在标准喷墨打印机上打印的快速3位存储单元迄今为止,计算机设备中已经使用了两种类型的存储器:1)非易失性但相对较慢的闪存; 2)易失性快速随机存取存储器,例如DRAM。 但是理想的存储器结合了这两种类型的优点-写和读应该很快,但同时又是非易失性的,不会被破坏,包括多次读取操作。 不同公司的研究团队正在开发这种类型的内存。 提议的存储器类型之一是电导桥RAM(CBRAM),这是一种电阻RAM(ReRAM)。
CBRAM实际上结合了RAM和闪存的属性。 它具有简单的导体-电介质-导体类型的结构。 CBRAM单元的电阻在两个状态之间以电化学方式变化。 如果施加适当的电压,则金属线会在两个电极之间形成互连,这对应于导通状态下的低电阻。 线可以在不同的电压下部分溶解,从而使电池回到高电阻状态(OFF)。
ReRAM开发中最有前途的领域之一是在喷墨打印机上打印存储单元。 此过程不需要使用光刻和洁净室,从而大大降低了制造电子产品的成本。 此外,使用便宜的薄膜作为基材,我们可以获得对柔性电子产品非常有用的存储器。 这大大扩展了电子设备的范围。
以前在打印机上进行内存打印的研究主要集中在
电动流体动力打印方法上 。 不幸的是,目前,所有用标准喷墨存储技术印刷的存储设备都需要额外的生产步骤,例如
电镀或
光刻结构 。
但是现在,慕尼黑应用科技大学的物理学家发现
了CBRAM喷墨方法,该方法不需要额外的后处理 。 完全可用的电阻RAM设备退出打印机。 该方法易于适应
辊技术 -在柔性塑料辊上制造电子设备的过程。
ReRAM的关键要素是绝缘层,该绝缘层为离子迁移和金属丝的产生提供了空间。 已经尝试了许多材料来发挥这种作用,包括Ag
2 S,ZnO,SiO
2 ,GeSe和聚合物,其中SiO
2 在所有材料中显示出
最佳的开关特性 。
德国物理学家将霍尼韦尔Accuglass 111材料用作绝缘层,它是一种甲基硅氧烷聚合物,其中包含一层上述SiO
2 。 然后,该聚合物在喷墨打印机上涂有几个附加层。 研究人员使用了标准的市售喷墨打印机
FujiFilm Dimatix材料打印机DMP-2850 ,该
打印机用于打印不同的材料。 在这种情况下,需要三种液体材料:
- 银纳米颗粒的导电层;
- 旋转玻璃(电介质);
- PEDOT导电有机聚合物:PSS。
结果是具有可重写随机存取存储器的真正灵活的印版。 根据科学著作的作者,使用电化学方法将信息重写到此类设备中需要相对较小的电流:用于记录的电流为1微安,用于切换为导通状态(形成金属导体)的电压为0.5伏,而用于切换为截止状态的负电压为-0.05伏。 。
电流强度(以纳安为单位)和记录电压,以及相应的电阻和电压特性
相对于旋转玻璃的烧结温度导通的电压最重要的是,研究人员实现了从ON到OFF再回到300纳秒的切换速度。 这意味着存储器可以以3.33 MHz的频率运行。 这确实是快速的记忆。
有趣的是,以这种方式制造的存储单元可能是多位的。 即,通过改变电压,可以在每个存储单元中设置不同的电阻,从而不仅在它们中记录0和1,而且还记录其他值。 研究人员说,每个单元都能够接收可以清楚地区分的八个电子状态(结果为000、001、010、011、100、101、110和111,即三个位)。 目前尚不清楚如何使用三位内存。 也许只是为了增加信息存储的密度。
现在,印版上的存储记录的密度仅取决于打印机能够打印的分辨率。 DMP-2850型号可打印100×100微米的单元,但是喷墨技术的任何改进都会立即增加存储容量。
显微镜下的一个存储单元科学家希望,印刷柔性电子产品将成为与塑料3D打印一样的革命性技术。 任何人都将能够为自己的家用电器打印新的电子板,或者在必要时仅打印出用于个人计算机的RAM。
打印的内存在0.1 V电压下成功经受了10,000次读取操作。
该科研成果于2017年4月
发表在《应用物理学快报》上(doi:10.1063 / 1.4978664)。