پردازنده‌ی پلاستیکی، تراشه‌ای قابل انعطاف

[Mehdi.Aref 26780]

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، در کنفرانس بین المللی مدارهای حالت جامد در سان‌فرانسیسکو در فوریه‌ی 2011، پژوهش‌گران اروپایی اولین ریزپردازنده‌ی ساخته شده با نیمه‌هادی‌های زیستی (organic semiconductors) را معرفی کردند.

 

این پردازنده با 4000 ترانزیستور، مداری با منطق 8 بیتی دارای قدرت پردازشی تنها معادل مدل‌های سیلیکونی دهه‌ی 1970 است، ولی یک مزیت کلیدی دارد: این‌که می‌تواند خم شود. طراحان تجهیزات الکترونیکی می‌گویند این تراشه می‌تواند آغازگر راهی به سوی نمایش‌گرها و سنسورهای انعطاف‌پذیر ارزان‌تر شود. در کاربردهایی که نیاز به پیچیدن به دور لوله وجود دارد، برای مثال، برگه‌های سنسور با این پردازنده می‌تواند مقدار متوسط فشار آب را ثبت کند، یا در صنایع غذایی و داروسازی می‌تواند وضعیت فساد غذا و یا فراموشی دارو و... را مشخص کند.

 

به گفته‌ی جان ژِنُوِه (Jan Genoe) پژوهش‌گر پلیمر و الکترونیک ملکولی در مرکز پژوهش نانوتک بلژیک (nanoelectronics research center)، آی‌مِک (IMEC)، در لِئووِن که سرپرستی این پژوهش را به همراه هم‌کارش کریس ماینی (Kris Myny) برعهده دارد، راه حل این کار برای طراحان تراشه رام کردن ترانزیستورهای زیستی است که تا حدی رفتار سرکشانه دارند. مزیتی که سیلیکون نسبت به مدارات زیستی دارد، ساختار تک بلوری آن است که اجازه‌ی ایجاد کلیدهای خوش رفتار را می‌دهد. اگر شما ولتاژ گیت ترانزیستور را به بالاتر از حدی که ولتاژ آستانه نامیده می‌شود افزایش دهید، جریان شروع به جاری شدن می‌کند. اما ترانزیستورهای زیستی امروزی -که در آن‌ها بسپار (پلیمر) جایگزین سیلیکون شده است- غیر قابل پیش‌بینی هستند، هر کدام می‌توانند آستانه‌ی هدایت کمی متفاوت داشته باشند.

 

در کاربردهایی که ترانزیستورهای زیستی پیش از این استفاده می‌شدند، مانند روشن و خاموش کردن پیکسل‌ها در برخی از نمایش‌گرهای کتاب‌خوان‌های الکترونیکی، کارکرد نامناسب تعدادکمی از ترانزیستورها در کارکرد کلی سیستم تأثیر نمی‌گذارد. این در حالی است که در مدارهای منطقی، یک ترانزیستور ساده می‌تواند کل سیستم را متوقف کند. به گفته‌ی ژنوه: «اگر تنها یک بیت برای مدت کوتاهی خاموش شود، آنگاه هیچ چیز کار نمی‌کند.»

 

بنابراین گروه ژنوه گیتی اضافی در پشت هر ترانزیستور زیستی اضافه نموده‌اند. به گفته‌ی وی این گیت پشتی به پژوهش‌گران اجازه می‌دهد میدان الکتریکی را در نیمه‌هادی بهتر کنترل کنند و بنابراین از کلیدزنی تصادفی جلوگیری کنند.

 

ساختن تراشه‌ی با ضخامت 25 میکرومتر آغاز ایجاد زیر لایه‌ی ساخته شده با پلی اتیلن هیدروکربن یا به عبارتی پلاستیک است. ژنوه می‌گوید: « شما می‌توانید آن را با ماده‌ای که به دور ساندویچ خود می‌پیچید مقایسه کنید. بسیار انعطاف پذیر است.» گروه پژوهشی، لایه‌ای با ضخامت 25 نانومتر از جنس طلا روی آن قرار داده‌اند که برای ساخت مدار الگوسازی شده است. بر روی آن یک دی‌الکتریک زیستی، به همراه دومین لایه‌ی الگوسازی شده‌ی طلا، و در نهایت نیمه‌هادی زیستی ساخته شده از پنتاسین قرار می‌گیرد.

 

بعد از ساخت تراشه، تیم ژنوه آن را با اجرای یک برنامه 16 خطی برای میانگین‌گیری تغییرات مقادیر ورودی با آنچه در حافظه ذخیره شده است تست کردند. این برنامه، یک نرم‌افزار برای آنچه در دومین تراشه‌ی قابل انعطاف سیم‌بندی شده است، محسوب می‌شود. به گفته‌ی ژنوه این پردازنده می‌تواند شش دستور اجرایی را در یک ثانیه انجام دهد.

 

ژنوه امیدوار است چنین تراشه‌هایی بتوانند با قیمت یک دهم مدارهای مشابه سیلیکونی ساخته شود اما برای درک این ادعا، تولیدکنندگان نیاز به تفسیر پژوهش‌گران آی‌مِک از لیتوگرافی نوری کنترل شده با دقت زیاد دارند تا با تکنیک تبدیل تولید با مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی به حالتی برسند که در سطح بزرگ قابل به‌کارگیری باشد، یعنی الکترونیک چاپی.

 

دَن گاموتا رئیس شرکت چاپ الکترونیکی پرینتووِیت تکنولوژی (Printovate Technologies) در پالاتین، I11، می‌گوید: « این امر به سختی آنچه فکر می‌شود نیست.» گاموتا که در این پژوهش مشارکت نداشته است، در دهه‌ی اول 2000، زمانی که در موتورولا سرپرست بود به کاربران ماشین چاپ‌های تجاری آموخته بود که چگونه تکنیک‌های سنتی چاپ جوهر روی کاغذ را برای ساخت نمایش‌گر با الکترونیک چاپی اولیه به‌کار گیرند.

 

او می‌گوید چاپ کردن مدارهای منطقی باز هم همان ملزومات را خواهد داشت. به گفته‌ی وی برای الکترونیک چاپی امروزی، همانند آنچه در گذشته برای تجهیزات روشنایی پیشنهاد شد، ضخامت ماده بسیار تعیین کننده است، اما برای مدارهای منطقی تولید کنندگان همچنین نیازمند تنظیم لایه‌ها به شکل کاملاً دقیق خواهند بود. این امر علاوه بر ابزارهای جدید اندازه‌گیری نیاز به برنامه‌های جدید آموزش قابلیت اطمینان برای کاربران ماشین چاپ دارد. گاموتا می‌گوید: «یک کاربرالکترونیک چاپی مشابه یک مکانیک است که می‌داند چگونه روی یک اتومبیل فِراری کار کند، در حالی که یک چاپ‌کننده‌ی سنتی نحوه‌ی تعمیر فورد را می‌داند.»

 

به گفته‌ی گاموتا با وجود این‌که صنعت تولید در حال توسعه است، ولی او باور نمی‌کند مدارهای منطقی زیستی بتوانند حتی چندصد ترانزیستور از میلیون‌ها ترانزیستوری که در تراشه‌های سیلسکونی امروزی به‌کار می‌رود را تشکیل دهد. در عوض او می‌گوید در این حوزه به نظر می‌رسد استفاده از مدارهای زیستی نسبت به پردازنده‌های سیلیکونی مانند برنامه‌ی سایدکیک یک کند ذهن است. او به عنوان مثال خرید یک شلوار جدید را با استفاده از تلفن هوشمند برای ارتباط مستقیم با مدارهای پلاستیکی که درون لباس قرار دارد را توصیف می‌کند. این مدار به شما خواهد گفت که شلوار مربوطه اگر آن را بپوشید چگونه خواهد شد و به این ترتیب امکان پرو مجازی برای شما وجود خواهد داشت.

 

مشابه گاموتا، گِروین گِلینک که در بخش تراشه‌ی آی‌مک کار می‌کند، معتقد است که مدارهای زیستی کار خود را به عنوان تکمیل کننده‌ی سیلیکون شروع خواهند کرد. گلینک که در مراکز مختلف و مهمی فعالیت داشته است، معتقد است سرانجام شاید مدارهای زیستی پیچیده‌تری در تجهیزاتی مانند نمایش‌گرها، برای کاهش اندازه و قیمت این ابزارها با تراشه‌های سیلیکونی "جانبی" جایگزین شود.