211service.com
Polymeer geheugen
Terwijl microchipmakers steeds meer uit silicium blijven wringen, zouden de meest dramatische verbeteringen in de elektronica-industrie van een heel ander materiaal kunnen komen: plastic. Labs over de hele wereld werken aan geïntegreerde schakelingen, displays voor draagbare apparaten en zelfs zonnecellen die afhankelijk zijn van elektrisch geleidende polymeren - niet van silicium - voor goedkope en flexibele elektronische componenten. Nu racen twee van 's werelds toonaangevende chipfabrikanten om een nieuwe voorraad te ontwikkelen voor dit plastic micro-elektronische arsenaal: polymeergeheugen.
Advanced Micro Devices uit Sunnyvale, CA, werkt samen met Coatue, een startup in Woburn, MA, om chips te ontwikkelen die gegevens opslaan in polymeren in plaats van in silicium. Volgens Andrew Perlman, CEO van Coatue, zou de technologie kunnen leiden tot een goedkoper en compacter alternatief voor flashgeheugenchips - het type geheugen dat wordt gebruikt in digitale camera's en mp3-spelers. Ondertussen werkt Intel samen met Thin Film Technologies in Linkping, Zweden, aan een vergelijkbaar polymeergeheugen met hoge capaciteit.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van september 2002
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Polymeermicro-elektronica is potentieel veel goedkoper om te maken dan siliciumapparaten. In plaats van fabricageapparatuur van miljarden dollars die circuits op een siliciumwafel etst, zouden fabrikanten uiteindelijk inkjetprinters kunnen gebruiken om circuits van vloeibaar polymeer op een oppervlak te spuiten. Polymeergeheugen wordt geleverd met een extra bonus: in tegenstelling tot het geheugen op uw pc, behoudt het informatie, zelfs nadat de stroom is uitgeschakeld. Een dergelijk niet-vluchtig geheugen biedt potentiële voordelen - niet in de laatste plaats het vooruitzicht dat u nooit hoeft te wachten tot een pc is opgestart - en een aantal onderzoekers werkt aan verschillende benaderingen (zie Magnetic Random-Access Memory, TR juli/augustus 2002). Maar polymeergeheugen zou mogelijk veel meer gegevens kunnen opslaan dan andere niet-vluchtige alternatieven.
Polymeergeheugen slaat informatie op een geheel andere manier op dan siliciumapparaten. In plaats van nullen en enen te coderen als de hoeveelheid lading die in een cel is opgeslagen, slaan de chips van Coatue gegevens op op basis van de elektrische weerstand van het polymeer. Met behulp van technologie onder licentie van de Universiteit van Californië, Los Angeles en de Russische Academie van Wetenschappen in Novosibirsk, fabriceert Coatue elke geheugencel als een polymeer tussen twee elektroden. Toepassing van een elektrisch veld op een cel verlaagt de weerstand van het polymeer, waardoor het vermogen om stroom te geleiden toeneemt; het polymeer behoudt zijn toestand totdat een veld van tegengestelde polariteit wordt toegepast om zijn weerstand terug te brengen naar zijn oorspronkelijke niveau. De verschillende geleidbaarheidstoestanden vertegenwoordigen stukjes informatie.
Coatue's polymeer geheugencellen zijn ongeveer een kwart zo groot als conventionele siliciumcellen. En in tegenstelling tot siliciumapparaten, kunnen de polymeercellen worden gestapeld om een driedimensionale structuur te produceren. Die architectuur zou zich kunnen vertalen in geheugenchips met meerdere keren de opslagcapaciteit van flashgeheugen. Tegen 2004 hoopt Coatue geheugenchips op de markt te hebben die 32 gigabit kunnen opslaan, beter dan flashgeheugen, dat tegen die tijd ongeveer twee gigabit zou moeten bevatten.
Maar het zal niet gemakkelijk zijn om polymeergeheugen in een commercieel product te veranderen. Geheugentechnologieën concurreren niet alleen op opslagcapaciteit, maar ook op snelheid, energieverbruik en betrouwbaarheid. De moeilijkheid zit hem in het voldoen aan alle eisen van de huidige siliciumgeheugenchips, zegt Thomas Theis, directeur natuurwetenschappen bij IBM's Watson Research Center in Yorktown Heights, NY. Totdat nieuwe geheugenmaterialen kunnen concurreren met de hoge prestaties van silicium, merkt Theis op, zullen ze waarschijnlijk beperkt blijven tot nichetoepassingen.
Een waarschijnlijk gebruik is in wegwerpelektronica, waar kosten, in plaats van prestaties, de beslissende factor zijn. Onderzoekers van Bell Laboratories van Lucent Technologies werken aan geheugenapparaten van polymeer voor gebruik in identificatietags. Het polymeergeheugen dat door Bell Labs wordt gemaakt, is nog steeds relatief traag volgens siliciumnormen, en de verwachte capaciteit is slechts in de orde van een kilobit. Maar, zegt Bell Labs-chemicus Howard Katz, de flexibele en goedkope polymeergeheugenapparaten kunnen zeer aantrekkelijk zijn voor bijvoorbeeld identificatietags die bedoeld zijn om na een paar keer gebruik weggegooid te worden.
Naarmate de polymeergeheugentechnologie vordert, kan dit de weg vrijmaken voor computers die volledig zijn gemaakt van plastic elektronische componenten, van het display tot de logische chip. Dat kan tientallen jaren duren, maar naarmate onderzoekers de grenzen van polymeren verleggen, lijkt de visie minder vergezocht. En op korte termijn zegt Coatue dat het polymeergeheugen kan worden geïntegreerd in de bestaande siliciuminfrastructuur. De revolutie is al begonnen, zegt MIT-chemicus Tim Swager, wetenschappelijk adviseur van Coatue.