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LA NOUVELLE USINE ? UNE IMPRIMANTE !

Jean-Charles Guézel

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- Vous avez sûrement entendu parler des transistors en plastique. Mais comment fabriquer ces composants en série ? Avec une simple imprimante ! Seiko-Epson vient de lever un pan du voile...

Pauvre Gutenberg ! Il n'aura pratiquement rien su des retombées industrielles de son invention. Certaines d'entre elles l'auraient pourtant époustouflé... quitte à lui faire perdre son latin. Car ce n'est plus la Bible ni même du texte que l'on cherche à imprimer dans les laboratoires de recherche les plus en pointe, mais des transistors, des diodes et tout le toutim ! Bref, des circuits intégrés... imprimés. On ne sait plus très bien. Sauf que le silicium cède ici la place à du plastique, que c'est l'une des prochaines révolutions technologiques et que les multinationales commencent sérieusement à s'y intéresser.

Parmi les meneurs, nul ne sera surpris de retrouver Seiko-Epson. Ce qui est plus surprenant en revanche, c'est de voir ce groupe, d'ordinaire discret, se lancer dans une grande campagne d'explication sur les méthodes qu'il compte mettre en oeuvre pour "arracher le morceau". Un "signal fort", comme diraient nos politiques !

La fabrication des semi-conducteurs bouleversée

L'atout essentiel du géant japonais, c'est évidemment son savoir-faire en matière d'imprimantes, et plus particulièrement d'imprimantes "à jets d'encre" à têtes piézoélectriques. Quant à son ambition, c'est ni plus ni moins celle de ramener la taille d'une usine de semi-conducteurs aux dimensions d'un simple bureau dans lequel trôneraient quelques-uns de ses produits. « Des imprimantes du genre de la VIP01 : une machine expérimentale capable de traiter à grande vitesse des substrats allant jusqu'à 400 x 500 mm », expose Tatsuya Shimoda, l'un des responsables du Technology Platform Research Center de Seiko-Epson.

Lorsque ces recherches aboutiront, au sein de ce groupe mais aussi chez les concurrents (les Bell Labs, IBM, Infineon, Philips, STMicroelectronics, Xerox... sont aussi dans la course), les données de la fabrication des semi-conducteurs en seront évidemment bouleversées, à la fois en termes d'immobilisations financières, d'encombrement et de disponibilité des machines. Compte tenu de la simplicité du procédé décrit par Epson (qu'il a baptisé Micro Liquid Process, en référence à l'état liquide initial de tous les constituants), rien n'empêche d'imaginer, par exemple, qu'on puisse un jour fabriquer des circuits en quelques minutes à partir d'un simple fichier informatique téléchargé sur Internet. Plus rien à voir, donc, avec les délais de livraison se comptant en semaines, les milliards d'euros d'investissement (salles blanches, techniques du vide, équipements de gravure...) et les folles dépenses énergétiques qui caractérisent les modes de production actuels.

C'est en 1999 que l'histoire a vraiment démarré, lorsqu'Epson, en collaboration avec le laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge (Royaume-Uni), a imprimé son premier transistor polymère "jets d'encre". C'était aussi le premier au monde. Aujourd'hui, les résultats les plus probants sont obtenus avec des encres de types PEDOT-PSS (un complexe) pour les électrodes (source, drain, grille), F8T2 (à base de polyfluorène) pour les semi-conducteurs, et polyvinylpyridine pour les isolants. C'est le choix des solvants qui permet d'éviter tout mélange entre les différentes couches : eau pour le PEDOT-PSS, xylène pour le F8T2 et isopropanol pour le polyvinylpyridine.

Quant aux performances relevées, Epson avance les chiffres de 0,02 cm2/Vs pour la mobilité des porteurs de charge et de 105 à 106 pour le rapport entre la résistance à l'état bloqué et la résistance à l'état passant. Situés plusieurs ordres de grandeur en dessous de ceux qu'offre le silicium monocristallin, ces paramètres limitent pour l'instant le spectre des applications possibles à des dispositifs peu exigeants comme certains circuits mémoires ou étiquettes radiofréquences. D'autant que les dimensions critiques évoquées (typiquement 5 micromètres en ce qui concerne la longueur de canal, 50 fois plus qu'avec le silicium !) ne plaident apparemment pas davantage en faveur des polymères. De fait, le scénario le plus probable n'est pas celui du "tout plastique", mais l'émergence d'une électronique à deux vitesses : performante et coûteuse avec le silicium, dix à vingt fois moins coûteuse en contrepartie de performances amoindries avec le plastique.

Ceci dit, les transistors organiques sont loin d'avoir dit leur dernier mot. Pour s'en convaincre, il suffit d'observer la créativité dont font preuve les chercheurs d'Epson sur le terrain de la miniaturisation. Pas facile, en effet, de bâtir des structures de 5 micromètres à partir de gouttelettes de 15 à 35 micromètres de diamètre, projetées qui plus est avec une précision de 30 micromètres seulement. Et pourtant, grâce à une technique de repositionnement misant sur la nature tantôt hydrophile, tantôt hydrophobe des substrats, ils y parviennent ! Ils promettent même de faire beaucoup mieux à l'avenir et d'accéder carrément au submicronique...

l'impact

Diminution de la taille des usines dans un facteur 100 : concept de "desktop factory". Réduction dans les mêmes proportions des coûts énergétiques et des dépenses en matières premières. Possibilité d'imprimer les circuits à la demande et en quelques minutes, presque aussi facilement qu'un simple document sur papier.

L'ÉLECTRONIQUE ORGANIQUE SE CONSTRUIT À CAMBRIDGE

Son nom est Richard Friend. À 50 ans, 600 publications et 20 brevets, c'est l'un des plus dignes représentants de la physique britannique. À ce titre, il vient d'être promu au rang de chevalier de l'Empire britannique. Mais cet enseignant chercheur est surtout un éminent spécialiste de l'électronique organique, à la fois pilier du Cavendish Laboratory de l'université de Cambridge, entrepreneur (fondateur de deux start-up : Cambridge Display Technology, en 1992, et Plastic Logic, en 2000), et enfin consultant pour Epson. C'est en effet à Cambridge (on en comprend aisément la raison) que le groupe japonais a installé l'un de ses deux laboratoires consacrés aux jets d'encre (l'autre étant au Japon), et qu'il y a obtenu quelques-uns de ses plus importants résultats.

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