Paměti z plastiku se derou do světa

V současnosti vyvíjené plastové paměti by měly být výrazně levnější než jejich křemíkové předchůdkyně. K...


V současnosti vyvíjené plastové paměti by měly být výrazně levnější než jejich
křemíkové předchůdkyně.

Křemíkové integrované obvody jsou stále menší a výkonnější. Jenže ne vždycky
chceme, aby elektronické zařízení bylo malé například obrazovky se hodí spíš
větší než menší. Často je spíš než malá velikost a výkon důležitější pořizovací
cena představte si, že by se daly levně vyrábět inteligentní cenovky, jízdenky
nebo propagační materiály. Pro tyto aplikace je křemík zatím příliš drahý. Z
uvedených důvodů se firmy snaží hledat alternativní materiály a technologie,
jež by umožnily chrlit součástky, které budou možná velké a pomalejší, ale zato
úžasně levné. Jednou z možných cest je elektronika založená na plastech,
přesněji elektronika, kde jsou jako aktivní elektrický materiál používány
vodivé organické polymery namísto klasického křemíku.

Nízké náklady
Velkou výhodou elektroniky založené na plastu jsou odhadované nízké výrobní
náklady, a to údajně až 100krát nižší ve srovnání s výrobou křemíkové
elektroniky. Všechny ty drahé a technologicky velmi náročné výrobní procesy,
jako je leptání, ozařování, napařování nebo naprašování, které musejí navíc
probíhat v superčistém prostředí a v chráněné atmosféře, by při výrobě
plastových součástek mohla nahradit technologie bezdotykového inkoustového
tisku. Namísto klasického tiskového inkoustu se budou pochopitelně používat
jiné materiály, ale technologie zůstane v principu stejná. Například firma
Xerox se chlubí, že je již blízko k vodivému inkoustu, který by umožnil tisk
obvodů v normálním nechráněném prostředí. Nejpoužívanější, nebo rozhodně jedním
z nejpoužívanějších základních stavebních bloků v elektronických systémech jsou
paměťové členy. Jakmile se proto někde objeví možnost vyrábět je výrazně
levněji než dnes, začnou se o dané téma zajímat všichni výrobci elektronických
součástek. Levné plastové paměti by teoreticky mohly najít uplatnění jako média
pro archivaci dat, jako média umožňující dlouhodobé uchování dat s možností
jejich přepisu nebo jako rychlé vyrovnávací paměti.

Možnosti pamětí
Možnosti uvedených pamětí jsou srovnatelné s klasickými nepřepisovatelnými CD
nebo DVD informace se zapíše a potom ji lze mnohokrát znovu přečíst. Vzhledem k
očekávaným nízkým nákladům na výrobu polymerových pamětí by prý nemělo vadit,
že lze do paměti zapsat jen jednou pro nový zápis se prostě vezme nová. Těmto
médiím se věnuje výzkumný tým sestavený ze zástupců Princetonské univerzity a
laboratoří Hewlett-Packard. Zaměřují se na vodivý polymer označovaný jako
PEDOT, jenž se v současné době používá jako antistatická a ochranná vrstva na
televizních obrazovkách nebo pouzdrech elektronických obvodů. Je-li tento
materiál vystaven vyšším proudům, jeho vodivost klesá. Určitá hraniční hodnota
proudu z materiálu vytvoří izolant. A máme tu princip paměti tam, kam chceme
zapsat nulu, přivedeme takové množství proudu, aby vznikl izolant, buňky určené
pro jedničku ponecháme nezměněné. Při čtení znamená vodivá buňka jedničku,
nevodivá nulu. V čem je uvedené řešení výhodnější než CD nebo DVD? Základní
rozměr jedné paměťové buňky se pohybuje mezi 100 a 200 nm, což je pouze jedna
pětina plochy nutné k uložení jednoho bitu na CD. Bude-li další výzkum úspěšný,
mohl by materiál být základem pamětí tenkých jako papír, které by vstřebaly
miliony bitů na jeden čtvereční centimetr. Počítá se i s tím, že by se
jednotlivé vrstvy skládaly na sebe, což by dále umožnilo zvýšit hustotu zápisu.
V praxi to znamená, že by tyto paměti mohly být výrazně menší než klasická CD
či DVD. Další výhodou je, že na rozdíl od CD či DVD není pro zápis ani pro
čtení nutná žádná pohyblivá jednotka. Taková paměť se proto dá vyčíst velmi
rychle, rychleji než CD či DVD. Výzkumníci již na konci roku 2003 představili
první funkční paměťovou buňku tohoto typu. V současné době hledají cesty, jak
buňky propojit dohromady do matice, aby se daly používat jako opravdová paměť.
Paměti by měly být určeny především k ukládání velkých objemů dat, jako jsou
obrázky či filmy. Když všechno půjde dobře a neobjeví se žádné skryté problémy,
mohly by se první funkční paměti tohoto typu objevit na trhu během pěti let.

Přepisovatelné paměti
V současné době jsou velmi oblíbené paměti typu flash, tedy malé paměti, do
nichž lze rychle a s poměrně nízkou spotřebou zapsat data. Data je možné
opakovaně přepisovat a v paměti zůstávají libovolně dlouho i po odpojení
napájecího napětí. Výroba klasických pamětí flash je však velmi drahá, a proto
je pochopitelné, že se velcí výrobci pamětí velmi zajímají i o plastovou
elektroniku.
Jedním z významných investorů v této oblasti byla společnost Intel, která
vložila kapitál do uskupení Thin Film Electronics (TFE), jehož majoritním
vlastníkem je norská firma Opticon ASA. TFE se zabývá výzkumem v oblasti
plastových pamětí. Základní strukturou je zde tenká vrstva vodivého polymeru,
která je uzavřena mezi dvě vrstvy s elektrodovou maticí. Tyto vrstvy slouží k
ovládání polymerového paměťového média, ke čtení a zápisu se používají různé
polarity napětí. Výroba jedné vrstvy této paměti stojí zhruba stejně jako
výroba klasické křemíkové paměti. Jenže polymerovou paměť by mělo být možné
skládat do vrstev, a tak by se dalo dosáhnout vyšší hustoty zápisu za ceny
výrazně nižší než u křemíkových pamětí. Navíc by celé řešení mělo jít snadno
kombinovat s klasickou elektronikou. První funkční paměti se očekávaly v roce
2005 nebo 2006. Už v polovině května 2004 se ale ukázalo, že to asi bude jinak.
Firma Opticom ASA varovala své akcionáře, že Intel může od spolupráce ustoupit,
a zahájila reorganizace v TFE. Letos v únoru bylo oficiálně oznámeno, že Intel
minimálně v prvním čtvrtletí roku 2005 nebude do výzkumu investovat. Oficiálním
důvodem k ukončení spolupráce byl fakt, že řešení od TFE "není slučitelné se
stávajícími produkty firmy Intel". To může znamenat prakticky cokoliv, ale
spekuluje se, že řešení vyvinuté TFE sice v principu funguje, ale že se je
zatím nepodařilo zprovoznit v teplotním rozsahu požadovaném firmou Intel. Další
projekty
Existují však i úspěšnější projekty. Firma Philips a University of Groeningen
koncem února oznámily, že se jim podařilo najít řešení využitelné pro
průmyslovou výrobu plastových pamětí. Jejich základní strukturou je unipolární
tranzistor, jehož hradlová elektroda je vyrobena z polymerového
feroelektrického materiálu. Tento materiál může existovat ve dvou stavech,
přičemž každý z nich mění prahové napětí celého tranzistoru, a tím zásadně mění
jeho chování po připojení provozního napětí na jeho elektrody. Stavy materiálu
lze měnit aplikací vysokonapěťového impulzu. Připojením definovaného napětí na
elektrody a detekcí, zda tranzistorem za této situace prochází elektrický
proud, lze zjistit, ve kterém ze stavů tranzistor právě nachází. Paměti by tedy
mohly být programovatelné i čtené elektronicky s využitím standardních
křemíkových technologií. Celý princip již byl dříve zkoumán, ale zatím nebylo
známo řešení, jež by umožnilo levnou průmyslovou výrobu a jež by pracovalo v
běžném teplotním rozmezí. Philips však nyní tvrdí, že jeho paměť udrží
informace po dlouhou dobu, že se dá rychle programovat a že celý proces
nevyžaduje extrémní provozní napětí. Očekává také, že by se struktura dala
vyrábět již zmíněnou technologií bezdotykového tisku, čímž by bylo možno
dosáhnout nízkých výrobních nákladů. Uvidíme, zda se za dva roky objeví nové
zprávy, nebo zda Philips celý projekt v tichosti ukončí jako Intel.
Co dál?
I kdyby vývoj plastických pamětí nepokračoval tak úspěšně, jak investoři
doufají, výzkum v oboru rozhodně neustane. Plastiková elektronika má i jiné
výhody je totiž plastiková. Křemík je poměrně křehký a tvrdý kov, zato směs
polymerů lze zpracovat do pružné a ohebné fólie. Výhody displejů, jejichž
matrice by byla nanášena na tenký plast, jsou asi zřejmé plastikové displeje
budou mechanicky podstatně odolnější, navíc půjdou všelijak ohýbat, rolovat a
skládat. Podobně výhodné by mohly být i plastikové solární panely budou lehčí,
odolnější, ohebnější, a díky tomu se s nimi bude lépe manipulovat. Plastikové
logické součástky se prý uplatní hlavně ve výrobě inteligentních obalových
materiálů nebo pro výrobu již zmíněných inteligentních cenovek. Představte si
kelímek s jogurtem, který umí sám kontrolovat, zda už jeho obsah náhodou není
prošlý. Ohebná matrice s obvody je vhodná také pro výrobu různých senzorů a
měřicích prvků na zkoumané místo by se prostě nalepil kus fólie, který by
dokázal zaznamenat požadovaná data a rovnou je připravit pro další zpracování.
Optimistické studie tvrdí, že se během roku 2006 objeví první reálné plastikové
displeje, v roce 2007 použitelné paměti a v roce 2008 i první procesory.
Neznamená to však žádnou revoluci. Nelze očekávat, že by plastová elektronika v
nejbližších letech výrazně převálcovala klasickou elektroniku. Většina aplikací
zatím míří do oborů, v nichž se křemíková elektronika příliš nepoužívala, nebo
používat nešla. Nikdo si zatím netroufá předpovídat, zda, kdy a ve kterém oboru
se poprvé přímo střetnou plasty s křemíkem. Existují sice studie, které tvrdí,
že by plastová elektronika mohla umožnit výrobu procesorů s taktovací frekvencí
v řádech THz, ale zatím jsou to jen teorie.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.