211service.com
Den første plastikcomputerprocessor
Silicium kan understøtte de computere, der omgiver os, men halvlederens stive ufleksibilitet betyder, at den ikke kan nå overalt. Den første computerprocessor og hukommelseschips lavet af plastikhalvledere tyder på, at ingen steder en dag vil være uden for grænserne for computerkraft.
Plastkraft: Denne mikroprocessor er lavet af organiske materialer. Den er ringe sammenlignet med de fleste siliciumprocessorer, men er fleksibel og billig.
Forskere i Europa brugte 4.000 plast- eller organiske transistorer til at skabe plastikmikroprocessoren, som måler cirka to centimeter i kvadrat og er bygget oven på fleksibel plastfolie. I forhold til at bruge silicium har dette den fordel, at prisen er lavere, og at den kan være fleksibel, siger Jan Genoe ved IMEC nanoteknologicenter i Leuven, Belgien. Genoe og IMEC-kolleger arbejdede med forskere ved TNO forskningsorganisation og udstillingsvirksomhed Polymer Vision , begge i Holland.
Processoren kan indtil videre kun køre et enkelt program med 16 instruktioner. Kommandoerne er hårdkodet til en anden folie ætset med plastikkredsløb, der kan forbindes til processoren for at indlæse programmet. Dette gør det muligt for processoren at beregne et løbende gennemsnit af et indkommende signal, noget som en chip, der er involveret i at behandle signalet fra en sensor, kan gøre, siger Genoe. Chippen kører med en hastighed på seks hertz - i størrelsesordenen en million gange langsommere end en moderne stationær maskine - og kan højst behandle information i otte-bit bidder, sammenlignet med 128 bit for moderne computerprocessorer.
Organiske transistorer er allerede blevet brugt i visse LED-skærme og RFID-tags, men er ikke blevet brugt til at lave en processor af nogen art. Mikroprocessoren blev præsenteret på ISSCC konference i San Jose, Californien, sidste måned.
Fremstillingen af processoren begynder med et 25 mikrometer tykt ark af fleksibel plastik, som det, du kan pakke din frokost med, siger Genoe. Et lag guldelektroder er aflejret ovenpå, efterfulgt af et isolerende lag af plastik, endnu et lag guldelektroder og de plastikhalvledere, der udgør processorens 4.000 transistorer. Disse transistorer blev lavet ved at dreje plastfolien for at sprede en dråbe organisk væske i et tyndt, jævnt lag. Når folien opvarmes forsigtigt, omdannes væsken til fast pentacen, en almindeligt anvendt organisk halvleder. De forskellige lag blev derefter ætset ved hjælp af fotolitografi for at lave det endelige mønster for transistorer.
I fremtiden vil sådanne processorer kunne laves billigere ved at printe de organiske komponenter som blæk, siger Genoe. Der er forskergrupper, der arbejder med rulle-til-rulle eller ark-til-ark-udskrivning, siger han, men der er stadig nogle fremskridt, der skal til for at lave organiske transistorer i små størrelser, der ikke er vaklende, hvilket betyder fysisk uregelmæssige. De hidtil bedste udskrivningsmetoder i laboratorieskala kan kun levere pålidelige transistorer på snesevis af mikrometer, siger han.
Det var en udfordring at skabe en processor lavet af plastiktransistorer, for i modsætning til dem der er lavet af ordnede siliciumkrystaller, kan man ikke stole på alle, der opfører sig som enhver anden. Plasttransistorer opfører sig hver især lidt forskelligt, fordi de består af rodede, amorfe samlinger af pentacenkrystaller. Du vil ikke have to, der er lige, siger Geneo. Vi var nødt til at studere og simulere den variabilitet for at udarbejde et design med størst chance for at opføre sig korrekt.
Det lykkedes for holdet, men det betyder ikke, at scenen er sat til, at plastikprocessorer kan fortrænge silicium i forbrugercomputere. Organiske materialer begrænser grundlæggende driftshastigheden, forklarer Genoe. Han forventer, at plastikprocessorer dukker op på steder, hvor silicium er udelukket på grund af omkostningerne eller den fysiske ufleksibilitet. De lavere omkostninger ved de anvendte organiske materialer sammenlignet med konventionelt silicium skulle gøre plastikmetoden omkring 10 gange billigere.
Du kan forestille dig en organisk gassensor viklet rundt om et gasrør for at rapportere om eventuelle utætheder med en fleksibel mikroprocessor til at rense det støjende signal, siger han. Plastikelektronik kunne også gøre det muligt at indbygge interaktive engangsskærme i emballagen, for eksempel til fødevarer, siger Genoe. Du kan måske trykke på en knap for at få den til at lægge kalorierne sammen i de småkager, du spiste, siger han.
Men sådanne applikationer vil kræve mere end blot plastikprocessorer, siger Wei Zhang, der arbejder med organisk elektronik ved University of Minnesota. På samme konference, hvor den organiske processor blev afsløret, præsenterede Zhang og kolleger den første trykte organiske hukommelse af en type kendt som DRAM, som fungerer sammen med processoren i de fleste computere til korttidsdatalagring. Den 24-millimeter-square memory array blev lavet ved at opbygge flere lag organisk blæk sprøjtet fra en dyse som en aerosol. Den kan gemme 64 bit information.
Tidligere trykt hukommelse har været ikke-flygtig, hvilket betyder, at den holder data, selv når strømmen er slukket, og den er ikke egnet til korttidslagring, der involverer hyppig skrivning, læsning og omskrivning, siger Zhang. Minnesota-gruppen var i stand til at udskrive DRAM, fordi den udtænkte en form for trykt, organisk transistor, der bruger en ionrig gel til det isolerende materiale, der adskiller dets elektroder.
Ionerne indeni gør det muligt for gellaget at lagre mere ladning end en konventionel, ionfri isolator. Det løser to problemer, der har begrænset organisk hukommelsesudvikling. Gelens opladningslagringsevne reducerer den kraft, der er nødvendig for at betjene transistoren og hukommelsen bygget fra den; det gør det også muligt for de ladningsniveauer, der bruges til at repræsentere 1 og 0 i hukommelsen, at være meget adskilte og vare ved så længe som et minut uden behov for at genopfriske hukommelsen.
Økologisk, printet DRAM kunne bruges til kortvarig opbevaring af billedrammer i displays, der i dag er lavet med printede organiske LED'er, siger Zhang. Det ville gøre det muligt at fremstille flere enheder ved hjælp af printmetoder og eliminere nogle siliciumkomponenter, hvilket reducerer omkostningerne.
At finde en måde at kombinere organiske mikroprocessorer og hukommelse kan reducere priserne yderligere, selvom Zhang siger, at de to endnu ikke er klar til at forbinde. Disse indsatser er nye teknikker, så vi kan ikke garantere, at de bliver bygget og fungerer sammen, siger Zhang. Men i fremtiden ville det give mening.