COMMUNIQUE DE PRESSE Nouvelle génération de transistors

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Le 13 mars 2012,
COMMUNIQUE DE PRESSE
Nouvelle génération de transistors flexibles à base de graphène
La réalisation de composants électroniques à base de graphène, matériau constitué d'un plan unique
d'atomes de carbone, est aujourd'hui un défi technologique majeur. Les chercheurs espèrent, d’une
part, bénéficier de la mobilité électronique exceptionnelle au sein de ce matériau et, d’autre part,
concevoir des composants électroniques flexibles à bas coût. Ainsi, des chercheurs du CEA1, du
CNRS², de l’Université Lille 12 et de l’Université de Northwestern3 ont élaboré un nouveau procédé
original de fabrication de transistors combinant flexibilité et mobilité électronique, capables de
fonctionner à très haute fréquence (GHz) et utilisant du graphène manipulé « en solution », compatible
avec des techniques d'impression. De tels composants électroniques devraient permettre le
développement de circuits électroniques performants, intégrés dans les objets du quotidien.
Ces résultats sont publiés dans la revue Nano Letters du 14 mars 2012.
Le graphène, plan unique d’atomes de carbone à structure hexagonale, possède des propriétés
exceptionnelles. En particulier, la grande mobilité des électrons dans ce matériau doit favoriser le
fonctionnement à très haute fréquence de composants électroniques réalisés en graphène. Par ailleurs, ses
propriétés mécaniques en font un matériau flexible. Ces deux avantages pourraient être mis à profit dans la
fabrication de composants et de circuits électroniques destinés à des secteurs variés : développement
d’écrans souples, de transistors et de composants électroniques très performants et fabriqués à bas coût.
Actuellement, plusieurs voies de synthèse du graphène existent. L’une d’elles permet de le produire sous la
forme d’une solution de particules de quelques centaines de nanomètres de diamètre, stabilisées dans l'eau
par des tensioactifs4. Pour obtenir cette « encre conductrice », la voie de synthèse utilisée permet de ne
sélectionner que des feuillets monocouches qui assurent des propriétés électroniques remarquables5 (et non
un mélange de graphène monocouche et multicouche). Autre spécificité : la production de composants peut
s’effectuer sur des supports très variés tels que du verre, du papier ou encore un substrat organique.
Des chercheurs du CEA, du CNRS, de l’Université Lille 1 et de l’Université de Northwestern ont, pour la
première fois, élaboré un procédé original de fabrication de transistors flexibles à partir de graphène
solubilisé, sur des substrats de polyimide (polymère thermostable). Ils ont ensuite étudié de manière
approfondie leurs performances haute-fréquence.
1 IRAMIS/DSM : Service de Physique de l’Etat Condensé à la Direction des Sciences de la matière du CEA.
2 Institut d’électronique, de microélectronique, et de nanotechnologie (IEMN, CNRS /Université de Lille 1/ISEN/UVHC).
3 Department of Materials Science and Engineering and Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA.
4 Un tensioactif est un composé qui permet de solubiliser deux phases non miscibles.
5 Solution phase production of graphene with controlled thickness via density differentiation - A. A. Green, M.C. Hersam, Nano Letters
2009, 9, (12), 4031-4036

Dans le procédé mis au point, les feuillets de graphène en solution sont déposés sur le substrat sous l'effet
d'un champ électrique alternatif appliqué entre des électrodes préalablement fabriquées. Cette technique de
diélectrophorèse (DEP) permet de diriger le dépôt du graphène et d'obtenir localement une forte densité de
feuillets déposés. Cette densité est cruciale pour obtenir d'excellentes performances à haute fréquence. Ainsi,
la mobilité des charges dans les transistors réalisés est de l'ordre de 100 cm2/V.s, ce qui est très supérieur
aux performances obtenues avec des molécules ou des polymères semi-conducteurs. Ces transistors
atteignent donc des fréquences très élevées, de l’ordre de 8 GHz, jusqu’ici jamais obtenues en électronique
organique !
Ces résultats montrent que le graphène préparé sous forme d’ « encre conductrice » est un matériau
particulièrement compétitif pour la réalisation de fonctions électroniques flexibles dans une gamme de hautes
fréquences (GHz) totalement inaccessibles aux semi-conducteurs organiques classiquement utilisés. Cette
nouvelle génération de transistors ouvre des possibilités importantes dans de nombreux domaines
d’applications tels que les écrans souples (pliables ou enroulables), l’électronique intégrée dans des textiles
ou des objets du quotidien tels que des étiquettes RFID6 capables de traiter et de transmettre de l’information.
Référence :
Flexible Gigahertz Transistors Derived from Solution-Based Single-Layer Graphene.
Cedric Sire, Florence Ardiaca, Sylvie Lepilliet, Jung-Woo T. Seo, Mark C. Hersam, Gilles Dambrine, Henri Happy, and
Vincent Derycke, Nano Letters, Mar/14/2012.
Contact presse :
Coline Verneau – 01 64 50 14 88 – [email protected]
6 Radio Frequency IDentification
Solution de graphène monocouche utilisée pour la
réalisation de transistors flexibles sur substrat de
polyimide (feuille de polymère thermostable). © CEA