Des puces à coller partout

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mars 2015

Des chercheurs rennais mettent au point des circuits flexibles organiques imprimables sur tout support, même sur le corps.

Imaginons un patch électronique à coller directement sur le torse. Éphémère et sans fil, il enregistrerait la température ou le rythme cardiaque puis transmettrait les données via la technologie RFID(1). C’est pour bientôt ! Des chercheurs de l’Institut d’électronique et de télécommunications de Rennes (IETR(2)) développent un circuit imprimé flexible et organique. « Cela signifie qu’il ne sera composé que de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote, explique Emmanuel Jacques, responsable du projet. Les avantages sont évidents : ces molécules sont partout, elles ne coûtent rien et, surtout, n’affectent ni l’environnement, ni le corps humain, d’où la possibilité d’apposer le patch sur la peau. »

L’idée est née des travaux de l’Américain Alan Heeger, Prix Nobel de chimie en 2000. Il a démontré la capacité des molécules organiques à se comporter comme un transistor : elles peuvent gérer et faire transiter des informations électroniques. De là, il n’y avait plus qu’un pas à faire : « Un circuit imprimé n’est qu’un assemblage de transistors, composés d’un conducteur, d’un semi-conducteur et d’un isolant, rappelle Emmanuel Jacques. Sur ces trois molécules, nous avons réussi à mettre au point les deux dernières. » Celles-ci feront l’objet de publications au second semestre, après quelques tests de déformation mécanique. « Le circuit imprimé doit conserver ses performances électriques même s’il est plié, voire malmené », précise l’électronicien.

Sans oxygène ni humidité

« Nous avons découvert un isolant efficace (et confidentiel), par pur hasard, à partir d’une molécule qui n’est pas connue pour cette qualité, poursuit-il. C’est un vrai coup de chance ! » Quant au semi-conducteur organique, la première contrainte était d’obtenir une bonne stabilité électrique. Les électrons se déplaçant beaucoup plus lentement que dans le silicium utilisé actuellement, le risque est que le circuit ne fonctionne qu’une fois sur deux. À l’IETR, les savoir-faire progressent depuis plus de vingt ans, notamment sur la température de fabrication du semi-conducteur, gage de performance. « L’électronique classique au silicium nécessitait un four à 1100 °C. Aujourd’hui, on est capable de proposer des solutions efficaces à 100 °C ! »

Le circuit est construit couche par couche. Le motif est dessiné par photolithographie, grâce à des résines sensibles aux rayons ultra-violets, puis par gravure chimique. Le tout se fait dans un environnement hermétique contrôlé, sans oxygène ni humidité, « car les composés organiques y sont sensibles », précise Emmanuel Jacques. Pour remplacer ce dispositif encore très coûteux, l’équipe de chercheurs met actuellement au point une imprimante de circuits, dont les industriels pourraient vite devenir friands.

Invisible à l’œil nu

Par la suite, les chercheurs de l’IETR se concentreront sur le conducteur, dernier composant du transistor. Ils utilisent pour l’instant de l’or, un métal qui a l’avantage d’être biocompatible. Mais le but ultime est de le remplacer par une molécule organique transparente. Ainsi, le circuit serait tout à fait invisible à l’œil nu et le film plastique - ou tout autre support sur lequel il est imprimé - pourrait servir d’écran d’affichage. Les applications seraient alors infinies, des étiquettes RFID pour suivre la qualité des viandes sous vide dans les supermarchés à un écran géant capable de diffuser un film sans vidéoprojecteur. Ça fait rêver !

Rennes accueille des chercheurs du monde entier

Le département Microélectronique et microcapteurs de l’IETR a organisé la 11e conférence internationale consacrée aux transistors sur couches minces (ITC2015), les 26 et 27 février derniers à Supélec Rennes, confirmant ainsi sa place parmi les leaders mondiaux dans le domaine. Une centaine de chercheurs du monde entier y ont présenté leurs contributions. Impliquant des sujets de recherche multidisciplinaires, les travaux sur les transistors sur couches minces (TFT) ont de profondes répercussions notamment dans l’industrie de l’affichage, l’électronique flexible, les écrans flexibles, les étiquettes RFID(1) à faible coût, l’environnement chimique et mécanique et les capteurs médicaux biologiques.

Renseignements encadré : 
Tayeb Mohammed-Brahim Tél. 02 23 23 57 77 tayeb.brahim@univ-rennes1.fr

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