Geheugenapparaten - als een subset van elektronische functies die logica, sensoren en beeldschermen hebben een exponentiële toename in integratie en prestaties ondergaan die bekend staat als de wet van Moore. parallel, ons dagelijks leven omvat in toenemende mate een assortiment van relatief laag presterende elektronische functies die zijn geïmplementeerd in computerchips op creditcards, huishoudelijke apparaten, en zelfs slimme tags op consumentenproducten.

Terwijl geheugenapparaten steeds flexibeler worden, hun gemak van fabricage en integratie in toepassingen met lage prestaties zijn over het algemeen behandeld als van ondergeschikt belang. Maar nu, dankzij het werk van een groep onderzoekers aan de Hogeschool van München in Duitsland en INRS-EMT in Canada, dit gaat veranderen.

Additieve productie, misschien het best bekend vanwege 3D-printen, zorgt voor een gestroomlijnde processtroom, waardoor complexe lithografie- en materiaalverwijderingsstappen worden geëlimineerd ten koste van de grootte van het kenmerk, wat in veel gevallen niet essentieel is voor geheugenapparaten bij minder rekenintensief gebruik.

Inkjetprinten is een veelgebruikte kantoortechnologie die concurreert met laserprinten. Het biedt het extra voordeel van een eenvoudige overdracht van inkjet naar rol-naar-rol printen. In een artikel dat deze week verschijnt in Technische Natuurkunde Brieven , de groep presenteert een proof of concept, met behulp van resistief geheugen (ReRAM) dat nu de weg vrijmaakt voor massaproductie van afdrukbare elektronica.

Het basisprincipe achter ReRAM van de groep is eenvoudig. "In elke vorm van herinnering, de basisgeheugeneenheid moet schakelbaar zijn tussen twee toestanden die één bit vertegenwoordigen, of '0' of '1.' Voor ReRAM-apparaten, deze twee toestanden worden bepaald door de weerstand van de geheugencel, " legde Bernhard Huber uit, een doctoraatsstudent aan INRS-EMT en werkzaam in het Laboratorium voor Microsysteemtechnologie aan de Hogeschool van München.

Voor het geleidende-brug-willekeurig toegankelijk geheugen (CB-RAM) dat door de groep wordt gebruikt, "0" is "een toestand met hoge weerstand die wordt weergegeven door de hoge weerstand van een isolerend spin-on glas, die een geleidende polymeerelektrode scheidt van een zilveren elektrode, " vervolgde hij. "De '1' is een staat met lage weerstand, die wordt gegeven door een metalen gloeidraad die in het spin-on glas groeit en zorgt voor een omkeerbare kortsluiting tussen de twee elektroden."

In plaats van kleuren af ​​te drukken, "we gebruiken functionele inkten om een ​​condensatorstructuur - geleider-isolator-geleider - te deponeren met materialen die al zijn ingezet in cleanroomprocessen, Huber zei. "Dit proces is identiek aan dat van een kantoorinkjetprinter, met een extra optie om de druppelgrootte te verfijnen en het doelmateriaal te verwarmen."

Het concept van CB-RAM is al goed ingeburgerd en de leiders van de groep - Andreas Ruediger van INRS-EMT in Canada en Christina Schindler van de University of Applied Sciences van München - hebben eerder gewerkt aan meer conventionele CB-RAM-cellen.

Wat is de betekenis van het werk van de groep?

"We hebben niet alleen aangetoond dat een compleet additief (print)proces mogelijk was, maar ook dat de prestatieparameters vergelijkbaar zijn met in cleanrooms gefabriceerde apparaten, Schindler zei. "De grootste technologische aantrekkingskracht is de mechanische flexibiliteit van onze geheugentegels, en het feit dat alle materialen die nodig zijn voor de verwerking in de handel verkrijgbaar zijn."

"Van onze proof of concept, we effenen een weg naar optimalisatie, "Zei Schindler. "Onze grootste verrassing was hoe weinig apparaatprestaties afhankelijk zijn van het fabricageproces."

Dit maakt extreem goedkope flexibele elektronica mogelijk door middel van printprocessen. "Print-on-demand elektronica is een ander groot gebied van mogelijke toepassingen, " zei Ruediger. "Op dit moment, de belangrijkste bron van veelzijdige elektronica zijn in het veld programmeerbare gate-arrays die een herconfigureerbaar circuit bieden dat voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt met vooraf gedefinieerde beperkingen."

Print-on-demand elektronica biedt een enorm potentieel voor kleine en inherent flexibele productielijnen en eindgebruikersproducten.

"Stel je supermarkten die hun eigen smart tags printen of OV-aanbieders die multifunctionele tickets on demand aanpassen. 'Wearables' die expliciet flexibele elektronica vereisen, kunnen ook profiteren, " zei Schindler. De kosten voor zo'n printer, na optimalisatie van de processtappen, zou kunnen dalen tot binnen het bereik van de huidige inkjetprinters.