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Préparer les filières technologiques et industrielles de l’électronique organique imprimée

​Composants imprimés

Publié le 25 octobre 2016

Le Liten s’est investi depuis le milieu des années 2000 dans une activité de recherche et développement  sur  l’élaboration de composants électroniques par des techniques d’impression, sur substrats de grandes surfaces et flexibles. Cette technologie de rupture se différencie fondamentalement des technologies conventionnelles  à base de silicium. Les composants sont ici réalisés par impression de couches successives d’encres aux propriétés spécifiques – conductrices, isolantes, mais aussi semiconductrices ou ferroélectriques- sur des supports souples ou rigides. Les avantages sont considérables : cette filière permet de  produire des dispositifs électroniques souples, fins, conformables, qui peuvent s’intégrer sur tout type de support (plastique, papier, textile) et sur de grandes surfaces.  Cela permet une nette réduction des coûts de production et des dispositifs, et ouvre la voie à de nouvelles applications, en permettant à des surfaces non actives de devenir « intelligentes ».


Les premières applications visées par le Liten –en partenariat avec un industriel du textile – étaient l’électronique grand public et le packaging intelligent, en intégrant des capteurs imprimés (température, pression) et des circuits électroniques simples à base de transistors imprimés.  Une collaboration nouée avec la société Isorg a ensuite permis de développer une nouvelle filière technologique, celle des capteurs optiques (photodétecteurs) pour  divers marchés : interface homme machine sans contact, logistique, bâtiments intelligents, etc. Les surfaces sont « capables de vision » par impression de capteurs optiques permettant la détection d’objets ou de mouvements. Depuis, les applications de la santé (pathologies endémiques), du bien-être (cosmétique) et de la Silver Economy (suivi des personnes âgées à domicile), sont particulièrement explorées. Plusieurs projets de biocapteurs ont ainsi été lancés en partenariat avec le CEA Leti : capteur de lactate (activité musculaire), capteur de gaz carbonique (apnée du sommeil), capteur de glucose pour le diabète. Des prototypes ont été réalisés et des contacts sont en cours avec des industriels dans ces domaines d’applications. Le marché de l’Internet des objets est également très prometteur puisqu’il est appelé à intégrer tous types de capteurs- physiques, biologiques ou chimiques- des circuits à base de transistors imprimés, des antennes,  et composants UHF, tous réalisés  par impression et développés au LITEN.  Dans le domaine de l’ Energie, cela se traduit par l’ insertion de capteurs faible coût au cœur de piles à combustible (PEMFC) pour suivre en temps réel leur bon fonctionnement,  ou sur des batteries électriques pour surveiller certains paramètres critiques , comme l’ état de charge .


L’activité rassemble une trentaine de chercheurs répartis sur toute la chaîne de spécialités : matériaux, technologies d’impression, design des composants, caractérisation électrique et fiabilité des composants… Les travaux sont menés en laboratoire et sur la plateforme d’impression grande surface PICTIC du CEA, qui permet aux industriels de prototyper de nouveaux produits et de tester les équipements avant de réaliser leurs propres investissements. Elle joue un rôle clé en préparant les phases de transfert de technologies et d’industrialisation.


Toutes les projections mondiales concordent : l’électronique organique imprimée s’affirme comme un axe clé de croissance pour l’industrie de haute technologie dans les 20 prochaines années. Les enjeux sont donc considérables, avec un marché potentiel estimé à plus de 50 milliards de dollars à partir de 2020. Depuis plus de dix ans, le Liten prépare cette transition et se positionne comme l’un des cinq centres mondiaux les plus avancés dans ce domaine.

AVANTAGES

Préparer les futures applications de l’électronique organique imprimée

adoptées par l’industrie


  • Le faible coût des composants et des immobilisations en capital nécessaires à leur production, ce qui rend ces dispositifs particulièrement attractifs pour des PME ou des nouveaux entrants sur le marché.  Cela rend également possible leur développement dans un grand nombre d’applications du quotidien (Internet des objets, bio-capteurs jetables, etc.)
  • Les nouveaux usages rendus possibles par des grandes surfaces flexibles, conformables, « fonctionnalisées » grâce aux composants déposés par impression.
  • La possibilité d’associer plusieurs composants –capteurs physiques (température, pression, etc.), biocapteurs, antennes, transistors - sur les mêmes surfaces pour optimiser les fonctions disponibles.
  • L’adaptabilité de la technologie à de multiples supports (papier, plastique, textile…), avec des effets esthétiques possibles grâce à des dispositifs presque transparents.
  • Une faible empreinte environnementale grâce aux matériaux à base de carbone, aux procédés moins exigeants en énergie (mis en œuvre à faible température), aux économies de matière réalisées avec l’impression.
  • Une capacité à répondre à des enjeux sociétaux d’avenir (allongement de la durée de la vie, santé, confort, bien-être…).
PROJETS

De nombreux projets sont menés qui permettent de réaliser des avancées significatives dans l’état de l’art et de mettre au point de nouvelles applications pour les industriels.  


Projets FUI :

  • Printronics (2007-1010) : le Liten a développé à l’issue de ce projet des technologies imprimées pour les transistors (Sofileta), des composants passifs UHF (ST Tours), des PLED (diodes électroluminescentes polymères) destinées à l’interface homme machine (Schneider Electric).
  • Roxstar  (2012-2016) : technologies imprimées pour les photodétecteurs (Isorg), entrant notamment dans des applications santé (Trixell).
  • Sécurisport (2015-2018) : étude de fiabilité de capteurs de pression pour Footwear (FeetMe).
  • Armature (2015-2018) : antenne imprimée pour communication UHF(TPL)


​​Projets européens:

  •  Cosmic FP7  (2010-2013) : Développement de technologies imprimées de transistors CMOS et réalisation de circuits.
  • iFlexis FP7 (2013-2015) : Impression de détecteurs de rayons X (conversion directe). 
  • Atlass H2020 (2015-2018) : Impression de matrices de transistors de dimensions réduites pour applications de détection et de l’internet des objets. 
  • Happiness H2020 (2015-2018) : Impression de capteurs piezoélectriques pour applications haptiques. 
  • ​Lorix H2020 (2015-2018) : Technologie imprimée de photodétection par rayon X en grande surface et flexible.


Transferts technologiques:

  • Photodétecteurs imprimés pour ISORG
  • PLED imprimés (diodes électroluminescentes polymères) vers un industriel européen.
  • ​​Composants imprimés simples (résistances, capteurs...) vers des imprimeurs français (en cours).

 

REPÈRES

  • Une trentaine de chercheurs, techniciens, doctorants
  • Un portefeuille d’environ 80 brevets
  • Publications :


. A. Plihon, V. Fischer, F. Domingues Dos Santos, R. Gwoziecki, Printed Actuators made with Electroactive Polymers on Flexible Substrates, 9th IEEE International (2014)

. M. Benwadih, J. A. Chroboczek, G. Ghibaudo, R. Coppard, D. Vuillaume, Impact of dopant species on the interfacial trap density and mobility in amorphous In-X-Zn-O solution-processed thin-film transistors, Journal of Applied Physics (2014)

. S. Altazin, R. Clerc, R. Gwoziecki,  J.-M. Verilhac, D. Boudinet, G. Pananakakis, G. Ghibaudo, I. Chartier, R. Coppard, Physics of the frequency response of rectifying organic Schottky diodes, Journal of Applied Physics (2014).

. M. Benwadih, A. Aliane, S. Jacob, J. Bablet, R. Coppard, I. Chartier, Integration of a graphene ink as gate electrode for printed 4 organic complementary thin-film transistors, Organic Electronics (2013)

. S. Jacob, M. Benwadih, J. Bablet, I. Chartier1, R. Gwoziecki, S. Abdinia, E. Cantatore, L. Maddiona, F.Tramontana, G. Maiellaro, L. Mariucci, G. Palmisano, R. Coppard, High performance printed N and P-type OTFTs for complementary circuits on plastic substrate, IEEE (2012).

. A. Daami, C. Bory, M. Benwadih, S. Jacob, R. Gwoziecki, I. Chartier, R. Coppard, C. Serbutoviez, L. Maddiona, E. Fontana, A. Scuderi, Fully printed organic CMOS technology on plastic substrates for digital & analog applications, ISSCC (2011).

Pour en savoir plus

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  • Une trentaine de chercheurs, techniciens, doctorants
  • Un portefeuille d’environ 80 brevets
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