Les circuits origami 3D pourraient révolutionner la conception électronique

L'origami, l'art japonais bien connu du pliage du papier, génère des structures 3D complexes à partir de papier plat 2D. Même si la création d'un cygne en papier peut être intrigante, l'idée de créer des circuits 3D basés sur des principes de conception similaires est tout simplement ahurissante. Cette recherche aux allures de science-fiction est un projet que Jiwoong Park et ses collègues de l’Université de Chicago ont développé ces dernières années.

L'accent mis par Park sur la synthèse à grande échelle et la fabrication de dispositifs utilisant des matériaux ultra-fins a conduit à des améliorations des modèles 2D et à l'introduction de dispositifs 3D intégrés verticalement. Il présentera les détails de la construction de leur circuit et de ses applications potentielles lors du 64ème Symposium et exposition international AVS, qui se tiendra du 29 octobre au 29 novembre. 3 décembre 2017, à Tampa, en Floride.

En utilisant matériaux atomiquement minces, Park synthétise à grande échelle circuits intégrés qui peuvent être cousus ensemble latéralement pour former un module 2D. Dans son projet le plus récent, son équipe a intégré verticalement ces modules 2D pour produire des piles 3D.

Les circuits étaient traditionnellement développés à l’aide de plates-formes de substrat volumineuses, comme le silicium, et jusqu’à récemment, ils étaient incapables de fonctionner de manière indépendante. Les circuits basés uniquement sur des matériaux atomiquement minces libèrent la recherche de ces limitations conventionnelles. La combinaison de divers éléments de base ultra-minces permet également l'intégration de différentes propriétés électriques et thermiques au sein du même circuit, augmentant ainsi la fonctionnalité de manière exponentielle.

« Pour nos recherches, nous générons d’abord des particules atomiquement fines. papier avec différentes couleurs représentant différentes propriétés électriques, optiques ou thermiques. Nous les combinons dans le sens latéral, équivalent à une couture. Nous les empilons les uns sur les autres, ce qui constitue une intégration verticale. Ce faisant, nous essayons de développer des circuits intégrés à grande échelle et pleinement fonctionnels en utilisant ces matériaux atomiquement minces comme blocs de construction 2D ou papier couleur », a déclaré Park.

L'utilisation de ces ultra-minces matériaux, contrairement aux composants et ressources typiques, permet de réaliser un circuit plus petit, mais étonnamment pas microscopiquement petit et donc difficile à manipuler. Les ingrédients 2D sont assemblés de telle manière qu'ils peuvent être observés avec un simple microscope optique ou même à l'œil nu et peuvent être manipulés en conséquence.

Les applications potentielles de cette technologie sont également nombreuses. De la même manière que le pliage est applicable aux objets utilisés dans la vie quotidienne, tels que les parapluies ou les parachutes, intégré circuits serait capable de contenir une grande surface dans un volume relativement condensé. Les fonctionnalités dans ce contexte pourraient être appliquées à un ensemble diversifié de nouveaux appareils utilisant les capacités des circuits condensés.

« Ce qui nous intéresse, c'est de développer ce mécanisme qui consiste à prendre toutes ces surfaces et éléments de dispositif et à les plier dans des espaces restreints. À notre signal, nous voulons qu’ils se déploient sur de très grandes surfaces fonctionnelles », a déclaré Park.