FR3027155A1 - Procede de fabrication d'un dispositif electronique, en particulier a base de nanotubes de carbone - Google Patents

Procede de fabrication d'un dispositif electronique, en particulier a base de nanotubes de carbone Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, en particulier comprenant un substrat flexible et/ou à bas coût et/ou des nanotubes de carbone, et les dispositifs électroniques obtenus par ce procédé. Le procédé de fabrication d'un dispositif électronique comprenant un substrat en un matériau M, et une couche active en un matériau semi-conducteur, comprend les étapes suivantes : a) fourniture d'un support en un sel d'un métal alcalin ou alcalinoterreux , b) optionnellement, dépôt sur une face du support d'une couche en un matériau diélectrique, c) formation sur une surface du support lorsque l'étape b) n'est pas mise en œuvre, ou sur la surface libre de la couche lorsque l'étape b) est mise en œuvre, d'une couche active en un matériau semi-conducteur, d) formation des différents composants du dispositif électronique sur et/ou sous la couche, e) dépôt d'une couche de protection sur l'empilement obtenu à l'étape d) de couches et des différents composants du dispositif électronique, cette couche de protection étant en le matériau M voulu pour le substrat, et f) élimination du support. L'invention trouve application dans le domaine de l'électronique, en particulier.

Description

1 L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, en particulier comprenant un substrat flexible et/ou à bas coût et/ou des nanotubes de carbone. Elle concerne également les dispositifs électroniques obtenus par ce procédé. De nombreux dispositifs électroniques existent. On peut citer les transistors en particulier à effet de champs, les capteurs, les inverseurs, etc... Tous ces dispositifs ont en commun de comporter un substrat et une couche active en un matériau semi-conducteur. En général, le substrat est un substrat rigide à coût élevé, tel que des tranches (wafers) de silicium. La miniaturisation de ces dispositifs électriques, ainsi que l'apparition d'une demande pour de tels dispositifs sur des substrats flexibles et/ou à faible coûts connaît un grand développement actuellement.
Ainsi, Fumiaki N. Ishikawa et al. "Transparent Electronics Based on Transfer Printed Aligned Carbon Nanotubes on Rigid and Flexible Substrates", ACS Nano, vol. 3, n°1, pp 73-78, décrivent un transistor à couche mince transparente dans lequel le substrat est un substrat flexible transparent en polyéthylène téréphtalate (PET).
Ils indiquent qu'en raison de la nature du substrat, le procédé de fabrication du transistor doit être un procédé de fabrication à basse température et qu'un tel procédé de fabrication à basse température permettrait également de fabriquer des dispositifs, en l'occurrence des transistors, sur du papier, et même sur de la peau artificielle.
Dans cet article, la couche active en un matériau semi-conducteur est constituée de nanotubes de carbone monoparois (SWNTC). Dans le procédé de fabrication décrit, les SWNTC sont d'abord mis à croître sur un substrat en quartz puis détachés de ce substrat de quartz pour être placé sur un substrat en PET sur lequel avait été formé auparavant une porte arrière et une couche en un matériau diélectrique. Puis, les électrodes source et drain ont été fabriquées par photolithographie. Ce procédé présente au moins trois inconvénients.
3027155 2 Le premier inconvénient est que le procédé de fabrication décrit dans cet article est difficile à mettre en oeuvre industriellement car il est important pour un dispositif électronique, que toutes les connexions et les composants soient parfaitement positionnés, ce qui n'est atteignable que lorsque le support est un support 5 parfaitement plan et rigide. Or, cela n'est pas le cas pour un substrat flexible tel que décrit dans l'article de Fumiaki N. Ishikawa et al. La demande de Brevet WO 2004/088728 a alors proposé de positionner le substrat flexible sur un support rigide et de l'y fixer par une bande adhésive, puis de former les différents composants du dispositif électronique, et en fin 10 de procédure, d'éliminer le support rigide. Mais ce procédé présente les mêmes inconvénients que celui décrit dans Fumiaki N. Ishikawa et al., à savoir que les températures du procédé de fabrication doivent être limitées pour ne pas endommager le substrat flexible. Ceci est le deuxième inconvénient.
15 Le troisième inconvénient est que par la technique de transfert des nanotubes de carbone, ceux-ci ne sont plus alignés, perdent de leur longueur et donc de leur efficacité en tant que matériau semi-conducteur. L'invention vise à pallier les inconvénients des procédés de l'art antérieur en fournissant un procédé de fabrication des dispositifs électroniques sur un 20 substrat flexible et/ou ayant un faible coût et/ou qui pourrait être détérioré, ou même détruit, par l'emploi de températures élevées et/ou de conditions agressives, procédé selon l'invention dans lequel des méthodes de for -nation des différents composants peuvent être utilisés qui nécessite l'emploi de températures élevées et/ou de conditions agressives, tels que des gravures par des acides, etc...
25 Autrement dit, tous les procédés de fabrication des différents composants des dispositifs électroniques de l'art antérieur, même ceux nécessitant l'emploi de températures élevées et/ou de conditions agressives pour le substrat, pourront être utilisés dans le procédé de l'invention. Mais, grâce au procédé de l'invention, ces températures élevées 30 et/ou ces conditions agressives n'endommagerons ou ne détruirons pas le substrat. Ainsi, grâce au procédé de l'invention des températures élevées et/ou des conditions agressives, qui dans les procédés de l'art antérieur étaient des 3027155 3 facteurs limitants pour le choix de la nature du substrat, pourront être utilisés pour fabriquer les différents composants des dispositifs électroniques. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif électronique comprenant : 5 - un substrat en un matériau M, et - une couche active en un matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) fourniture d'un support en un sel d'un métal alcalin ou alcalino- terreux, 10 b) optionnellement dépôt sur une face du support d'une couche en un matériau diélectrique, c) formation sur une surface du support lorsque l'étape b) n'est pas mise en oeuvre ou sur la surface libre de la couche formée à l'étape b) lorsque l'étape b) est mise en oeuvre, d'une couche active en un matériau semi-conducteur, 15 d) formation des différents composants du dispositif électronique sur et/ou sous la couche active en un matériau semi-conducteur, e) dépôt d'une couche de protection sur l'empilement obtenu à l'étape d) de couches et des différents composants du dispositif électronique, cette couche de protection étant en le matériau M voulu pour le substrat, et 20 f) élimination du support. Dans une première variante préférée du procédé de l'invention, le matériau M est en un matériau flexible comprenant une partie organique, de préférence choisi parmi le polyimide, le polyéthylènetéréphtalate (PET), le polyéthylènenaphtalate (PEN), le polychlorure de vinyle et le 25 poly(méthylméthacrylate) (PMMA), de préférence le PMMA. Dans une seconde variante préférée du procédé de l'invention, le substrat est un matériau à bas coût, de préférence choisi parmi un métal, du verre et du papier. De préférence, dans toutes les variantes du procédé de l'invention, le 30 le support est en un sel de métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi les sels chlorures, bromures, fluorures, iodures, oxydes, hydroxydes et carbonates, un métal alcalin ou alcalino terreux choisi parmi le magnésium, le sodium et le potassium.
3027155 4 De préférence le support est en NaC1 ou KC1. Le plus préférablement le support est en NaCl. Egalement, dans toutes les variantes du procédé de l'invention, le matériau de la couche diélectrique est choisi parmi A1203 et SiO2.
5 Toujours dans toutes les variantes du procédé de l'invention, la couche active est en un matériau choisi parmi le graphène, les nanotubes de carbone de préférence monoparois, le silicium, le germanium, les alliages de silicium et de germanium, le carbure de silicium et les matériaux semi-conducteurs organiques choisis par le tétracène, l'anthracène, le polythiophène, le poly(3-hexylthiophène) 10 (P 3 HT), le poly [N-9' -heptadecany1-2,7-carbazo le-alt-5 ,5 -(4,7)-di-2-thiényl- 2' ,1 ',3 'benzothidiazole] (PCDTBT), le poly[2-méthoxy-5-(3,7-diméthyloctyloxy)-1,4- phénylène-vinylène] (MDMO-PPV), le po ly [2-méthoxy-5 -(2-éthyl-hexyloxy)- 1,4- phénylène-vinylène] (MEH-PPV), le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT), le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) : poly(styrène sulfonate) (PEDOT :PSS), les 15 fullerènes, le [6,6]-phényl-C61-butyrate de méthyle (PCBM), le polytoxa-1,4- phénylène-( 1 -cyano- 1 ,2-vinylène)-(2-méthoxy-5-(3 ,7-diméthyloctyloxy)- 1 ,4 - phénylène)-1,2-(2-cyanovinylène)-1,4-phénylène] (PCNEPV), le polyfluorène et le poly(styrène sulfonate) (PSS). Mais dans un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré du 20 procédé de l'invention, la couche active est en nanotubes de carbone monoparois. Dans ce cas, la couche active de nanotubes de carbone peut être obtenue par formation d'un réseau percolant de nanotubes de carbone formé à partir de nanotubes de carbone préparés séparément. Mais, de préférence, la couche active de nanotubes de carbone est 25 obtenue par croissance des nanotubes de carbone directement sur la surface du support lorsque l'étape b) n'est pas mise en oeuvre, ou directement sur la surface libre de la couche en un matériau diélectrique lorsque l'étape b) est mise en oeuvre. Toujours de préférence, le dispositif électronique fabriqué par le procédé de l'invention est un transistor.
30 Encore de préférence, le dispositif électronique fabriqué par le procédé de l'invention est un capteur comprenant des électrodes, auquel le procédé de 3027155 5 l'invention comprend de plus, après l'étape f), une étape de fonctionnalisation des électrodes avec les substances voulues. Aussi de préférence, le dispositif électronique fabriqué par le procédé de l'invention est un inverseur.
5 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui suit et qui faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure I représente schématiquement un transistor, comprenant un substrat flexible, obtenu par un procédé de l'art antérieur, 10 - la figure 2 représente schématiquement un transistor obtenu par le procédé de l'invention, avant l'étape f) du procédé de l'invention, - la figure 3 représente un transistor, obtenu par le procédé de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement les différentes étapes de 15 synthèse des nanotubes de carbone, selon un mode particulièrement avantageux du procédé de l'invention, - la figure 5 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un transistor à grille basse (bottom-gate) par lithographie selon le procédé de l'invention, 20 - la figure 6 représente les différentes étapes de fabrication d'un transistor à grille haute par lithographie selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 7 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un inverseur sans couche en un matériau diélectrique entre le support et 25 la couche active, selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 8 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un inverseur avec une couche en un matériau diélectrique entre le support et la couche active, selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l' invention, 30 - la figure 9 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un transistor à grille basse par impression jet d'encre selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, 3027155 6 - la figure 10 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un transistor à grille basse par impression jet d'encre selon un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, - la figure 11 représente schématiquement les différentes étapes de 5 fabrication d'un transistor à grille haute par impression jet d'encre selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, et - la figure 12 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un inverseur par impression jet d'encre selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention.
10 Le procédé de fabrication d'un transistor sur substrat flexible selon l'art antérieur va être décrit en référence à la figure 1 annexée. Les différentes étapes de ce procédé de fabrication sont les suivantes. Un substrat flexible en PET, noté 100 en figure 1 est collé sur une 15 face d'un support rigide, noté 500 en figure 1, par exemple en métal, muni sur une grille, notée 401 en figure 1, est formé sur la face opposée du substrat 100. Ensuite, sur la surface du substrat flexible 100 sur laquelle est positionnée la grille 401, est formée une couche active, notée 300 en figure 1, en un matériau semi-conducteur. Il peut s'agir d'une couche en nanotubes de carbone 20 formant un réseau percolant. Ces nanotubes de carbone ont été préalablement mis à croître sur un substrat différent et transférés sur la surface du substrat 100. Puis, sur la surface libre de la couche active 300, sont formées les électrodes source et drain, notées respectivement 402 et 403 en figure 1. Enfin, une couche, notée 600 en figure 1, en un matériau protecteur 25 isolant est déposée sur toute la surface libre de la couche 300 et sur les électrodes source et drain 402 et 403. Cette couche 600 peut être, par exemple, en polyméthylméthacrylate (PMMA). Ainsi, dans les procédés de l'art antérieur, lorsqu'on utilise un substrat flexible tel qu'un substrat en un matériau comprenant une partie organique, 30 tel qu'un polymère, etc...ou en papier, ou encore en un substrat à bas coût tel que du verre ou du papier (qui est à la fois flexible et à bas coût), le dépôt des différents 3027155 7 composants du dispositif électronique se fait sur le substrat final voulu du dispositif électronique. En contraste, dans le procédé de l'invention, la couche formant le substrat n'est déposée qu'au final, après la formation de différents composants du 5 dispositif électronique (couche active, électrode source, drain, grille haute ou basse etc...), la formation de cette couche active et de ses différents composants se faisant sur un support qui sera ensuite éliminé. Plus précisément, et comme montré en figures 2 et 3, la première étape du procédé de l'invention consiste en la fourniture d'un support, noté 10 en 10 figures 2 et 3, ce support étant ensuite destiné à être éliminé. Ce support est de préférence en un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux. En effet, cela permet de l'éliminer facilement par simple dissolution. De plus, avec de tels matériaux la rigidité et la planéité souhaitées peuvent être facilement obtenues. Il s'agit de plus, de matériaux ayant un faible coût.
15 Les sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux pouvant être utilisés sont tous les sels tels que les sels chlorures, bromures, fluorures, iodures, carbonates, oxydes ou hydroxydes, de métaux alcalins ou alcalino-terreux tels que le magnésium, le sodium, le potassium. De préférence, le support 10 est en chlorure de sodium (NaCI) ou en 20 chlorure de potassium (KC1). Le plus préférablement, le support 10 est en chlorure de sodium. La seconde étape du procédé de l'invention est une étape optionnelle de dépôt sur une face du support 10 d'une couche, notée 2 en figures 2 et 3, en un matériau diélectrique. Cette couche sert à isoler le support 10 des couches qui seront 25 ensuite déposées ou formées sur ce support 10. Les matériaux diélectriques utilisables pour former cette couche 2 sont tous matériaux diélectriques connus de l'homme de l'art. Plus préférablement, il s'agira d'alumine (A1203) ou de silice (SiO2). Le plus préférablement, la couche en matériau diélectrique 2 sera en 30 silice. La seconde étape (si l'étape de dépôt de la couche 2 n'est pas réalisée) ou la troisième étape (si l'étape de dépôt de la couche en matériau 3027155 8 diélectrique est effectuée) du procédé de l'invention est une étape de dépôt d'une couche active, notée 3 en figures 2 et 3, en un matériau semi-conducteur. Cette couche pourra être en tout matériau semi-conducteur voulu tel que le silicium, le carbure de silicium, les alliages de silicium et de germanium, le 5 germanium, les différentes formes de carbone telles que le graphène et les nanotubes de carbone mono- ou multi-parois, le tétracène, l'anthracène, les fullerènes ou encore des polymères semi-conducteurs organiques tels que le polythiophène, le poly(3- hexylthiophène) (P3HT), le poly[N-9'-heptadecany1-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7)-di-2- thiényl-2',1',3 'benzothidiazole] (PCDTBT), le poly[2-méthoxy-5-(3,7- 10 diméthyloctyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (MDMO-PPV), le poly[2-méthoxy-5-(2- éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (MEH-PPV), le poly(3,4- éthylènedioxythiophène) (PEDOT), le po ly(3 ,4- éthylènedioxythiophène) : poly(styrène sulfonate) (PEDOT :PSS), les fullerènes, le [6,6]-phényl-C61-butyrate de méthyle (PCBM), le poly[oxa-1,4-phénylène-(1-eyano-1,2-vinylène)-(2-méthoxy-5- 15 (3 ,7- diméthylo ctyloxy)-1,4-phényl ène)-1,2-(2-cyanovinylène)-1,4-phénylènei (PCNEPV), le polyfluorène, le poly(styrène sulfonate) (PSS). Dans l'invention, il est particulièrement avantageux de former une couche en nanotubes de carbone monoparois. En effet, il est possible, dans un mode particulièrement préféré du 20 procédé de l'invention, de mettre à croître directement, sur le substrat 10 ou sur la couche 2, selon que l'étape de dépôt de la couche 2 est mise en oeuvre ou non, les nanotubes de carbone, ce qui permet d'obtenir des nanotubes de carbone alignés et n'ayant pas été coupés lors de leur transfert comme cela se produit dans le cas de l'art antérieur.
25 Cela améliore fortement les propriétés globales du dispositif électronique ainsi obtenues. Cependant, les nanotubes de carbone peuvent également être transférés, après avoir été mis à croître sur un substrat séparé, pour former un réseau percolant.
30 Lorsque les nanotubes de carbone sont mis à croître directement sur le support 10 ou la couche 2, le procédé de croissance est effectué comme schématiquement représenté en figure 4.
3027155 9 Au cours d'une première étape, les surfaces du support (10) (sel) ou de la couche 2 (sel) avec une couche d'isolant) sont fonctionnalisées par des groupements organiques coordinants (pyridines), obtenus par silanisation (figure 4 étape 1). Les silanes utilisés sont présenté ci-dessous : OMe Si- Ohne OMe Ces surfaces seront ensuite utilisées pour le dépôt par autoassemblage d'une couche monomoléculaire d'un (ou plusieurs) complexe(s) métallique(s) (ex : Fe, Ru, Co...) (figure 4, étape 2). La pyrolyse (sous hydrogène) contrôlée de cette couche auto-assemblée de complexes métalliques peilnet ensuite de 10 les convertir en nanoparticules métalliques de catalyseurs (figure 4, étape 3). Le contrôle de la densité de métal sur la surface ainsi que leur diamètre est donné d'une part par la surface géométrique du ligand utilisé (permettra l'échange entre le groupe terminal pyridine de la molécule de silane et le complexe métallique déposé par auto-assemblage), et d'autre part par le nombre de sites de greffage présents sur la surface.
15 Ceci permettra par conséquent, d'obtenir un tapis dilués de NTCs sur la surface. Les surfaces non fonctionnalisées ne présentent aucun dépôt métallique. L'avantage de cette approche est le contrôle de la densité et la position de catalyseur sur la surface, des caractéristiques qui se posent lorsque l'intégration des nanomatériaux dans des dispositifs est envisagée. Après cette étape, les nanotubes de 20 carbone seront synthétisés par dépôt chimique à phase vapeur assisté par filament chaud (HFCVD sous hydrogène et méthane) (figure 4 étape 4). Bien entendu, pour former le dispositif voulu il est nécessaire de former préalablement différents composants du dispositif électronique, sur le support 10, ou la couche 2, avant l'étape de formation de la couche 3, cela est effectué.
25 En effet, l'étape suivante du procédé de l'invention est la formation des différents composants du dispositif sur et/ou sous la couche 3. Enfin une couche de protection, notée 5 en figures 2 et 3 est déposée sur l'empilement de couches obtenues, cette couche de protection étant en le matériau M voulu pour former le substrat 1 du dispositif électronique. - Br 1- 5 OMe si \ - OMe OMe Et3N 3027155 10 Ainsi, cette couche 5 peut être en un matériau flexible tel qu'une feuille de papier, un polymère tel que le polyimide, le polyéthylènetéréphtalate (PET), le polyéthylènenaphtalate (PEN), le polychlorure de vinyle, ou le poly(méthylméthacrylate) (PMMA), ou encore un matériau à bas coût tel que, à 5 nouveau, une feuille de papier ou du verre ou du métal. La dernière étape du procédé de l'invention est alors d'éliminer le support 10 et on obtient le dispositif électronique montré en figure 3 par retournement de la structure obtenue. Ce dispositif comprend le substrat flexible 1 et la couche active 3, en particulier en nanotubes de carbone monoparois.
10 On comprendra aisément que, bien que le procédé de l'invention soit particulièrement avantageux lorsqu'on veut former un dispositif électronique ayant un substrat flexible ou en un matériau à bas coût ne supportant pas des températures élevées de synthèse, il peut également être utilisé avec tout type de substrats autres, tels qu'une tranche (wafer) de silicium, etc...
15 En effet, le point essentiel du procédé de l'invention est la formation des différentes couches et composants du dispositif électronique sur un support qui est ensuite éliminé et la formation du substrat en dernière étape, ce qui permet non seulement de mettre à croître in situ directement les nanotubes de carbone, sans procéder au transfert à partir d'un substrat différent, mais également d'utiliser toutes 20 les méthodes voulues de formation des différents composants du dispositif électronique. Ainsi, pour former les différents composants du dispositif électronique, notés 4 dans les figures 2 et 3, on pourra utiliser toutes les méthodes voulues telles que l'impression par jet d'encre, par lithographie, par gravure, 25 etc...sans avoir à se préoccuper de la température de déformation du substrat. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs exemples de mise en oeuvre. Exemple 1 : Fabrication d'un transistor à grille basse (transitor 30 bottom-gate) 1) Fourniture d'un support 10 en NaCl. Il pourra également être en KCI (étape a)) du procédé de l'invention). Ce support est à bas coût et écologique. 3027155 11 2) Les nanotubes de carbone monoparois (SWNTs) (la couche 3 semi-conductrice active) sont synthétisés par la méthode décrite précédemment (étape c)) du procédé de l'invention). 3) Les électrodes (portant respectivement les noms de drain(D), de 5 source (S) et de grille (G)) (les composants 4) sont formées par lithographie standard (enrésinement, puis l'insolation de l'échantillon à travers un premier masque de lithographie, évaporation de métal, lift-off). Elles pourront également être formées par des méthodes beaucoup plus simples, moins couteuse, réalisés à température ambiante et pression atmosphérique comme la lithographie UV (Ultraviolet). L'écartement entre 10 l'électrode drain et l'électrode source est de l'ordre de 1 à 20 prn et la largeur des électrodes est de l'ordre de quelques microns à quelques millimètres. A cette étape l'espacement entre les électrodes (drain et source) est de préférence choisi afin d'éviter la probabilité d'avoir des percolations entre les nanotubes de carbone, c'est-à-dire d'avoir exclusivement des nanotubes de carbone qui interconnectent directement 15 les électrodes. L'épaisseur de D, S et G est la même (quelques nm à quelques dizaines de nm) pour avoir ainsi un dépôt uniforme de diélectrique par la suite. 4) Le dépôt d'une couche 2 en un matériau diélectrique (SiO2) qui sert à isoler les nanotubes de carbone de la grille est effectué. L'épaisseur de la couche 2 dans cette étape est de préférence de quelques nanomètres à quelques centaines de 20 nanomètres pour avoir des transistors perfoiniants car l'utilisation des épaisseurs plus importantes nécessite l'application d'une forte tension pour ne récolter qu'un faible courant. 5) Afin d'ouvrir une fenêtre qui donnera accès au contact de grille, une gravure sèche ionique réactive de la surface par plasma (ex : par oxygène) ou 25 humide est effectuée. Cette opération est effectuée à l'aide d'un deuxième masque. 6) Le dépôt de la grille est effectué à l'aide d'un troisième masque. 7) Un deuxième isolant est déposé par évaporation. Pour rendre la surface uniforme un polissage mécanique sera réalisé, cette couche sert comme une couche d'accrochage/collage de substrat 1 de transfert final, par exemple le verre 30 (étape e) du procédé de l'invention). Les étapes 3) à 6) ci-dessus correspondent à l'étape d) du procédé de l' invention. 3027155 12 8) Dissolution du support 10 de synthèse (étape f) du procédé de l'invention). 9) Après la dissolution, une étape de connexion des électrodes est réalisée par un quatrième masque.
5 Il apparaît à l'évidence qu'un substrat 1 de transfert pourra également être déposé uniformément sur toute la surface des dispositifs électroniques obtenus par le procédé de l'invention par : - spin-coating dans le cas d'un substrat en un matériau comprenant une partie organique, tel que le PMMA, 10 - évaporation dans le cas d'un métal. Exemple 2: Fabrication d'un transistor à grille basse par lithographie. Les différentes étapes de fabrication sont présentées 15 schématiquement en figure 5. 1) Fourniture d'un support 10 en KCl (étape a) du procédé de l'invention). 2) Dépôt d'une couche 2 en A1203 par évaporation sur le support 10 (étape b) du procédé de l'invention). 20 3) Ouverture de fenêtres, par gravure plasma, qui déterminent l'emplacement et la taille respectifs des électrodes (drain, source et grille) à l'aide d'un premier masque (étape d) du procédé de l'invention). 4) Synthèse de nanotubes de carbone monoparois (SWNTs) (étape e) du procédé de l'invention). 25 5) Dépôt des électrodes (drain, source et grille) de même épaisseur avec un deuxième masque. 6) Evaporation d'un deuxième matériau diélectrique tel que A1203 ou SiO2. 7) Ouverture d'une fenêtre, par une deuxième gravure plasma (ex : 30 par oxygène), qui donnera accès au contact de grille. Cette opération sera effectuée à l'aide d'un troisième masque. 8) Dépôt de la grille à l'aide d'un quatrième masque.
3027155 13 Les étapes 5) à 8) ci-dessus forment, en combinaison avec l'étape 3) ci-dessus, l'étape d) du procédé de l'invention. 9) Dépôt d'un troisième matériau isolant, qui sert comme une couche d'accrochage, par évaporation suivie d'un polissage mécanique pour rendre la 5 surface uniforme. 10) Dépôt du substrat de transfert uniformément sur toute la surface soit par : - spin-coating dans le cas de plastique (ex PMMA). - collage dans le cas de verre. 10 - évaporation dans le cas de métal (étape e) du procédé de l'invention). 11) Dissolution du support 10 de synthèse (étape f) du procédé de l'invention). 12) Connexion des électrodes par un cinquième masque.
15 Exemple 3 : Fabrication d'un transistor à grille haute (transistor top-gate) par lithographie. Les différentes étapes de fabrication sont montrées schématiquement en figure 6. 20 1) Fourniture d'un support 10 en KC1 ou NaCl comme substrat de synthèse. 2) Evaporation d'un premier matériau diélectrique (couche 2). Cette couche 2 servira par la suite comme un isolant de NTCs et de la grille. 3) Délimitation de l'emplacement et de la taille des électrodes (drain 25 et source), par gravure plasma sèche ou humide. Dans cette étape on choisit la distance entre les électrodes drain et source de telle façon que les NTCs s'interconnectent directement avec les électrodes. Cette étape est réalisée par lithographie classique avec un premier niveau de masquage. 4) Synthèse de nanotubes de carbone (couche 3). 30 5) Dépôt des électrodes (drain et source ; à l'aide d'une deuxième étape masquage) par évaporation. 3027155 14 6) Evaporation d'un deuxième matériau diélectrique, ce dernier sert comme une couche d'accrochage de substrat de transfert. Après cette étape, un polissage mécanique sera effectué pour rendre ainsi la surface uniforme. 7) Dépôt du substrat I de transfert (plastique, verre, métal...). 5 8) Dissolution du support 10 de synthèse. 9) Evaporation de la grille par un troisième masque. Après cette étape une étape connexion des électrodes par un quatrième masquage est nécessaire. Exemple 4 : Fabrication d'un transistor à grille haute.
10 On procède comme à l'exemple 3 sauf que les électrodes source et drain sont fonctionnalisées avec du poly(éthyle imine) (PEI) avant l'étape 6. Cette fonctionnalisation permet de passer d'un transistor à comportement de type "p" à un transistor à comportement de type "n" ou pour réaliser un transistor ambipolaire.
15 Exemple 5 : Fabrication d'un transistor à grille haute. On procède comme à l'exemple 3 sauf qu'avant l'étape 6) on choisit le métal de l'électrode pour obtenir un travail de sortie proche de celui obtenu avec des nanotubes de carbone. En théorie, tous les métaux peuvent être utilisés mais le métal 20 préféré est le palladium car il présente des propriétés élevées d'injection des charges, une grande résistance à la corrosion, etc... Exemple 6 : Fabrication d'un transistor à grille haute. On procède comme à l'exemple 3 sauf qu'avant l'étape 6, une étape 25 de dépôt localisé d'un composé tel que du potassium est effectuée. A cet exemple, au lieu de mettre en oeuvre une évaporation du métal (ici le potassium) sur une grande surface avec un évaporateur, on procède à un dépôt localisé de ce métal, par impression à jet d'encre.
30 Exemple 7 : Fabrication d'un capteur. On procède comme à l'exemple I sauf que l'on met en oeuvre une étape supplémentaire de fonctionnalisation de la surface des électrodes par les 3027155 15 substances chimiques voulues (celles destinées à détecter et/ou quantifier le composé voulu) après l'étape 9) de dissolution du support 10. Exemple 8: Fabrication d'un inverseur sans couche 2 en un 5 matériau diélectrique. Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 7. 1) Fourniture d'un support 10 en NaCI comme substrat de synthèse. 2) Synthèse de nanotubes de carbone (couche 3). 10 3) Evaporation des électrodes (Drain et Source) des deux transistors, de plot de Viti et de plot de la grille à l'aide d'un premier masque (couche 4). 4) Evaporation d'un premier matériau diélectrique. 5) Ouverture d'une fenêtre, par une gravure plasma (ex : par oxygène), qui donnera accès au contact de grille. Cette opération est effectuée à l'aide 15 d'un deuxième masque. 6) Dépôt de la grille et du plot Vin à l'aide d'un troisième masque. 7) Evaporation d'un deuxième matériau diélectrique. Ce dernier sert comme une couche d'accrochage sur le substrat I de transfert. Après cette étape, un polissage mécanique est effectué pour rendre ainsi la surface uniforme. 20 8) Dépôt du substrat 1 de transfert (plastique, verre, métal...) 9) Dissolution du support 10 de synthèse. 10) Fonctionnalisation de l'un des deux transistors. 11) Connexion des électrodes.
25 Exemple 9: Fabrication d'un inverseur avec couche 2 en un matériau diélectrique. Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 8. 1) Fourniture d'un support 10 en KC1 ou NaC1 comme substrat de 30 synthèse. 2) Dépôt de diélectrique (A1203 ou Si02...) par évaporation sur le support 10. 3027155 16 3) Ouverture de fenêtres (S, D Vin et Vout) par une gravure plasma (ex : par oxygène). Cette opération est effectuée à l'aide d'un premier masque. 4) Synthèse des nanotubes de carbone (couche 3). 5) Evaporation des électrodes (drain et source) des deux transistors, 5 de plot de Vin et de plot de la grille à l'aide d'un deuxième masque ou fonctionnalisation d'un des deux transistors (couche 4). 6) Evaporation d'un deuxième matériau diélectrique. Après cette étape, un polissage mécanique est effectué pour rendre la surface uniforme, 7) Dépôt du substrat 1 de transfert (plastique, verre, métal...). 10 8) Dissolution de support 10 de synthèse, suivie par une étape de connexion des électrodes. Exemple 10: Fabrication d'un transistor à grille basse par impression jet d'encre.
15 Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 9. 1) Fourniture d'un support 10 en KC1 ou NaCl. 2) Synthèse de nanotubes de carbone monoparois (SWNTs) (couche 3). 20 3) Dépôt localisé des électrodes (drain et source). 4) Dépôt localisé du premier diélectrique (ex : A1203 ou SiO2). 5) Dépôt localisé de la grille. Les étapes 3), 4) et 5) ci-dessus correspondent à l'étape d) du procédé de l'invention. 25 6) Dépôt d'un deuxième matériau diélectrique ou plastique, par exemple de poly(méthyle méthacrylate) (PMMA), par exemple par dépôt à la tournette (spin coating, en anglais). Cette couche sert par la suite comme une couche d'accrochage du substrat 1 de transfert, puis un polissage mécanique pour rendre la surface uniforme. 30 7) Le dépôt du substrat 1 de transfert uniformément sur toute la surface est réalisé soit par : - spin-coating dans le cas de plastique (ex : PMMA). 3027155 17 - collage dans le cas de verre ou autre substrat. - évaporation dans le cas de métal. 8) Dissolution du support 10 de synthèse, suivie d'une étape de connexion des électrodes.
5 Exemple 11 Fabrication d'un transistor à grille basse. On procède comme à l'exemple 10. Ainsi, on procède aux étapes suivantes : 1) Fourniture d'un support 10 en KCl ou NaCl. 10 2) Dépôt d'un matériau diélectrique avec trois zones, correspondant respectivement aux zones voulues pour le dépôt des électrodes drain et source et de la grille, sans matériau diélectrique. 3) Synthèse des nanotubes de carbone monoparois (SWNTs). 4) Dépôt des électrodes drain et source dans les zones non 15 recouvertes de matériau diélectrique à l'étape 2). 5) Dépôt localisé d'un matériau diélectrique, tel que A1203 ou Si02, entre les deux électrodes déposées à l'étape 4). 6) Dépôt de la grille dans la troisième zone non recouverte de matériau diélectrique à l'étape 2). 20 7) Dépôt localisé d'un matériau diélectrique différent d'un matériau diélectrique déposé à l'étape 5), suivi d'un polissage mécanique pour rendre la surface uniforme. 8) Dépôt du substrat de transfert, uniformément, sur toute la surface par : 25 - Dépôt à la tournette (Spin-coating, en anglais) dans le cas d'un plastique tel que le PMMA. - Collage dans le cas de verre, papier, ou autre. - Evaporation dans le cas d'un métal. 9) Dissolution du support 10 en KC1 ou NaCI, et 30 10) Connexion des électrodes.
3027155 18 Exemple 12: Fabrication d'un transistor à grille basse. Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 10. 1) Fourniture d'un support 10 en KCI ou NaCl. 2) Dépôt localisé de trois zones (correspondant aux emplacement 5 des électrodes D, S et G) en un matériau diélectrique (couche 2). 3) Synthèse de nanotubes de carbone monoparois (SWNTCs) (couche 3). 4) Dépôt localisé des électrodes (drain et source). 5) Dépôt localisé du premier matériau diélectrique (ex : A1203 ou 10 SiO2) entre les deux électrodes. Les étapes 4) et 5) correspondent à l'étape d) du procédé de 1' invention. 6) Dépôt d'un deuxième matériau diélectrique, suivi d'un polissage mécanique pour rendre la surface uniforme. 15 7) Le dépôt du substrat 1 de transfert uniformément sur toute la surface est effectué soit par : - spin-coating dans le cas de plastique (ex : PMMA). - collage dans le cas de verre ou autre substrat. - évaporation dans le cas de métal. 20 8) Dissolution de support 10 de synthèse, suivie d'une étape de connexion des électrodes. Exemple 13 : Fabrication d'un transistor à grille haute. Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 11. 25 1) Fourniture d'un support 10 en KCI ou NaCI comme substrat de synthèse. 2) Synthèse de nanotubes de carbone (couche 3). 3) Dépôt localisé des électrodes (drain et source) (étape d) du procédé de l'invention). 30 4) Dépôt d'un deuxième matériau diélectrique, ce dernier sert comme une couche d'accrochage sur le substrat 1 de transfert. Après cette étape, un polissage mécanique est effectué pour rendre la surface uniforme. 3027155 19 5) Dépôt du substrat 1 de transfert (plastique, verre, métal...) 6) Dissolution du support 10 de synthèse. 7) Dépôt d'une couche localisée du premier matériau diélectrique, ce dernier servira par la suite comme un isolant des NTCs et de la grille. 5 8) Dépôt localisé de la grille. 9) Connexion des électrodes. Exemple 14 Fabrication d'un transistor à grille basse. On procède comme à l'exemple 10 sauf que l'on met en oeuvre une 10 étape supplémentaire de fonctionnalisation des NTC après l'étape 8) de dissolution du support 10 de synthèse. Exemple 15 : Fabrication d'un transistor à grille haute. On procède comme à l'exemple 13 sauf que l'on procède à une 15 étape supplémentaire de fonctionnalisation des NTC, après l'étape 2) de synthèse de nanotubes de carbone monoparois (S WNTs). Cette fonctionnalisation est effectuée pour rendre le transistor sensible à une molécule, un élément ou un composé précis (rendre le capteur sélectif). Ainsi, la fonctionnalisation sera effectuée avec une molécule chimique permettant de 20 détecter le(s) composé(s) voulu(s). Exemple 16 : Fabrication d'un capteur. On procède comme à l'exemple 10 sauf que l'on met en oeuvre une étape supplémentaire de fonctionnalisation des NTC à l'étape 8).
25 Cette fonctionnalisation est effectuée dans le même but que le transistor de l'exemple 15. Exemple 17 : Fabrication d'un inverseur. Les différentes étapes de cette fabrication sont schématiquement représentées en figure 12. 30 1) Fourniture d'un support 10 en KC1 ou NaC1 comme substrat de synthèse. 2) Synthèse de nanotubes de carbone (couche 3). 3027155 20 3) Dépôt localisé des électrodes (drain et source) des deux transistors et le plot de Vous. 4) Dépôt localisé du premier matériau diélectrique, électrode de grille et plot Vin.
5 Les étapes 2) et 3) correspondent à l'étape d) du procédé de l'invention. 5) Dépôt localisé du deuxième matériau diélectrique, ce dernier sert comme une couche d'accrochage sur le substrat 1 de transfert. Après cette étape, un polissage mécanique est effectué pour rendre la surface uniforme. 10 6) Dépôt du substrat 1 de transfert (plastique, verre, métal...) 7) Dissolution du support 10 de synthèse. 8) Fonctionnalisation de l'un des deux transistors suivie par une étape de connexion des électrodes.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique comprenant : - un substrat (1) en un matériau M, et - une couche active (3) en un matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) fourniture d'un support (10) en un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux, b) optionnellement, dépôt sur une face du support (10) d'une couche (2) en un matériau diélectrique, c) formation sur une surface du support (10) lorsque l'étape b) n'est pas mise en oeuvre, ou sur la surface libre de la couche (2) lorsque l'étape b) est mise en oeuvre, d'une couche active (3) en un matériau semi-conducteur, d) formation des différents composants (4) du dispositif électronique sur et/ou sous la couche (3), e) dépôt d'une couche de protection (5) sur l'empilement obtenu à l'étape d) de couches et des différents composants du dispositif électronique, cette couche de protection (5) étant en le matériau M voulu pour le substrat (1), et f) élimination du support (10).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau M est en un matériau flexible, en particulier, comprenant une partie organique, de préférence choisi parmi le polyimide, le polyéthylènetéréphtalate (PET), le polyéthylènenaphtalate (PEN), le polychlorure de vinyle, et le poly(méthylméthacrylate) (PMMA), de préférence le PMMA.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (1) est un matériau à bas coût, de préférence choisi parmi un métal, du verre et du papier.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (10) est en un sel de métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi les sels chlorures, bromures, fluorures, iodures, oxydes, hydroxydes et carbonates, un métal alcalin ou alcalino terreux choisi parmi le magnésium, le sodium 3027155 22 et le potassium, de préférence le support (10) est en NaCI ou KC1, le plus préférablement le support (10) est en NaCl.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (2) est en un matériau diélectrique choisi parmi A1203 5 et Si02.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche active (3) est en un matériau choisi parmi le graphène, les nanotubes de carbone, de préférence monoparois, le silicium, le germanium, les alliages de silicium et de germanium, le carbure de silicium et les matériaux semi- 10 conducteurs organiques choisis par le tétracène, l'anthracène, le polythiophène, le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), le poly[N-9'-heptadecany1-2,7-carbazole-alt-5,5- (4,7)-di-2-thiényl-2',1',3'benzothidiazole] (PCDTBT), le poly[2-méthoxy-5-(3,7- diméthyloctyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (MDMO-PPV), le poly[2-méthoxy-5-(2- éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinyl ène] (MEH-PPV), le poly(3,4- 15 éthylènedioxythiophène) (PEDOT), le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) : poly(styrène sulfonate) (PEDOT :PSS), les fullerènes, le [6,6]-phényl-C61-butyrate de méthyle (PCBM), le p o ly [oxa-1,4-phénylène-(1-cyano-1,2-vinylène)-(2-méthoxy-5- (3 ,7-diméthyl o ctyloxy)-1,4-phényl ène)-1,2-(2-cyanovinylène)-1,4-phényl ènel (PCNEPV), le polyfluorène et le poly(styrène sulfonate) (PSS). 20
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche active (3) est en nanotubes de carbone monoparois.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche active (3) de nanotubes de carbone est obtenue par formation d'un réseau percolant de nanotubes de carbone formé à partir de nanotubes de carbone préparés séparément. 25
  9. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche active (3) de nanotubes de carbone est obtenue par croissance des nanotubes de carbone directement sur la surface du support (10) lorsque l'étape b) n'est pas mise en oeuvre, ou directement sur la surface libre de la couche (2) lorsque l'étape b) est mise en oeuvre. 30
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif électronique est un transistor. 3027155 23
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif électronique est un capteur comprenant des électrodes et en ce qu'il comprend de plus, après l'étape f), une étape de fonctionnalisation des électrodes avec les substances voulues. 5
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif électronique est un inverseur. 10
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