C'est à l'université de l'Illinois à Urbana-Champaign que le professeur d'ingénierie électrique et d'informatique Gary Eden, et son étudiant en thèse Kevin Kuo Feng, ont créé un transistor à plasma qui pourrait être utilisé dans diverses applications, la plus attractive étant pour réduire le poids des écrans plats à plasma, ainsi que leur prix, tout en augmentant la résolution. Ce transistor permet de contrôler à la fois le courant de conduction plasma et l'émission de lumière avec une tension à l'émetteur de 5 volts (V) ou moins, alors que la tension d'alimentation entre les deux électrodes est de 200V.
Le principe de fonctionnement de ce transistor spécial, est l'utilisation d'un gaz ionisé (le plasma) au coeur du transistor, contenu dans une microcavité de 500 microns de diamètre, ce qui représente à peu près le diamètre d'un cheveu. La microgravité a été gravée dans le transistor recouvert de cuivre par des techniques classiques de photolithographie. L'émetteur d'électrons lui a été conçu à partir d'un substrat silicium, recouvert d'une fine couche dioxyde de silicium. Lorsque la microgravité est parcourue par un courant, cela excite les atomes du plasma qui émet de la lumière, la couleur dépendant du gaz placé dans l'électrode : le néon émet de la lumière rouge, l'argon de la lumière bleue par exemple.
Les chercheurs ont découvert dans leurs précédentes études qu'un voltage aussi bas que 5V peut changer les propriétés du microplasma, dont celle de quadrupler le courant et augmenter l'émission de lumière. En changeant sous contrôle les propriétés du plasma, l'émetteur d'électrons transforme la microgravité en un transistor, à trois terminaux, qui se comporte comme un transistor classique puisqu'il contrôle le courant qui passe entre les terminaux, pour agir comme un interrupteur ou un amplificateur de courant.
Le plasma est entouré d'une gaine qui agit comme la base d'un transistor classique, parcourue par un courant porté non pas par des électrons mais par les ions positifs. Ceux-ci sont beaucoup plus lourds que les électrons, et par conséquent ils sont plus durs à accélérer. Cela est un problème que les scientifiques ont essayé de résoudre avec ce transistor, pour l'utiliser dans des téléviseurs, pour qu'ils soient moins consommateurs de puissance. C'est pourquoi les chercheurs ont essayé de trouver un moyen de générer sous contrôle des électrons et de les envoyer dans la gaine, ce qui a pour effet pour réduire la tension nécessaire au fonctionnement et par la même occasion joue sur les propriétés conductrices du plasma et ainsi l'émission de lumière.
Si l'équipe peut contrôler chaque microcavité indépendamment, les panneaux légers et fins peuvent être convertis en écrans plasma plus économiques, mais aussi d'autres applications pourraient être possibles si l'on veut utiliser un petit voltage pour contrôler une haute puissance. En effet, contrairement aux transistors classiques qui peuvent être brûlés par une surtension, le microplasma est plus robuste tout simplement car le gaz ne peut pas brûler.
L'équipe a proposé un brevet pour son transistor à plasma.
Sources:
- "New plasma transistor could create sharper displays" 4 Février 2009 - http://news.illinois.edu/news/09/0204transistor.html
- "Scientists fabricate first plasma transistor" - http://www.physorg.com/news145705718.html
Alban de Lassus, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org
BE Etats-Unis numéro 152 (6/02/2009) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/57620.htm
