Micro Systèmes n°49 janvier 1985
Micro Systèmes n°49 janvier 1985
  • Prix facial : 24 F

  • Parution : n°49 de janvier 1985

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : Société Parisienne d'Edition

  • Format : (203 x 271) mm

  • Nombre de pages : 198

  • Taille du fichier PDF : 137 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur l'ordinateur biologique.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Dossier out progrès de l'humanité a été marqué par la maîtrise de matériaux nouveaux. Le vingtième siècle a apporté la découverte des semi-conducteurs et, corrélativement, l'essor de l'ordinateur. Si le silicium est encore aujourd'hui le matériau le plus employé dans la fabrication des circuits intégrés, il commence à céder la place à d'autres matériaux, tels que l'arséniure de gallium, qui présentent certaines propriétés plus intéressantes, mais néanmoins limitées. Depuis quelque temps, les chercheurs se penchent sur une autre catégorie de matière qui n'est plus attachée à la chimie minérale  : les matériaux organiques et biologiques. Alors que la biologie utilise depuis longtemps les progrès de l'informatique — citons, entre autres, le traitement de l'information génétique, la reconnaissance de formes, l'interprétation de courbes obtenues par scanner, l'échotomographie, la résonance magnétique nucléaire, etc. —, à son tour la biologie a commencé à apporter sa contribution à l'informatique en lui fournissant de nouveaux matériaux et des modèles de circuits et processus, tels que la conduction de l'influx nerveux, dont elle pourrait s'inspirer. Il y a une vingtaine d'années déjà, le physicien américain A. Szent-Gyorgyi suggérait que les structures moléculaires des systèmes biologiques pourraient fonctionner comme des semiconducteurs. La voie biotechnologique ouvre aujourd'hui de nombreuses perspectives, de sorte que nous pouvons penser, avec Robert Clark, que « la biologie sera pour le XXIc siècle ce que la physique et la chimie sont pour le XXe siècle ». La conductivité des matériaux organiques On a coutume de distinguer trois catégories de matériaux d'après leur conductivité électrique  : les conducteurs (les métaux), les semi-conducteurs et les isolants. La plupart des matériaux organiques se classent dans la troisième catégorie, c'est-à-dire que 94 MICRO-SYSTEMES Croissance d'un cristal de tétraméthyltétrasélénofulvalène (TMTSF) par processus électrochimique. (Photo CNRS et D. Jérôme.) leur conductivité est inférieure à 10-8 (ohm.centimètre)-'. Les plastiques sont particulièrement prisés pour leurs bonnes propriétés isolantes. C'est aussi le cas de la plupart des cristaux moléculaires (la naphtaline, par exemple) et des polymères. Le caractère isolant étant dû à l'absence de charges pouvant se déplacer sous l'action d'un champ électrique, le dopage par des impuretés rend conductrices certaines molécules organiques. Ainsi, les métaux et semiconducteurs minéraux n'ont plus l'exclusivité de la conduction électrique, et les plastiques peuvent venir les concurrencer même dans ce domaine privilégié. Lorsque des ions positifs ou négatifs provenant du dopant pénètrent au sein de la structure Vibrée et poreuse des polymères organiques, ceux-ci peuvent voir leur conductivité augmenter d'un facteur de l'ordre du milliard ! Dès 1977, une équipe de chimistes américains et japonais a montré que le polyacétylène pouvait acquérir une conductivité inférieure de seulement 500 fois à celle du cuivre. De plus, selon G.B. Janvier 1985
L'ordinateur biologique Dossier Street, du centre IBM à San Jose (Etats-Unis), la conductivité de certains polymères peut être réglée, en variant le dopage et d'autres facteurs tels que la température ou le champ magnétique, de l'état isolant à l'état conducteur en passant par l'état semi-conducteur, balayant ainsi douze ordres de grandeur (fig. 1). Le dopage des semi-conducteurs minéraux tels que le silicium, le germanium ou l'arséniure de gallium se fait à haute température, en substituant à quelques atomes du cristal des « impuretés » électropositives ou électronégatives. Pour rendre conducteur un polymère tel que le polyacétylène, il faut lui fournir une concentration de dopant de 3 à 5%. Pour obtenir de telles valeurs sans que les qualités physico-chimiques et mécaniques de la molécule se dégradent, il faut effectuer simultanément le dopage et la synthèse du polymère. De telles performances, obtenues au laboratoire CNRS de photochimie CONDUCTEURS 10. argent-cuivre fer bismuth SEMICONDU CTEUR S 10'10'solaire à Thiais, permettent de conférer aux polymères une conductivité de type métallique. Jusque-là, les molécules organiques n'offrent pas un avantage sensible par rapport aux conducteurs et semi-conducteurs minéraux en électronique. Mais si l'on considère la conductivité par unité de masse, la balance peut pencher 10° 108 10'106 10° 104 103 102 10 1 10'10'10.3 10'10-6 111111111111 IIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 111111111111111 MIIIIIIIIIIIII CUIVRE 11 IIII (TMTSF)2PF6 1111111111111111 111111 (TMTSF)2C104 LI-1 I Il Il MM 1.11111111 1111111 nui Bill OMM 11111 111111111111.111111111 Mn 11111111 (TMTSF)2ReO4 II 1111 SIL CIUM PUR 1 0 7 10-8 10-9 z a 10-" diamant soutra quartz Fig. 1. - L'échelle de conductivité électronique de différents matériaux minéraux et organiques à température ambiante montre que, par dopage, les polymères conducteurs peuvent passer de l'état isolant à l'état métallique, en passant par l'état semi-conducteur, franchissant ainsi une douzaine d'ordres de grandeur. Par exemple, le polythiazyl (SN)x pur est conducteur à la température ambiante, avec une conductivité mesurée parallèlement aux chaînes polymérisées, d'environ 3 x 103 (Q.cm)-1. Le polyacétylène (CH)x est semi-conducteur  : sa conductivité est de 10-12 (lcm)-1 pur à 2 x 103 (Slcm)-1 dopé. 10 100 1000 TEMPERATURE (KELVINS) Janvier 1985 MICRO-SYSTEMES — 95 10_10 1 0 11 1 0 12 1 0-13 1 0-14 1 0-15 1 VERRE Fig. 2. - Pour les métaux comme le cuivre, la conductivité électrique augmente lorsque la température décroît. Dans les conducteurs organiques, par contre, des modifications de structure peuvent rendre le matériau soit supraconducteur, soit isolant aux basses températures. Le diagramme montre que les molécules contenant le radical tétraméthyltétra sélénafulvalène (TMTSF) sont des conducteurs pouvant devenir supraconducteurs selon les ions qui leur sont attachés.



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