Des solutions à base de graphène pour l’informatique de pointe
Le graphène est un matériau à base de carbone qui offre des propriétés exceptionnelles de résistance, de flexibilité, de transparence, d’absorption à large bande et de conductivité. Il présente un important potentiel pour le développement de l’électronique de nouvelle génération et de la photonique. Les dispositifs à base de graphène, par exemple, pourraient être plus rapides et plus légers que les dispositifs existants à base de silicium, de germanium et d’arséniure de gallium. La complexité de l’intégration et la modularité de la production pour répondre aux demandes commerciales ont toutefois constitué un défi majeur. Défi qui a jusqu’à présent limité l’applicabilité du graphène dans ce secteur industriel spécifique.
Les avantages des photodétecteurs à base de graphène
L’objectif du projet ULTRAPHO, financé par l’UE, était de répondre à ces préoccupations en démontrant la faisabilité et l’intérêt de la production d’un type de dispositif à base de graphène appelé photodétecteur. Il s’agit de capteurs à grande vitesse intégrés dans des dispositifs électroniques qui convertissent l’énergie photonique de la lumière en un signal électrique. «On trouve, par exemple, des photodétecteurs dans les centres de données», explique la coordinatrice du projet ULTRAPHO, Amaia Zurutuza, de Graphenea en Espagne. Un centre de données est un vaste ensemble de serveurs informatiques mis en réseau, généralement utilisés par des entreprises et des autorités pour le stockage, le traitement et la distribution à distance de grandes quantités de données. «C’est là que s’effectue toute la communication des données», ajoute Amaia Zurutuza. «Chaque fois que vous envoyez un e-mail, que vous utilisez Internet ou que vous regardez un film en ligne, vous utilisez des photodétecteurs.» L’un des principaux problèmes des centres de données est que l’ampleur des calculs effectués génère d’énormes quantités de chaleur. Ce qui exige d’énormes quantités d’énergie pour refroidir les serveurs. Concevoir des photodétecteurs à base de graphène pourrait constituer une solution à ce problème. «Le graphène est un matériau doté de propriétés optiques et électriques supérieures, qui pourrait être utilisé pour fabriquer des appareils extrêmement rapides générant beaucoup moins de chaleur», explique Amaia Zurutuza. «Cela pourrait changer la donne à l’avenir.»
Construit et testé à l’échelle industrielle
Le projet ULTRAPHO s’était fixé pour objectif de construire un photodétecteur à base de graphène, afin de démontrer la faisabilité du processus à l’échelle industrielle. Pour ce faire, le projet a créé un consortium de PME, chacune couvrant un domaine d’expertise spécifique. «La première étape a consisté à produire différents types de matériaux à base de graphène», explique Amaia Zurutuza. «Nous les avons produits à ce que nous appelons l’échelle de la plaquette, qui est celle qu’utilise l’industrie des semi-conducteurs. Ces plaquettes mesurent généralement 200 mm ou 300 mm. Nous avons développé des plaquettes de graphène d’une taille de 200 mm, ce qui correspond à l’échelle industrielle.» Nous avons ensuite traité le graphène et conçu un photodétecteur. Le prototype a ensuite été fabriqué et testé pour garantir sa compatibilité avec d’autres éléments électroniques critiques tels que les micropuces et les fibres optiques.
Commercialiser les nouveaux photodétecteurs
Le projet a permis de démontrer la faisabilité de la construction de photodétecteurs à base de graphène à l’échelle industrielle et de rapprocher la technologie de sa mise sur le marché. «Nous avons pu démontrer que c’était possible», ajoute Amaia Zurutuza. «Plusieurs années seront encore nécessaire pour amener la technologie à sa maturité, mais nous avons démontré que nous pouvions la développer à l’échelle industrielle, ce qui constitue un important premier pas.» La collaboration positive entre les quatre partenaires du projet a constitué une autre réussite majeure. Plusieurs partenaires ont poursuivi leur collaboration, dans le but de commercialiser à terme des photodétecteurs à base de graphène. «Nous avons également pu identifier d’autres fonctionnalités électroniques potentielles», explique Amaia Zurutuza. «Des modulateurs (qui contrôlent l’intensité de la lumière pour encoder des données) pourraient également être fabriqués à l’aide de graphène, cette découverte constitue encore un résultat intéressant du projet.»
Mots‑clés
ULTRAPHO, graphène, électronique, photodétecteurs, semi-conducteurs, ordinateur
