211service.com
Pierwszy plastikowy procesor komputerowy
Krzem może stanowić podstawę otaczających nas komputerów, ale sztywność półprzewodnika oznacza, że nie może on dotrzeć wszędzie. Pierwszy procesor komputerowy i układy pamięci wykonane z plastikowych półprzewodników sugerują, że pewnego dnia nigdzie nie będzie poza granicami mocy komputera.
Moc plastyczna: Ten mikroprocesor jest wykonany z materiałów organicznych. Jest mizerny w porównaniu z większością procesorów krzemowych, ale jest elastyczny i tani.
Naukowcy w Europie wykorzystali 4000 plastikowych lub organicznych tranzystorów do stworzenia plastikowego mikroprocesora, który ma powierzchnię około dwóch centymetrów kwadratowych i jest zbudowany na elastycznej folii plastikowej. W porównaniu z użyciem krzemu ma to tę zaletę, że jest niższa cena i że może być elastyczny, mówi Jan Genoe z Centrum nanotechnologii IMEC w Leuven w Belgii. Koledzy z Genoe i IMEC pracowali z naukowcami z Organizacja badawcza TNO i firma wystawowa Wizja polimeru , zarówno w Holandii.
Procesor potrafi na razie uruchomić tylko jeden prosty program złożony z 16 instrukcji. Polecenia są zakodowane na sztywno w drugiej folii z wytrawionymi obwodami z tworzywa sztucznego, które można podłączyć do procesora w celu załadowania programu. Dzięki temu procesor może obliczyć średnią bieżącą przychodzącego sygnału, co może zrobić chip zaangażowany w przetwarzanie sygnału z czujnika, mówi Genoe. Chip działa z prędkością sześciu herców — milion razy wolniej niż współczesny komputer stacjonarny — i może przetwarzać informacje tylko w ośmiobitowych fragmentach, w porównaniu do 128 bitów w przypadku nowoczesnych procesorów komputerowych.
Tranzystory organiczne były już używane w niektórych wyświetlaczach LED i tagach RFID, ale nie zostały użyte do produkcji jakiegokolwiek procesora. Mikroprocesor został zaprezentowany na targach Konferencja ISSCC w San Jose w Kalifornii w zeszłym miesiącu.
Produkcja procesora zaczyna się od 25-mikrometrowego arkusza elastycznego plastiku, takiego, jakim można owinąć lunch, mówi Genoe. Na wierzchu osadzana jest warstwa złotych elektrod, a następnie warstwa izolująca z tworzywa sztucznego, kolejna warstwa złotych elektrod i plastikowe półprzewodniki, które tworzą 4000 tranzystorów procesora. Tranzystory te zostały wykonane przez przędzenie plastikowej folii w celu rozprowadzenia kropli organicznej cieczy w cienkiej, równej warstwie. Gdy folia jest delikatnie podgrzewana, ciecz zamienia się w stały pentacen, powszechnie stosowany półprzewodnik organiczny. Różne warstwy zostały następnie wytrawione za pomocą fotolitografii, aby uzyskać ostateczny wzór tranzystorów.
W przyszłości takie procesory można by wytwarzać taniej, drukując składniki organiczne, takie jak atrament, mówi Genoe. Jak mówi, istnieją grupy badawcze pracujące nad drukowaniem z roli na rolę lub z arkusza na arkusz, ale nadal potrzebny jest pewien postęp, aby wytwarzać tranzystory organiczne o małych rozmiarach, które nie są chwiejne, co oznacza, że są fizycznie nieregularne. Jak mówi, najlepsze dotychczas metody drukowania w skali laboratoryjnej mogą dostarczyć niezawodne tranzystory tylko w dziesiątkach mikrometrów.
Stworzenie procesora z plastikowych tranzystorów było wyzwaniem, bo w przeciwieństwie do tych wykonanych z uporządkowanych kryształów krzemu, nie każdemu można ufać, że będzie się zachowywał jak każdy inny. Każdy z plastikowych tranzystorów zachowuje się nieco inaczej, ponieważ składa się z pomieszanych, amorficznych kolekcji kryształów pentacenu. Nie będziesz miał dwóch równych, mówi Geneo. Musieliśmy zbadać i zasymulować tę zmienność, aby opracować projekt z największą szansą na prawidłowe zachowanie.
Zespół odniósł sukces, ale to nie znaczy, że przygotowana jest scena, w której plastikowe procesory zastąpią procesory krzemowe w komputerach konsumenckich. Materiały organiczne zasadniczo ograniczają szybkość działania, wyjaśnia Genoe. Oczekuje, że procesory z tworzyw sztucznych pojawią się w miejscach, w których krzem jest wykluczony ze względu na jego koszt lub fizyczną nieelastyczność. Niższy koszt użytych materiałów organicznych w porównaniu z konwencjonalnym krzemem powinien sprawić, że plastik będzie około 10 razy tańszy.
Można sobie wyobrazić czujnik gazu organicznego owinięty wokół rury gazowej, który zgłasza wszelkie wycieki za pomocą elastycznego mikroprocesora, który usuwa zaszumiony sygnał — mówi. Plastikowa elektronika mogłaby również pozwolić na wbudowanie jednorazowych interaktywnych wyświetlaczy w opakowania, na przykład na żywność, mówi Genoe. Możesz nacisnąć przycisk, aby dodać kalorie w zjedzonych przez ciebie ciasteczkach – mówi.
Ale takie aplikacje będą wymagały czegoś więcej niż tylko procesorów plastikowych, mówi Wei Zhang, który pracuje nad elektroniką organiczną na University of Minnesota. Na tej samej konferencji, na której zaprezentowano procesor organiczny, Zhang i współpracownicy zaprezentowali pierwszą drukowaną pamięć organiczną typu znanego jako DRAM, która współpracuje z procesorem w większości komputerów w celu krótkotrwałego przechowywania danych. Macierz pamięci o powierzchni 24 milimetrów kwadratowych została stworzona przez zbudowanie kilku warstw organicznego atramentu wytrysniętego z dyszy jak aerozol. Może przechowywać 64 bity informacji.
Wcześniej drukowana pamięć była nieulotna, co oznacza, że przechowuje dane nawet przy wyłączonym zasilaniu i nie nadaje się do krótkotrwałego przechowywania obejmującego częste pisanie, odczytywanie i przepisywanie, mówi Zhang. Grupa z Minnesoty była w stanie wydrukować DRAM, ponieważ opracowała formę drukowanego, organicznego tranzystora, który wykorzystuje bogaty w jony żel jako materiał izolacyjny, który oddziela jego elektrody.
Jony wewnątrz umożliwiają warstwie żelu magazynowanie większej ilości ładunku niż konwencjonalny izolator bezjonowy. To rozwiązuje dwa problemy, które ograniczają rozwój pamięci organicznej. Zdolność do przechowywania ładunku w żelu zmniejsza moc potrzebną do obsługi tranzystora i zbudowanej z niego pamięci; umożliwia to również, że poziomy naładowania używane do reprezentowania 1 i 0 w pamięci są bardzo wyraźne i utrzymują się przez minutę bez potrzeby odświeżania pamięci.
Ekologiczna, drukowana pamięć DRAM może być wykorzystywana do krótkotrwałego przechowywania ramek obrazu w wyświetlaczach, które są obecnie wykonane z drukowanych organicznych diod LED, mówi Zhang. Umożliwiłoby to wykonanie większej liczby urządzeń przy użyciu metod druku i wyeliminowanie niektórych elementów krzemowych, redukując koszty.
Znalezienie sposobu na połączenie organicznych mikroprocesorów i pamięci może jeszcze bardziej obniżyć ceny, chociaż Zhang twierdzi, że nie są jeszcze gotowe do połączenia. Te wysiłki to nowe techniki, więc nie możemy zagwarantować, że zostaną zbudowane i będą działać razem, mówi Zhang. Ale w przyszłości miałoby to sens.