Puces en silicium individuelles de Saxe pour la caractérisation des matériaux pour l'électronique imprimée

Substrats OFET isolés du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Substrats OFET découpés du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Substrat OFET du Fraunhofer IPMS en tant que wafer. © Fraunhofer IPMS / Substrats OFET du Fraunhofer IPMS sous forme de wafer. © Fraunhofer IPMS

Substrat-OFET du Fraunhofer IPMS dans un emballage en forme de gaufre. © Fraunhofer IPMS / Substrats OFET du Fraunhofer IPMS dans un emballage en forme de gaufre. © Fraunhofer IPMS

Quelle de performance des nouveaux matériaux ? Une modification des propriétés conduit-elle à une meilleure conductivité ? Au Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, des substrats en silicium conçus à cet effet sont développés et fabriqués. Cela permet la caractérisation électrique fondamentale des matériaux, comme par exemple une émulsion de graphène innovante. Des conceptions individuelles permettent la mesure à la fois de matériaux semi-conducteurs et conducteurs.

Les semi-conducteurs organiques sont des composants clés dans l’électronique organique et la photovoltaïque. Ils seront utilisés pour la fabrication d’appareils électroniques flexibles et de cellules solaires imprimées. Typiques de cette classe de matériaux sont les processus à basse température et la déposition et la structuration en surface avec différentes techniques de revêtement et d’impression. Les matériaux semi-conducteurs actifs déterminent en grande partie la performance de l’ensemble du système. C’est pourquoi une caractérisation électronique simple à manipuler et fiable de la conductivité, de la mobilité des porteurs de charge, de la résistance de contact et du rapport courant marche/arrêt est une condition essentielle pour les développeurs de matériaux et de procédés.

Le Fraunhofer IPMS développe et fabrique des substrats en silicium avec des structures de transistors individuels en architecture bottom-gate, utilisés pour la fabrication de transistors à effet de champ organiques (OFETs) ou pour la caractérisation des propriétés électriques des matériaux conducteurs, par exemple pour la photovoltaïque organique.

Le chef de projet Thomas Stoppe explique : « Dans le domaine de la recherche et du développement, nos substrats sont déjà établis auprès d’institutions de recherche internationales. Nous souhaitons désormais nous concentrer davantage sur des solutions sur mesure et continuer à faire évoluer la technologie pour mieux répondre aux exigences de nos partenaires industriels. Le marché de l’électronique organique est en forte croissance, et nos substrats permettent une mesure ciblée, simple et reproductible des propriétés électriques des semi-conducteurs et matériaux conducteurs. »

Les possibilités de caractérisation des matériaux ont été démontrées avec des résultats récents, comme l’étude d’une émulsion de graphène commerciale. Ces résultats seront présentés lors de la conférence iCampus-Cottbus iCCC2024 en mai 2024 à Cottbus, puis publiés dans la revue spécialisée Journal of Sensors and Sensor Systems.

Déjà du 9 au 12 avril, les puces développées seront présentées lors du salon professionnel « analytica » à Munich. Les utilisateurs intéressés auront la possibilité de discuter avec des experts sur le stand A3.407 du Fraunhofer IPMS. Pour cela, des rendez-vous peuvent être pris à l’avance via le site web du Fraunhofer IPMS.

Avantages des substrats du Fraunhofer IPMS

L’accès à la technologie microsystèmes existante du Fraunhofer IPMS offre des avantages décisifs, notamment la fabrication très précise et reproductible des puces ainsi que l’adaptation flexible de la technologie aux besoins spécifiques de l’application cible. Il est ainsi possible d’utiliser différentes combinaisons de matériaux et des ajustements personnalisés des structures d’électrodes ou de l’épaisseur du diélectrique. Cela permet d’obtenir des oxydes de grille de haute qualité avec des épaisseurs de couche allant de 28 nm à 320 nm, ce qui se traduit par des courants de fuite de grille extrêmement faibles, jusqu’au niveau inférieur du picoampère, permettant des mesures très précises. Pour étudier les influences du processus de dépôt, différentes orientations des structures de transistors sont prévues.

La fabrication se fait en salle blanche sur des wafers en silicium avec une couche d’oxyde de silicium thermique (SiO2). Une couche brevetée d’oxyde d’indium-étain (ITO) sert de couche adhésive pour l’or, ce qui améliore la fiabilité, la précision et la reproductibilité, permettant l’utilisation de ces substrats pour un contrôle qualité complet dans les petites et grandes entreprises chimiques.