Strømlining af masseproduktion af printbar elektronik

Hukommelsesenheder - som en delmængde af elektroniske funktioner, der inkluderer logik, sensorer og skærme – har gennemgået en eksponentiel stigning i integration og ydeevne kendt som Moores lov. Parallelt, vores dagligdag involverer i stigende grad et udvalg af relativt lavtydende elektroniske funktioner implementeret i computerchips på kreditkort, husholdningsapparater, og endda smarte tags på forbrugerprodukter.

Mens hukommelsesenheder bliver gradvist mere fleksible, deres lette fremstilling og integration i lavtydende applikationer er generelt blevet behandlet som værende af sekundær betydning. Men nu, takket være arbejdet fra en gruppe forskere ved München University of Applied Sciences i Tyskland og INRS-EMT i Canada, dette er ved at ændre sig.

Additiv fremstilling, måske bedst kendt på grund af 3-D print, giver mulighed for et strømlinet procesflow - eliminerer komplekse litografi- og materialefjernelsestrin på bekostning af trækstørrelsen, hvilket i mange tilfælde ikke er kritisk for hukommelsesenheder til mindre beregningskrævende anvendelser.

Inkjetprint er en almindelig kontorteknologi, der konkurrerer med laserprint. Det giver den ekstra fordel ved en ligetil overførsel fra inkjet til rulle-til-rulle-udskrivning. I en artikel, der vises i denne uge i Anvendt fysik bogstaver , gruppen præsenterer et proof of concept, ved hjælp af resistiv hukommelse (ReRAM), der nu baner vejen for masseproduktion af printbar elektronik.

Grundprincippet bag koncernens ReRAM er enkelt. "I enhver form for hukommelse, den grundlæggende hukommelsesenhed skal kunne skiftes mellem to tilstande, der repræsenterer en bit, eller '0' eller '1.' For ReRAM-enheder, disse to tilstande er defineret af hukommelsescellens modstand, " forklarede Bernhard Huber, en ph.d.-studerende ved INRS-EMT og arbejder i Laboratory for Microsystems Technology ved München University of Applied Sciences.

For den ledende bro-random access memory (CB-RAM), der bruges af gruppen, "0" er "en tilstand med høj modstand repræsenteret af den høje modstand af et isolerende spin-on glas, som adskiller en ledende polymerelektrode fra en sølvelektrode, " fortsatte han. "1'eren er en tilstand med lav modstand, som er givet af en metallisk filament, der vokser ind i spin-on-glasset og giver en reversibel kortslutning mellem de to elektroder."

I stedet for at udskrive farver, "vi bruger funktionelt blæk til at afsætte en kondensatorstruktur - leder-isolator-leder - med materialer, der allerede er blevet implementeret i renrumsprocesser, " sagde Huber. "Denne proces er identisk med den for en kontorinkjetprinter, med en ekstra mulighed for at finjustere dråbestørrelsen og opvarme målmaterialet."

Konceptet med CB-RAM er allerede veletableret, og gruppens ledere—Andreas Ruediger fra INRS-EMT i Canada og Christina Schindler fra München University of Applied Sciences—har tidligere arbejdet på mere konventionelle CB-RAM-celler.

Hvad er betydningen af ​​gruppens arbejde?

"Vi demonstrerede ikke kun, at en komplet additiv (udskrivnings)proces var mulig, men også at ydeevneparametrene er sammenlignelige med renrumsfremstillede enheder, " sagde Schindler. "Den største teknologiske appel er den mekaniske fleksibilitet af vores hukommelsesfliser, og det faktum, at alle materialer, der kræves til forarbejdning, er kommercielt tilgængelige."

"Fra vores proof of concept, vi baner en vej mod optimering, " sagde Schindler. "Vores største overraskelse var, hvor lidt enhedens ydeevne afhænger af fremstillingsprocessen."

Dette muliggør ekstremt billig fleksibel elektronik gennem printprocesser. "Print-on-demand elektronik er et andet stort område af mulige anvendelser, " sagde Ruediger. "I øjeblikket, hovedkilden til alsidig elektronik er feltprogrammerbare gate-arrays, der giver et rekonfigurerbart kredsløb, der kan anvendes til forskellige formål med foruddefinerede begrænsninger."

Print-on-demand elektronik viser et stort potentiale for små og iboende fleksible produktionslinjer og slutbrugerprodukter.

"Forestil dig bare supermarkeder, der udskriver deres egne smart-tags eller offentlige transportudbydere, der tilpasser multifunktionelle billetter efter behov. 'Wearables', der eksplicit kræver fleksibel elektronik, kan også gavne, " sagde Schindler. Omkostningerne til sådan en printer, efter optimering af procestrinene, kunne falde til inden for rækkevidden af ​​nuværende inkjet-printere.