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Prix de l'inventeur européen

Elvira Fortunato et Rodrigo Martins (Portugal)

Finalists du Prix Européen des inventeurs 2016

Elvira Maria Correia Fortunato  (top visual)

Vidéo:

Catégorie : Recherche

Secteur : Microprocesseurs

Société : Nouvelle Université de Lisbonne/YDreams

Brevets : EP2235741 EP2059810

Invention : Puces à base de papier

L'invention des transistors en papier par la scientifique portugaise Elvira Fortunato et Rodrigo Martins de la Nouvelle Université de Lisbonne offre une alternative plus économique et moins consommatrice d'énergie aux puces en silicium. Les applications dans la vie courante comprennent les biocapteurs, des emballages produits « intelligents », des étiquettes d'expédition en réseau et des panneaux animés.

Elvira Maria Correia Fortunato (side visual)L'ère numérique a constamment érodé le pouvoir du papier et de l'impression. Depuis les journaux et les livres jusqu'aux panneaux d'affichage et aux cartes de visite, le silicium a remplacé la cellulose à une vitesse à couper le souffle. Toutefois, il est peut-être trop tôt pour célébrer la fin du papier. Un ingénieux transistor en papier, développé par Elvira Fortunato et Rodrigo Martins, promet de propulser la technologie numérique dans une myriade de nouvelles applications. Alors que la technologie dans sa forme actuelle a peu de chances de supprimer totalement les puces en silicium, elle pourrait être la clé pour des applications où le silicium est trop onéreux et inefficace. Ses utilisations potentielles comprennent les étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) pour la gestion des expéditions et des stocks et la mise à jour automatique des billets d'avion, des cartes de visite et des étiquettes alimentaires.

Même si les ingénieurs électriques sont déjà parvenus à intégrer avec succès de l'électronique dans du papier, l'équipe rentre dans l'Histoire, car elle est la première à avoir réussi à incorporer du papier - ou, en termes scientifiques, de la cellulose - en tant que partie fonctionnelle du transistor. Cette découverte a été réalisée en habillant des parties du transistor en papier avec des oxydes inorganiques, créant ainsi le composant isolant normalement fabriqué en silicium ou dans un autre matériau inorganique.

Bénéfices pour la société

Les transistors conventionnels sont composés de silicium électronique, dont la production est un processus gaspilleur, avec un fort impact environnemental. Le processus est gaspilleur, car jusqu'à 80 % du silicium métallurgique naturel est perdu pendant la purification. Et l'impact est élevé à cause de l'utilisation de gaz à effet de serre, comme l'hexafluorure de soufre - le gaz à effet de serre le plus dangereux par molécule, car une seule tonne équivaut à 25 000 tonnes de CO2.  

Un changement pour des transistors en papier réduirait la charge environnementale du silicium et développerait le marché européen de la cellulose qui représente 30 % de la production mondiale totale. L'invention des puces en papier bon marché facilite également l'utilisation des étiquettes RFID sur des articles comme des paquets de nourriture sur les rayons des supermarchés ou dans les containers de transport - empêchant ainsi l'exposition aux aliments contaminés ou la perte d'articles en transit - actuellement limitée par le coût élevé des puces RFID en silicium.

Avantages économiques

En 2008, l'entreprise portugaise de réalité augmentée YDreams a protégé le nom Paper-e® pour les transistors en papier de Fortunato en tant que marque valide dans 14 pays. Créée en 2000 comme filiale de la Nouvelle Université de Lisbonne, YDreams est basée à Lisbonne, mais possède également des bureaux à Austin, USA, et Rio de Janeiro, Brésil, et compte 120 employés dans le monde. L'entreprise produit actuellement des prototypes avec la technologie des puces en papier, dont un billet d'avion à mise à jour automatique, et travaille sur l'entrée en bourse avec un financement officiel : le travail de Fortunato sur les oxydes inorganiques dans l'électronique a été retenu par le Conseil Européen de Recherche pour une bourse de 2,5 millions d'€ - la somme la plus importante attribuée à un scientifique portugais à ce jour.

Dans un avenir proche, le domaine le plus prometteur pour les transistors à base de cellulose est le marché de l'emballage intelligent électronique. Selon un rapport IDTechEx, la demande mondiale dans ce domaine se développera rapidement et passera de 26 millions d' € (30 millions USD) en 2012 à 1,51 milliard d'€ (1,7 milliard USD) d'ici 2022.

Ainsi, la microélectronique en papier jetable a le potentiel de créer une nouvelle catégorie sur le marché mondial lucratif des transistors. En 2014, Research and Markets a estimé le marché combiné des transistors bipolaires à porte isolée (IGBT) et des transistors à oxydes métalliques à effet de champ (MOSFET) à 4,21 milliards d'€ (4,785 milliards USD). Le marché devrait se développer à un taux de croissance annuel de 11,7%, à plus de 10,56 milliards d'€ (12 milliards USD) d'ici 2021.

  • Elvira Maria Correia Fortunato (gallery 1)

    Elvira Fortunato

  • Elvira Maria Correia Fortunato (gallery 2)

    Rodrigo Martins

  • Elvira Maria Correia Fortunato (gallery 3)

    Elvira Fortunato et Rodrigo Martins

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    Transistors en papier

  • Elvira Maria Correia Fortunato (gallery 5)

    Microélectronique à base de papier

  • Elvira Maria Correia Fortunato (gallery 6)

    Elvira Fortunato


Fonctionnement

Dans un transistor conventionnel, le silicium a deux fonctions : tout d'abord, dopé par de petites quantités d'autres composants chimiques, il agit comme un semiconducteur conduisant le flux d'électrons ; ensuite, en particulier lorsqu'il est chauffé pour créer du dioxyde de silicium, il agit comme un composant diélectrique ou un isolant et peut être utilisé pour stocker et bloquer du courant. Les deux composants sont nécessaires pour créer un transistor complet, et avant l'invention de Fortunato, les semi-conducteurs en papier semblaient impossibles.

L'invention résout le problème en habillant des feuilles de papier avec des semi-conducteurs composés d'oxydes de zinc, de gallium et d'indium, qui sont alors connectés grâce à une couche d'aluminium. Grâce au revêtement, le papier ne devient pas seulement le substrat du transistor, mais aussi une couche diélectrique - son composant isolant. Le « transistor en papier » qui en résulte n'est pas seulement bon marché et peu énergivore, il est également totalement recyclable. Puisque les matériaux peuvent être traités à température ambiante, au lieu des centaines de degrés normalement requis par le silicium, la production nécessite beaucoup moins d'énergie.

L’inventeur

Fan depuis son enfance des sagas de science-fiction de Jules Verne, Elvira Fortunato a commencé à étudier le monde de la microélectronique pendant son diplôme de Physique et de Science des matériaux à la Nouvelle Université de Lisbonne (UNL) en 1987. Après avoir rejoint le Centre de Recherche sur les Matériaux (CENIMAT) à l'UNL en tant que directrice en 1998, elle se concentre sur les applications d'oxydes inorganiques dans l'électronique, un domaine dans lequel elle figure parmi les meilleurs pionniers.

Au cours d'une carrière de recherche en microélectronique s'étalant sur plus de 30 ans, Fortunato a travaillé sur 7 brevets avec bourses et 50 brevets en cours. Ayant publié plus de 500 publications au cours des 10 dernières années, elle est l'avocate de la réduction du vide entre la recherche et l'industrie.

Elle est actuellement directrice de l'Institut des Nanomatériaux, de la Nanofabrication et de la Nanomodélisation au CENIMAT. Fortunato a reçu des distinctions comprenant le prix R&D Académique en électronique imprimée IDTechEx aux USA (2009) et le Prix européen de l'innovation féminine en Finlande (2011). En 2010, elle a été décorée Grand Officier de l'Ordre du Prince Henri le Navigateur par le président de la République du Portugal.

Le saviez-vous ?

Le papier n'est seulement la matière sur laquelle les billets sont imprimés, mais aussi un marché extrêmement lucratif : en 2014, le secteur mondial du manufacturing du textile, du bois, du caoutchouc, du plastique et du papier s'élevait à 4,95 milliards d'€ (5,45 milliards USD) - soit environ 7,2 % de l'économie mondiale cette année.

Au-delà d'une matière imprimée, le papier est actuellement une nouvelle matière tendance dans les applications comme les « bioplastiques ». Ces polymères organiques sont entièrement naturels, des composants de fabrication totalement compostable, pour une nouvelle génération de produits de consommation comme les haut-parleurs et les guitares. Mis sur le marché sous la marque Arboform, les bioplastiques ont remporté le Prix européen des Inventeurs en 2010. Ce qui pose la question : le papier sera-t-il encore sur le podium EIA en 2016 ?

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