Roll-to-roll proces udskriver tusindvis af billige, fleksible hukommelseselementer

(Phys.org) -- I et forsøg på at sænke omkostningerne ved at lave fleksible skrive-en gang-læs-mange (WORM) hukommelsesenheder, et hold forskere fra Finland har udviklet en fremstillingsproces, der kan masseprinte tusindvis af disse minder på et fleksibelt underlag. Da de ikke kan omskrives, WORM-hukommelser er særligt nyttige til manipulationssikre applikationer, såsom elektronisk afstemning og opbevaring af journaler.

Forskerne, Jaakko Leppäniemi, Tomi Mattila, Terho Kololuoma, Mika Suhonen, og Ari Alastalo ved VTT Technical Research Center i Finland, har offentliggjort deres papir om WORM-hukommelsesudskrivningsprocessen i et nyligt nummer af Nanoteknologi .

WORM-hukommelsen er en resistiv hukommelse, hvor data skrives ved hjælp af en højresistiv '0'-tilstand og en lav-resistiv '1'-tilstand. Udlæsning kan udføres med en enhed, der måler de forskellige modstande ved fysisk kontakt eller kapacitivt ved at feje over hukommelsen uden at tage kontakt.

For at realisere en resistiv WORM-hukommelse, forskerne forberedte stykker af en sølv nanopasta blanding, der kombinerer fordelene ved to forskellige kommercielle blæk fra Advanced Nano Products Ltd. Et af blæk, kaldet DGP, har den fordel at være skrivbar med moderat elektrisk kraft, men har ulempen ved ustabilitet på grund af, at den højresistive '0'-tilstand mister modstand. Det andet blæk, kaldet DGH, har de modsatte egenskaber:det kræver en høj elektrisk effekt til at skrive, men har forbedret langtidsstabilitet. Selvom ingen af ​​blæk i sig selv er optimale til fremstilling af hukommelsesbits, forskerne fandt ud af, at kombinationen af ​​dem giver det bedste fra begge verdener:moderat elektrisk kraft til skrivning og god langtidsstabilitet.

Når det kombineres, de to blæk danner et selvorganiseret netværk, som gør det muligt for forskerne at tune den indledende ledningsevne og '0'-tilstandsmodstand af bits. Forskerne kunne kontrollere modstanden ved at kontrollere, hvor sintrede og tætte nanopartiklerne er:modstanden er høj, når partiklerne er usintrede og godt adskilt, men aftager, når partiklerne sintrer og smelter sammen. For at kontrollere afstanden mellem partiklerne, forskerne brugte nanopartikler indkapslet med ligander for at forhindre agglomeration og skabe den højresistive '0'-tilstand. For at mindske modstanden, og dermed skifte fra '0'-tilstand til '1'-tilstand, forskerne fjernede indkapslingen ved opvarmning med elektrisk strøm. Varmen smelter liganden, som tillader de uindkapslede partikler at smelte sammen og sintre, hvor de opnår højere ledningsevne og lavere modstand.

På denne måde Teknikken giver mulighed for selektivt og irreversibelt at ændre modstanden af ​​bits, aktiverer en WORM-hukommelsesfunktion. Som forskerne forklarede, sådan en hukommelse har vigtige fordele til brug i den virkelige verden.

"Fordelen ved hukommelsen ligger i bearbejdeligheden, ” fortalte Leppäniemi Phys.org . ”Hukommelserne kan printes med high-throughput metoder, og bitegenskaberne kan skræddersyes ved at ændre sammensætningen af ​​bitblækket. Også, den resistive hukommelse giver enkel, ikke-destruktiv udlæsning sammenlignet, for eksempel, til printbare ferroelektriske random access memorys."

Med hensyn til stabilitet, forskerne observerede begyndelsen på et langsomt fald i modstanden efter at have været opbevaret i fire måneder i mørke med et tørremiddel under omgivende forhold. Faldet skyldtes den mindre stabile "0"-tilstand på grund af selvsintring, hvilket mindskede dens modstand. Imidlertid, selv efter de 19 måneders overvågningstid, forskerne beskrev bitsene som at opretholde en god '0'-tilstandsstabilitet. I modsætning, når de udsættes for en høj temperatur på 85 °C (185 °F) og en høj relativ luftfugtighed på 85 %, modstanden gennemgik et hurtigt fald på mindre end tre timer.

For at demonstrere en simpel anvendelse af WORM-hukommelsen, forskerne, sammen med Stora Enso Oyj, fremstillet 1, 000 elektriske spørgeskemakort til konferencen Printed Electronics Europe 2011, som deltagerne brugte til at stemme på den bedste stand på konferencen. Et fleksibelt trykt batteri leverede den lille skrivespænding (mindre end 10 volt), og en LED inde i kortet indikerede det vellykkede tryk på en knap. Spørgeskemakortene repræsenterer kun én mulig anvendelse af WORM-hukommelsen, som forskerne håber at forbedre yderligere i fremtiden.

"Målet er at give printet hukommelsesadresseringslogik og nå højere bitmængder, " sagde Leppäniemi. "Også forbedring af den langsigtede stabilitet via korrekt indkapsling kræver yderligere opmærksomhed."

Copyright 2012 Phys.org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.