L’équipe du Pr Hu Weijin à l’Institut des métaux de l’Académie chinoise des sciences a mis au point une méthode permettant de fabriquer en une seconde des condensateurs de stockage d’énergie au niveau wafer. Cette technologie repose sur un recuit flash ultra-rapide atteignant des vitesses de montée/descente de température de 1 000 °C par seconde, ouvrant une nouvelle voie pour la production de dispositifs de stockage haute performance.
Les condensateurs diélectriques jouent un rôle clé dans les équipements électroniques de puissance grâce à leur capacité de charge/décharge ultra-rapide, adaptée aux lasers pulsés et aux véhicules électriques. En utilisant le recuit flash, l’équipe a synthétisé sur wafer de silicium des films minces de zirconate de plomb antiferroélectrique relaxor, réduisant le temps de fabrication à une seconde. Cette méthode permet de former des nanodomaines de moins de 3 nanomètres, base d’une amélioration significative des performances.
Comparée aux procédés traditionnels, cette technique limite efficacement la volatilisation du plomb et produit des films plus denses. Les tests montrent une densité de stockage d’énergie de 63,5 J/cm³, avec une stabilité remarquable entre –196 °C et 400 °C. Le Pr Hu Weijin explique : « Cette technologie permet de « geler » efficacement la phase paraélectrique haute température du matériau à température ambiante, créant des nanodomaines de moins de 3 nm. Ces minuscules structures, semblables à un labyrinthe complexe, sont la clé qui déclenche le comportement antiferroélectrique relaxor haute performance et permet un stockage d’énergie très efficace. »
La méthode a été validée avec succès sur des wafers de silicium de 2 pouces, produisant des films fonctionnels très homogènes. Ces condensateurs au niveau wafer présentent une excellente stabilité thermique : après des cycles extrêmes de température, la perte de densité d’énergie et d’efficacité reste inférieure à 3 %. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés aux environnements exigeants de l’exploration spatiale ou du développement des ressources souterraines.
