08.11.2022 - Technische Universität München

Un nouveau matériau permettra de réaliser des diodes localement flexibles

La température modifie les caractéristiques du matériau : Les chercheurs découvrent un nouveau matériau présentant un potentiel important pour les applications électroniques

Les diodes permettent de diriger les flux de courant. Sans elles, l'électronique moderne serait inconcevable. Jusqu'à présent, elles devaient être fabriquées à partir de deux matériaux aux caractéristiques différentes. Une équipe de recherche de l'Université technique de Munich (TUM) vient de découvrir un matériau qui permet de créer une diode par un simple changement de température.

La fabrication d'une diode implique généralement la combinaison de deux matériaux semi-conducteurs aux propriétés différentes. Dans la plupart des cas, il s'agit de formes modifiées de silicium auxquelles on ajoute différents éléments pour créer les caractéristiques souhaitées. Ce processus est connu sous le nom de dopage.

Le dopage au phosphore, à l'arsenic ou à l'antimoine, qui ajoute des électrons libres au matériau, est appelé dopage de type n. Le n fait référence à la charge négative du matériau. Le n fait référence aux électrons chargés négativement. Le bore, l'aluminium et le gallium, en revanche, lient les électrons du silicium, ce qui donne des trous chargés positivement. Le matériau est dopé p. En combinant les deux matériaux, on obtient une diode qui ne permet au courant de circuler que dans un seul sens.

La température modifie les caractéristiques du matériau

"Nous avons maintenant trouvé un matériau que nous pouvons rendre conducteur n ou conducteur p simplement en changeant la température", déclare Tom Nilges, professeur de synthèse et de caractérisation des matériaux innovants à la TUM. Les chercheurs ont pu montrer qu'un changement de température de quelques degrés suffit à produire cet effet et qu'il est possible de créer une diode fonctionnelle grâce à un gradient de température au sein du matériau.

"Lorsque le matériau est à température ambiante, nous avons un conducteur p tout à fait normal. Si nous appliquons ensuite un gradient de température, nous pouvons simultanément générer un conducteur n dans les zones chauffées", explique le professeur Nilges. Un aspect important pour les applications : l'effet fonctionne dans des plages de température ambiante. "Pour générer une diode, une augmentation locale de la température de quelques degrés suffit - dans notre cas, de 22 à 35°C."

Pour Nilges, l'élimination du besoin de dopage n'est pas le seul avantage : "Chaque diode produite est toujours présente. Avec notre matériau, ce n'est pas le cas : avec le gradient de température, la diode disparaît également. Si elle est à nouveau nécessaire, il suffit de créer un gradient de température. Si l'on pense à la gamme d'applications des diodes, par exemple dans les cellules solaires ou dans tout type de composant électronique, le potentiel de cette invention devient évident."

Une composition complexe

La recherche du matériau parfait a nécessité 12 ans de travail, qui ont abouti à la découverte par l'équipe de l'halogénure de chalcogénure métallique Ag18Cu3Te11Cl3. Il est composé des éléments argent, cuivre, tellure et chlore. Les chercheurs ont découvert cette classe de composés en explorant les matériaux thermoélectriques, qui produisent de l'électricité à partir de la chaleur. Un des matériaux étudiés présentait l'effet de commutation p-n. Toutefois, cet effet n'a été observé que dans une plage de température d'environ 100°C, ce qui est inadapté aux applications pratiques.

Après une analyse et une expérimentation approfondies, les chercheurs ont découvert dans Ag18Cu3Te11Cl3 un matériau qui présente l'effet souhaité et qui convient également aux applications à des températures normales. "D'autres groupes de recherche ont également découvert cet effet de commutation dans divers matériaux, mais jusqu'à présent, personne n'a réussi à le convertir en une application spécifique", explique M. Nilges.

La prochaine étape des chercheurs consiste à montrer que leur matériau peut être utilisé pour créer des transistors grâce à des changements de température.

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