RFID標(biāo)簽幫助完成首個(gè)塑料計(jì)算機(jī)處理器的生產(chǎn)

　　硅是我們周圍使用的計(jì)算機(jī)的基石，但是半導(dǎo)體器件的非柔性意味著它的使用范圍是受限的。首個(gè)塑料半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)處理器和存儲(chǔ)器芯片的誕生表明，有一天，計(jì)算機(jī)的影響將無處不在。

　　歐洲的研究人員使用4000個(gè)塑料或有機(jī)晶體管來制造塑料微處理器，這種處理器大概為2平方厘米大小，置于軟性塑料薄片上。來自比利時(shí)微電子納米技術(shù)研究中心（IMEC nanotechnology center）的簡·葛諾（Jan Genoe）說，“與使用硅相比，這種材料可以降低成本，并提高柔韌性”。葛諾及其同事與荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究院（TNO research organization）和顯示器公司Polymer Vision的研究人員一起開展工作。

　　該處理器目前只能運(yùn)行16條指令的簡單程序。命令是被硬編碼進(jìn)用塑料電路蝕刻的附屬薄片上，這樣就可以與處理器連接起來“加載”程序。葛諾說，這樣處理器可以計(jì)算進(jìn)來的信號(hào)的運(yùn)行平均值，這是一個(gè)接收傳感器信號(hào)并進(jìn)行處理的芯片要做的事情。芯片以6赫茲的速度運(yùn)行（這比現(xiàn)在桌面機(jī)器運(yùn)行速度慢100萬倍），與現(xiàn)在計(jì)算機(jī)處理器128位的處理能力相比，這個(gè)芯片最多只能處理8位的信息。

　　有機(jī)晶體管已經(jīng)使用在LED顯示器和RFID標(biāo)簽上，但是沒有以這樣的規(guī)模組合使用，或用于制造各種處理器。上個(gè)月，國際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC conference）在加利福尼亞圣何塞召開，該微處理器在會(huì)上展出。

　　制造這種處理器，首先要準(zhǔn)備25微米厚的軟性塑料片，葛諾說，“就像你包午餐用的東西一樣”。然后在上面鋪上一層金電極，接著是一個(gè)絕緣塑料層和組成處理器4000個(gè)晶體管的塑料半導(dǎo)體。通過旋轉(zhuǎn)塑料薄片把一滴有機(jī)液體鋪成薄而均勻的一層來制作晶體管。緩慢加熱塑料薄片，液體變成在有機(jī)半導(dǎo)體中廣泛使用的并五苯固體（pentacene）。然后使用光刻法蝕刻并五苯層來使晶體管最終成型。

　　葛諾說，將來，通過印刷如油墨一樣的有機(jī)部件，可以使制作這種處理器的成本更低廉?！坝醒芯啃〗M致力于卷對(duì)卷或片對(duì)片的印刷”，他說，“但是在制作小尺寸非擺動(dòng)（物理上不規(guī)則）的有機(jī)晶體管上，還需要有進(jìn)步?！蹦壳白詈玫膶?shí)驗(yàn)室規(guī)模的印刷方法只能交付數(shù)十倍于微米級(jí)的可靠晶體管，他說。

　　制造塑料晶體管處理器是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)楹陀行蚬杈w制作的晶體管不同，所有塑料晶體管的表現(xiàn)可能不是相同的。每個(gè)晶體管的表現(xiàn)有輕微差別是因?yàn)樗鼈兪怯煞墙Y(jié)晶的并五苯分子所組成。葛諾說，“沒有兩個(gè)是相同的，我們必須對(duì)這種可變性進(jìn)行研究并仿真，以期做出以最大幾率運(yùn)轉(zhuǎn)正常的設(shè)計(jì)?！?/P>

　　研究小組成功了，但這并不意味著塑料處理器可以在消費(fèi)計(jì)算機(jī)上替換硅處理器。葛諾解釋說，“有機(jī)材料在根本上限制了運(yùn)行速度?！彼Ｍ芰咸幚砥鞒霈F(xiàn)在硅處理器因?yàn)閮r(jià)格和物理上的非柔性而產(chǎn)生瓶頸的地方。低廉的有機(jī)材料與傳統(tǒng)硅相比，可以使塑料方法的價(jià)格降低十倍。

　　“你可以想象一個(gè)被輸氣管包裹著的有機(jī)氣體傳感器使用軟性微處理器清除嘈雜信號(hào)，來對(duì)任何泄露情況進(jìn)行報(bào)告?！彼芰想娮赢a(chǎn)品使得一次性交互顯示器可以被包裝起來，例如食品，葛諾說，“你可以按下按鈕來給你吃的餅干增加卡路里?！?/P>

　　明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）的有機(jī)電子研究人員張偉（音譯Wei Zhang）說，這些應(yīng)用不僅僅需要塑料處理器。在有機(jī)處理器被展示的大會(huì)上，張偉及其同事展示了首個(gè)印刷有機(jī)DRAM存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），大多數(shù)電腦都是用這種存儲(chǔ)器和處理器一起工作用于短期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過噴霧器的噴嘴噴出有機(jī)“油墨”層來制作24平方微米大小的存儲(chǔ)器陣列，可以存儲(chǔ)64位的信息。

　　張偉說，之前的印刷存儲(chǔ)器是非揮發(fā)的，也就是說，即使斷電，它也會(huì)保存數(shù)據(jù)，這不適合包括了頻繁讀寫和改寫操作的短期存儲(chǔ)。明尼蘇達(dá)的研究小組能夠印刷DRAM是因?yàn)樗麄冊(cè)O(shè)計(jì)了一種印刷有機(jī)晶體管，使用離子凝膠絕緣物質(zhì)隔離電極。

　　內(nèi)部的離子較之傳統(tǒng)的非離子絕緣體可以使凝膠層存儲(chǔ)更多的電荷。這強(qiáng)調(diào)了限制有機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展的兩個(gè)問題。凝膠的電荷存儲(chǔ)能力降低了操作晶體管和由其構(gòu)成的存儲(chǔ)器所需的功率；也使得存儲(chǔ)器中用來表示1和0的電荷等級(jí)變得明顯，并可以在不需要存儲(chǔ)器刷新的情況下持續(xù)一分鐘之久。

　　張偉說，有機(jī)印刷DRAM可用于由印刷有機(jī)LED構(gòu)成的顯示器中圖像幀的短期存儲(chǔ)。這使得更多的設(shè)備可以用印刷方法來制造，拋棄一些硅組件，并降低成本。

　　把有機(jī)微處理器和存儲(chǔ)器結(jié)合起來的方法可以降低成本，盡管張偉說這兩者目前還不能連接?！斑@些工作是新技術(shù)，所以我們不能保證它們可以構(gòu)造并一起工作”，張偉說，“但是在將來，這是可行的?！?/P>