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Il primo processore per computer in plastica
Il silicio può essere alla base dei computer che ci circondano, ma la rigida rigidità del semiconduttore significa che non può arrivare ovunque. Il primo processore per computer e i chip di memoria realizzati con semiconduttori di plastica suggeriscono che, un giorno, nessun luogo sarà escluso dalla potenza del computer.
Potenza plastica: Questo microprocessore è realizzato con materiali organici. È minuscolo rispetto alla maggior parte dei processori al silicio, ma è flessibile ed economico.
I ricercatori in Europa hanno utilizzato 4.000 transistor di plastica, o organici, per creare il microprocessore in plastica, che misura circa due centimetri quadrati ed è costruito su un foglio di plastica flessibile. Rispetto all'utilizzo del silicio, questo ha il vantaggio di un prezzo più basso e che può essere flessibile, afferma Jan Genoe al Centro di nanotecnologie IMEC a Lovanio, Belgio. I colleghi di Genoe e IMEC hanno lavorato con i ricercatori del Organizzazione di ricerca TNO e azienda di visualizzazione Visione polimerica , entrambi nei Paesi Bassi.
Il processore può finora eseguire solo un semplice programma di 16 istruzioni. I comandi sono codificati in una seconda pellicola incisa con circuiti in plastica che possono essere collegati al processore per caricare il programma. Ciò consente al processore di calcolare una media corrente di un segnale in ingresso, cosa che potrebbe fare un chip coinvolto nell'elaborazione del segnale da un sensore, afferma Genoe. Il chip funziona a una velocità di sei hertz, nell'ordine di un milione di volte più lenta di una moderna macchina desktop, e può elaborare informazioni solo in blocchi di otto bit al massimo, rispetto ai 128 bit dei moderni processori per computer.
I transistor organici sono già stati utilizzati in alcuni display a LED e tag RFID, ma non sono stati utilizzati per realizzare un processore di alcun tipo. Il microprocessore è stato presentato al Conferenza ISSCC a San Jose, California, il mese scorso.
La realizzazione del processore inizia con un foglio di plastica flessibile dello spessore di 25 micrometri, come quello con cui potresti avvolgere il tuo pranzo, afferma Genoe. Sulla parte superiore viene depositato uno strato di elettrodi d'oro, seguito da uno strato isolante di plastica, un altro strato di elettrodi d'oro e i semiconduttori di plastica che compongono i 4.000 transistor del processore. Quei transistor sono stati realizzati ruotando la pellicola di plastica per diffondere una goccia di liquido organico in uno strato sottile e uniforme. Quando la lamina viene riscaldata delicatamente, il liquido si converte in pentacene solido, un semiconduttore organico comunemente usato. I diversi strati sono stati quindi incisi utilizzando la fotolitografia per creare il modello finale per i transistor.
In futuro, tali processori potrebbero essere realizzati in modo più economico stampando i componenti organici come l'inchiostro, afferma Genoe. Ci sono gruppi di ricerca che lavorano sulla stampa roll-to-roll o sheet-to-sheet, dice, ma sono ancora necessari alcuni progressi per realizzare transistor organici di piccole dimensioni che non siano traballanti, il che significa fisicamente irregolari. I migliori metodi di stampa su scala di laboratorio finora possono fornire transistor affidabili solo nell'ordine di decine di micrometri, afferma.
Creare un processore realizzato con transistor di plastica è stata una sfida, perché a differenza di quelli realizzati con cristalli di silicio ordinati, non ci si può fidare che tutti si comportino come gli altri. I transistor in plastica si comportano ciascuno in modo leggermente diverso perché sono costituiti da raccolte confuse e amorfe di cristalli di pentacene. Non ne avrai due uguali, dice Geneo. Abbiamo dovuto studiare e simulare quella variabilità per elaborare un progetto con le maggiori possibilità di comportarsi correttamente.
Il team ci è riuscito, ma ciò non significa che il palcoscenico sia pronto per i processori di plastica per sostituire quelli al silicio nei computer di consumo. I materiali organici limitano sostanzialmente la velocità di funzionamento, spiega Genoe. Si aspetta che i trasformatori di plastica appaiano in luoghi in cui il silicio è bloccato dal suo costo o dalla rigidità fisica. Il minor costo dei materiali organici utilizzati rispetto al silicio convenzionale dovrebbe rendere l'approccio alla plastica circa 10 volte più economico.
Puoi immaginare un sensore di gas organico avvolto attorno a un tubo del gas per segnalare eventuali perdite con un microprocessore flessibile per ripulire il segnale rumoroso, dice. L'elettronica in plastica potrebbe anche consentire l'integrazione di display interattivi usa e getta negli imballaggi, ad esempio per il cibo, afferma Genoe. Potresti premere un pulsante per aggiungere le calorie dei biscotti che hai mangiato, dice.
Ma tali applicazioni richiederanno più di semplici processori di plastica, afferma Wei Zhang, che lavora sull'elettronica organica presso l'Università del Minnesota. Alla stessa conferenza in cui è stato presentato il processore organico, Zhang e colleghi hanno presentato la prima memoria organica stampata di un tipo noto come DRAM, che funziona insieme al processore nella maggior parte dei computer per l'archiviazione dei dati a breve termine. L'array di memoria di 24 millimetri quadrati è stato realizzato costruendo diversi strati di inchiostro organico spruzzato da un ugello come un aerosol. Può memorizzare 64 bit di informazioni.
La memoria stampata precedente era non volatile, il che significa che conserva i dati anche quando l'alimentazione è spenta e non è adatta per l'archiviazione a breve termine che comporta frequenti operazioni di scrittura, lettura e riscrittura, afferma Zhang. Il gruppo del Minnesota è stato in grado di stampare DRAM perché ha ideato una forma di transistor organico stampato che utilizza un gel ricco di ioni per il materiale isolante che separa i suoi elettrodi.
Gli ioni all'interno consentono allo strato di gel di immagazzinare più carica rispetto a un isolante convenzionale e privo di ioni. Questo risolve due problemi che hanno limitato lo sviluppo della memoria organica. La capacità di immagazzinamento della carica del gel riduce la potenza necessaria per far funzionare il transistor e la memoria costruita da esso; consente inoltre di rendere molto distinti i livelli di carica utilizzati per rappresentare 1 e 0 in memoria e di permanere anche per un minuto senza necessità di rinfrescare la memoria.
La DRAM organica stampata potrebbe essere utilizzata per l'archiviazione a breve termine di cornici di immagini in display che oggi sono realizzati con LED organici stampati, afferma Zhang. Ciò consentirebbe di realizzare più dispositivi utilizzando metodi di stampa ed eliminare alcuni componenti in silicio, riducendo i costi.
Trovare un modo per combinare microprocessori organici e memoria potrebbe ridurre ulteriormente i prezzi, anche se Zhang afferma che i due non sono ancora pronti per la connessione. Questi sforzi sono nuove tecniche, quindi non possiamo garantire che saranno costruiti e funzioneranno insieme, afferma Zhang. Ma in futuro avrebbe senso.