques supraconductrices aujourd'hui utilisables à la température de l'azote liquide et peut-être un jour à température ambiante, portent les germes de révolutions technologiques à venir. Citons parmi les applications basses fréquences la constitution de bobines non-résistives, et parmi les applications micro-ondes, la réalisation d'oscillateurs à grande pureté spectrale.

Contact : Philippe Gelin, Marcel Le Floc'h, professeurs, membres du LEST.

Tél. 99 31 62 40.