طباعة خلايا ذاكرة سريعة 3 بت على طابعة نافثة للحبر قياسيةحتى الآن ، تم استخدام نوعين من الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر: 1) ذاكرة فلاش غير متطايرة ، ولكن بطيئة نسبيًا ؛ 2) ذاكرة وصول عشوائي متقلبة سريعة مثل DRAM. لكن الذاكرة المثالية تجمع بين مزايا كلا هذين النوعين - يجب أن تكون سريعة للكتابة والقراءة ، ولكن في نفس الوقت غير متقلبة ولا يتم تدميرها ، بما في ذلك من عمليات قراءة متعددة. هذا النوع من الذاكرة هو الذي يتم تطويره من قبل فرق بحثية من شركات مختلفة. أحد أنواع الذاكرة المقترحة هو RAM موصل الجسر (CBRAM) ، وهو نوع من ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (ReRAM).
يجمع CBRAM بين خصائص ذاكرة الوصول العشوائي والذاكرة المحمولة. لديها بنية نوع موصل عازل-موصل بسيط. تتغير مقاومة خلية CBRAM بطريقة كهروكيميائية بين دولتين. إذا قمت بتطبيق الجهد المناسب ، فإن الخيط المعدني يشكل ترابطًا بين القطبين ، والذي يتوافق مع المقاومة المنخفضة في حالة ON. يمكن حل الخيط جزئيًا بجهد مختلف ، مما يعيد الخلية إلى حالة مقاومة عالية (OFF).
واحدة من أكثر المجالات الواعدة في تطوير ReRAM هي طباعة خلايا الذاكرة على طابعة نافثة للحبر. لا تتطلب هذه العملية استخدام الطباعة الحجرية وغرفة نظيفة ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة تصنيع الإلكترونيات. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام ركيزة من فيلم رخيص ، نحصل على ذاكرة رائعة للإلكترونيات المرنة. وهذا يوسع نطاق الأجهزة الإلكترونية بشكل كبير.
ركزت الأبحاث السابقة في مجال طباعة الذاكرة على الطابعة بشكل أساسي على
طرق الطباعة الكهروهيدروديناميكية . لسوء الحظ ، في الوقت الحالي ، تتطلب جميع أجهزة الذاكرة المطبوعة بتقنية ذاكرة الحبر النفاث القياسية خطوات إنتاج إضافية ، مثل
الطلاء الكهربائي أو
الهيكلة الحجرية .
ولكن الآن ، وجد علماء الفيزياء من جامعة ميونيخ للعلوم التطبيقية
طريقة CBRAM النافثة للحبر ، والتي لا تتطلب المزيد من المعالجة اللاحقة . أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة الجاهزة للاستخدام تمامًا تخرج من الطابعة. هذه الطريقة سهلة التكيف مع
تقنية اللف - عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية على لفات من البلاستيك المرن.
أحد العناصر الرئيسية لـ ReRAM هو الطبقة العازلة ، والتي توفر مساحة لترحيل الأيونات وإنشاء خيوط معدنية. تمت تجربة العديد من المواد في هذا الدور ، بما في ذلك Ag
2 S و ZnO و SiO
2 و GeSe والبوليمرات ، حيث يُظهر SiO
2 أفضل خصائص التحويل بين الجميع .
استخدم الفيزيائيون الألمان مادة Honeywell Accuglass 111 للطبقة العازلة ، وهي عبارة عن بوليمر ميثيل سيلوكسان يحتوي على طبقة من SiO2 المذكور أعلاه. يتم بعد ذلك طلاء هذا البوليمر بعدة طبقات إضافية على طابعة نافثة للحبر. استخدم الباحثون الطابعة النافثة للحبر القياسية المتوفرة تجاريًا
FujiFilm Dimatix Materials Printer DMP-2850 ، والتي تستخدم للطباعة بمواد مختلفة. في هذه الحالة ، هناك حاجة إلى ثلاث مواد سائلة:
- طبقة موصلة للكهرباء من الجسيمات النانوية الفضية ؛
- زجاج دوار (عازل) ؛
- البوليمر العضوي موصل PEDOT: PSS.
والنتيجة هي لوحات مرنة حقًا مع ذاكرة وصول عشوائي قابلة لإعادة الكتابة. وفقًا لمؤلفي العمل العلمي ، تتطلب إعادة كتابة المعلومات في مثل هذه الأجهزة باستخدام طريقة كهروكيميائية تيارًا صغيرًا نسبيًا: 1 ميكرو أمبير للتسجيل ، 0.5 فولت للتحول إلى حالة ON (تشكيل موصل معدني) والجهد السلبي –0.05 فولت للتحول إلى حالة OFF .
القوة الحالية (في الأمبيرات النانوية) والجهد أثناء التسجيل ، وكذلك خصائص المقاومة والجهد المقابلة
الجهد المراد تشغيله فيما يتعلق بدرجة حرارة التلبيد للزجاج الدوارالأهم من ذلك ، حقق الباحثون سرعة التحول من ON إلى OFF والعودة عند 300 نانو ثانية. هذا يعني أن الذاكرة يمكن أن تعمل بتردد 3.33 ميجاهرتز. هذه ذاكرة سريعة حقا.
ومن المثير للاهتمام أن خلايا الذاكرة المصنعة بهذه الطريقة من المحتمل أن تكون متعددة البتات. أي ، من خلال تغيير الجهد ، من الممكن تعيين مقاومة مختلفة في كل خلية ذاكرة وبالتالي تسجيل ليس فقط 0 و 1 فيها ، ولكن أيضًا قيم أخرى. يقول الباحثون أن كل خلية قادرة على استقبال ثماني حالات إلكترون يمكن تمييزها بوضوح عن بعضها البعض (يتبين أن 000 و 001 و 010 و 011 و 100 و 101 و 110 و 111 ، أي ثلاث بتات). لم يتضح بعد كيفية استخدام ذاكرة ثلاثية البتات. ربما فقط لزيادة كثافة تخزين المعلومات.
الآن تعتمد كثافة سجل الذاكرة على اللوحة فقط على الدقة التي تستطيع الطابعة من خلالها الطباعة. يطبع طراز DMP-2850 خلايا 100 × 100 ميكرون ، ولكن أي تحسينات في تقنية نفث الحبر ستزيد سعة الذاكرة على الفور.
خلية ذاكرة واحدة تحت المجهريأمل العلماء في أن تصبح طباعة الإلكترونيات المرنة تقنيات ثورية مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد من البلاستيك. سيتمكن أي شخص من طباعة لوحة إلكترونية جديدة لأجهزته المنزلية أو ببساطة طباعة ذاكرة الوصول العشوائي لجهاز كمبيوتر شخصي إذا لزم الأمر.
تمكنت الذاكرة المطبوعة بنجاح من إجراء 10000 عملية قراءة عند 0.1 فولت.
نُشر العمل العلمي في مجلة Applied Physics Letters في أبريل 2017 (doi: 10.1063 / 1.4978664).