Celdas de memoria rápidas de 3 bits impresas en una impresora de inyección de tinta estándarHasta la fecha, se han utilizado dos tipos de memoria en dispositivos informáticos: 1) memoria flash no volátil, pero relativamente lenta; 2) memoria volátil de acceso aleatorio rápido como DRAM. Pero una memoria ideal combina las ventajas de estos dos tipos: debe ser rápida para escribir y leer, pero al mismo tiempo no es volátil y no debe destruirse, incluso de múltiples operaciones de lectura. Es este tipo de memoria la que están desarrollando los equipos de investigación de diferentes compañías. Uno de los tipos de memoria propuestos es Conductive Bridge RAM (CBRAM), un tipo de RAM resistiva (ReRAM).
CBRAM realmente combina las propiedades de RAM y memoria flash. Tiene una estructura simple de tipo conductor-dieléctrico-conductor. La resistencia de una célula CBRAM cambia de manera electroquímica entre dos estados. Si aplica el voltaje apropiado, el hilo metálico forma una interconexión entre los dos electrodos, lo que corresponde a una baja resistencia en el estado ON. El hilo se puede disolver parcialmente a un voltaje diferente, devolviendo la celda a un estado de alta resistencia (APAGADO).
Una de las áreas más prometedoras en el desarrollo de ReRAM es imprimir celdas de memoria en una impresora de inyección de tinta. Este proceso no requiere el uso de litografía y una sala limpia, lo que reduce significativamente el costo de fabricación de productos electrónicos. Además, al usar un sustrato de una película barata, obtenemos una memoria que es excelente para la electrónica flexible. Y esto amplía enormemente el alcance de los dispositivos electrónicos.
Investigaciones previas en el área de impresión de memoria en una impresora se han centrado principalmente en
métodos de impresión electrohidrodinámica . Desafortunadamente, en este momento, todos los dispositivos de memoria impresos con tecnología de memoria de inyección de tinta estándar requieren pasos de fabricación adicionales, como
galvanoplastia o
estructuración litográfica .
Pero ahora, los físicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Munich han encontrado
el método de inyección de tinta CBRAM, que no requiere un procesamiento posterior adicional . Los dispositivos RAM resistentes que están completamente listos para usar salen de la impresora. El método es fácil de adaptar para la
tecnología de rollos : el proceso de fabricación de dispositivos electrónicos en rollos de plástico flexible.
Un elemento clave de ReRAM es la capa aislante, que proporciona espacio para la migración de iones y la creación de filamentos metálicos. Se han probado muchos materiales en este papel, incluidos Ag
2 S, ZnO, SiO
2 , GeSe y polímeros, y el SiO
2 muestra las
mejores características de conmutación entre todos .
Los físicos alemanes utilizaron el material Honeywell Accuglass 111 para la capa aislante. Es un polímero de metilsiloxano que contiene una capa del mencionado SiO
2 . Este polímero se recubre con varias capas adicionales en una impresora de inyección de tinta. Los investigadores usaron la impresora de inyección de tinta estándar comercialmente disponible
FujiFilm Dimatix Materials Printer DMP-2850 , que se utiliza para imprimir con diferentes materiales. En este caso, se necesitan tres materiales líquidos:
- una capa eléctricamente conductora de nanopartículas de plata;
- vidrio giratorio (dieléctrico);
- PEDOT Polímero orgánico conductor: PSS.
El resultado son placas verdaderamente flexibles con memoria de acceso aleatorio regrabable. Según los autores del trabajo científico, la reescritura de información en dichos dispositivos mediante un método electroquímico requiere una corriente relativamente pequeña: 1 microamperio para grabar, 0.5 voltios para cambiar al estado ENCENDIDO (formación de un conductor de metal) y voltaje negativo de -0.05 voltios para cambiar al estado APAGADO .
Intensidad de corriente (en nanoamperios) y voltaje durante el registro, así como las características de resistencia y voltaje correspondientes
El voltaje que se ENCIENDE con respecto a la temperatura de sinterización del vidrio giratorioLo más importante, los investigadores lograron una velocidad de conmutación de ON a OFF y de regreso a 300 nanosegundos. Esto significa que la memoria puede funcionar a una frecuencia de 3,33 MHz. Esta es una memoria realmente rápida.
Curiosamente, las celdas de memoria fabricadas de esta manera son potencialmente multibit. Es decir, al variar el voltaje, es posible establecer diferentes resistencias en cada celda de memoria y así registrar no solo 0 y 1 en ellas, sino también otros valores. Los investigadores dicen que cada célula es capaz de recibir ocho estados de electrones que se distinguen claramente entre sí (resulta 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111, es decir, tres bits). Todavía no está claro cómo usar la memoria de tres bits. Tal vez solo para aumentar la densidad del almacenamiento de información.
Ahora la densidad del registro de memoria en la placa depende solo de la resolución con la que la impresora puede imprimir. El modelo DMP-2850 imprime celdas de 100 × 100 micras, pero cualquier mejora en la tecnología de inyección de tinta aumentará instantáneamente la capacidad de memoria.
Una celda de memoria bajo el microscopio.Los científicos esperan que la impresión electrónica flexible se convierta en tecnologías tan revolucionarias como la impresión 3D desde plástico. Cualquiera podrá imprimir una nueva placa electrónica para su electrodoméstico o simplemente imprimir RAM para una computadora personal si es necesario.
La memoria impresa soportó con éxito 10.000 operaciones de lectura a 0.1 V.
El trabajo científico fue
publicado en la revista Applied Physics Letters en abril de 2017 (doi: 10.1063 / 1.4978664).