Cellules de mémoire 3 bits rapides imprimées sur une imprimante à jet d'encre standardÀ ce jour, deux types de mémoire ont été utilisés dans les appareils informatiques: 1) une mémoire flash non volatile mais relativement lente; 2) mémoire vive aléatoire volatile comme la DRAM. Mais une mémoire idéale combine les avantages de ces deux types - elle doit être rapide pour l'écriture et la lecture, mais en même temps non volatile et ne pas être détruite, y compris à partir de plusieurs opérations de lecture. C'est ce type de mémoire qui est développé par des équipes de recherche de différentes entreprises. L'un des types de mémoire proposés est la RAM à pont conducteur (CBRAM), un type de RAM résistive (ReRAM).
CBRAM combine vraiment les propriétés de la RAM et de la mémoire flash. Il présente une structure simple de type conducteur-diélectrique-conducteur. La résistance d'une cellule CBRAM change de manière électrochimique entre deux états. Si vous appliquez la tension appropriée, le fil métallique forme une interconnexion entre les deux électrodes, ce qui correspond à une faible résistance à l'état ON. Le fil peut être partiellement dissous à une tension différente, ramenant la cellule à un état de haute résistance (OFF).
L'un des domaines les plus prometteurs du développement de ReRAM est l'impression de cellules de mémoire sur une imprimante à jet d'encre. Ce processus ne nécessite pas l'utilisation de la lithographie et d'une salle blanche, ce qui réduit considérablement le coût de fabrication de l'électronique. De plus, en utilisant un substrat d'un film bon marché, nous obtenons une mémoire idéale pour l'électronique flexible. Et cela élargit considérablement la portée des appareils électroniques.
Des recherches antérieures dans le domaine de l'impression en mémoire sur une imprimante se sont principalement concentrées sur
les méthodes d'impression électrohydrodynamique . Malheureusement, à l'heure actuelle, tous les dispositifs de mémoire imprimés avec la technologie de mémoire à jet d'encre standard nécessitent des étapes de production supplémentaires, telles que la
galvanoplastie ou la
structuration lithographique .
Mais maintenant, les physiciens de l'Université des sciences appliquées de Munich ont trouvé
la méthode jet d'encre CBRAM, qui ne nécessite pas de post-traitement supplémentaire . Les périphériques RAM résistifs complètement prêts à l'emploi quittent l'imprimante. La méthode est facile à adapter à la
technologie des rouleaux - le processus de fabrication d'appareils électroniques sur des rouleaux de plastique souple.
Un élément clé de ReRAM est la couche isolante, qui offre un espace pour la migration des ions et la création de filaments métalliques. De nombreux matériaux ont été essayés dans ce rôle, notamment Ag
2 S, ZnO, SiO
2 , GeSe et polymères, le SiO
2 présentant les
meilleures caractéristiques de commutation parmi tous .
Les physiciens allemands ont utilisé le matériau Honeywell Accuglass 111 pour la couche isolante. Il s'agit d'un polymère de méthylsiloxane qui contient une couche du SiO
2 susmentionné. Ce polymère est ensuite recouvert de plusieurs couches supplémentaires sur une imprimante à jet d'encre. Les chercheurs ont utilisé l'imprimante à jet d'encre
FujiFilm Dimatix Materials Printer DMP-2850 , disponible dans le commerce, qui est utilisée pour l'impression avec différents matériaux. Dans ce cas, trois matériaux liquides sont nécessaires:
- une couche électriquement conductrice de nanoparticules d'argent;
- verre de spin (diélectrique);
- Polymère organique conducteur PEDOT: PSS.
Le résultat est des plaques vraiment flexibles avec une mémoire vive réinscriptible. Selon les auteurs des travaux scientifiques, la réécriture d'informations dans de tels appareils à l'aide d'une méthode électrochimique nécessite un courant relativement faible: 1 microampère pour l'enregistrement, 0,5 volt pour le passage à l'état ON (formation d'un conducteur métallique) et tension négative de –0,05 volt pour le passage à l'état OFF .
Intensité du courant (en nano-ampères) et tension pendant l'enregistrement, ainsi que les caractéristiques de résistance et de tension correspondantes
La tension à allumer par rapport à la température de frittage du verre de spinPlus important encore, les chercheurs ont atteint une vitesse de commutation de ON à OFF et vice-versa à 300 nanosecondes. Cela signifie que la mémoire peut fonctionner à une fréquence de 3,33 MHz. C'est une mémoire vraiment rapide.
Fait intéressant, les cellules de mémoire fabriquées de cette manière sont potentiellement multi-bits. C'est-à-dire qu'en faisant varier la tension, il est possible de régler une résistance différente dans chaque cellule de mémoire et ainsi d'enregistrer non seulement 0 et 1 dans celles-ci, mais également d'autres valeurs. Les chercheurs disent que chaque cellule est capable de recevoir huit états électroniques qui se distinguent clairement les uns des autres (il s'avère que 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 et 111, c'est-à-dire trois bits). Il n'est pas encore clair comment utiliser la mémoire à trois bits. Peut-être juste pour augmenter la densité de stockage des informations.
Maintenant, la densité de l'enregistrement de la mémoire sur la plaque ne dépend que de la résolution avec laquelle l'imprimante est capable d'imprimer. Le modèle DMP-2850 imprime des cellules de 100 × 100 microns, mais toute amélioration de la technologie à jet d'encre augmentera instantanément la capacité de la mémoire.
Une cellule mémoire sous le microscopeLes scientifiques espèrent que l'impression d'électronique flexible deviendra des technologies aussi révolutionnaires que l'impression 3D à partir de plastique. N'importe qui pourra imprimer une nouvelle carte électronique pour son appareil électroménager ou simplement imprimer de la RAM pour un ordinateur personnel si nécessaire.
La mémoire imprimée a résisté avec succès à 10 000 opérations de lecture à 0,1 V.
Le travail scientifique a été
publié dans la revue Applied Physics Letters en avril 2017 (doi: 10.1063 / 1.4978664).