Les chercheurs de Penn State ont développé une puce 3D monolithique qui fonctionne entièrement à la lumière ambiante sans utiliser de batterie. Le circuit intégré est capable d’effectuer des calculs et de détecter des produits chimiques tout en exploitant l’énergie solaire, minimisant ainsi le besoin de remplacements fréquents des batteries dans les endroits éloignés.
La puce présente une conception qui empile des capteurs photovoltaïques au silicium, une logique complémentaire MoS₂/WSe₂ et des capteurs chimiques au graphène à environ 50 nanomètres les uns des autres. Cet agencement compact réduit les exigences en matière de surface de carte, les pertes de câblage et la latence associées aux systèmes traditionnels alimentés par batterie.
Les ingénieurs recherchent de plus en plus des appareils électroniques sans batterie qui utilisent l’énergie renouvelable pour répondre aux exigences de l’Internet des objets (IoT) et des systèmes informatiques de pointe à long terme. Saptarshi Das, l’un des auteurs de la recherche, a déclaré : « Nous avons montré que des matériaux hétérogènes – silicium, graphène, MoS₂ et WSe₂ – peuvent être intégrés de manière monolithique en trois dimensions pour créer un système de détection et de calcul auto-alimenté. »
Les capteurs de graphène détectent les liquides et envoient des signaux électriques à la couche logique, où les données sont traitées. Le module photovoltaïque en silicium situé en bas convertit la lumière ambiante en électricité pour alimenter l’appareil. Cette approche ignore considérablement certaines parties de l’architecture des appareils traditionnelle.
Le développement démontre non seulement les capacités d’une puce compacte sans batterie, mais ouvre également la porte à des circuits 2D plus grands pouvant intégrer des principes de conception similaires. Les applications futures pourraient se concentrer sur l’alimentation des systèmes IoT dans des endroits où l’accès aux batteries pour la maintenance est difficile.
