半导体已经从根本上改变了世界。如今,它们充当计算机,智能手机,家庭电子产品以及越来越多的连接设备的大脑。然而,有一个很大的问题:在恶劣的环境中使用硅很难(通常不可能),那里可能会暴露于水,污垢和极端温度。
此外,常规的硅制造工艺很昂贵,它们需要大量资源。解释约翰·比格斯,在英国的半导体和软件设计公司机构的杰出工程师:“硅在过去几十年中经历了令人难以置信的转变。但是,基于硅的电子产品在某些应用和情况下可能面临挑战。需要更具用途和价格便宜的和便宜的价格微芯片。”
答案可能在于塑料半导体。
经过二十多年的灵活电子学研究,该概念终于采用了。去年,使用塑料芯片的想法在英国的Arm and Cambridge总部位于英国的Pragmatic半导体宣布他们已经共同宣布共同向前迈进开发了塑料芯片最终可以在各种情况下使用。
“务实的技术令人兴奋的是,它创造了一种将电子产品和通常不被视为电子产品的产品放置的方法。”凯瑟琳·拉姆斯代尔,务实半导体技术高级副总裁。Biggs补充说:“非常便宜且灵活的处理器可能会导致所有事物的互联网。”
超越硅
产生灵活的半导体的想法可以追溯到二十年来。贝尔实验室开始在1990年代后期探索该概念,并使用纸,塑料或金属箔底物出现了各种设计和原型。例如,在2000年,剑桥大学的研究人员使用塑料开发了廉价的微芯片技术。当时,目标是在衣服中建造灵活的陈列品和嵌入芯片。
研究人员继续探索该空间,这可能会彻底改变医学和生物医学(生物学和生理原理在临床实践中的应用),工业和环境监测以及智能城市。塑料芯片可以用作运输容器和食品包装上的智能标签,以监视温度和变质,在化学罐中,以衡量温度和气体的堆积,在香水瓶上以防止假冒伪造,以及在人体上或在人体中分配医学或监测疾病。
“有大量的潜在应用灵活的电子设备,特别是在医学和生物医学方面。”约翰·罗杰斯,西北大学材料科学教授。“塑料和有机材料的使用引入了传统半导体范围之外的可能性。”
务实的芯片依赖于32位Cortex-M0 CPU处理器称为塑料,这可以为每芯片的便士生产。所有电路都使用标准行业流程直接在塑料基板上制造。Ramsdale说,尽管当前的设计仅配备只读内存(这意味着它只能执行硬接线代码),该技术的图版本可以包含可编程和灵活的内存。
这使Ploadarm成为迄今为止开发的最先进的柔性微芯片。当前的设计是在柔性底物上使用薄膜晶体管设计的第一个非Silicon ARM处理器,在60平方米毫米之内构成了56,340个组件。它支持456个字节的ROM和128个字节RAM,比其他柔性芯片提高了12倍。尽管如此,Biggs表示,0.8微米技术将硅拖延了三到四十年。
拉姆斯代尔解释说:“务实的技术并非打算取代硅,而是旨在补充它。”“在许多情况下,您不需要高处理能力,您只想进行一些基本的计算。这将成本从几美元到每芯片的几美分。这使得可以极大地扩展使用电子和计算。”
弯曲逻辑
Arm的Biggs说,这种塑料芯片的开发不是目标。研究人员和工程师继续探索材料,并致力于扩大船上处理和提高制造业的收益。这可能包括研究将塑料和其他柔性底物与更常规的基于硅的处理器相结合的混合技术。它可能涉及以不同的方式磨碎硅或制造芯片。
罗杰斯说,混合芯片代表了一个强大的框架。“您可以开发高性能的电子材料类别,以制造用于特定目的的灵活设备。”Biggs补充说:“可以设计出极其灵活但功能强大的智能传感器,这些传感器可以处理边缘的处理。它们可以分类数据并将有用的数据发送到云中。”
就目前而言,突破是扩大事物互联网和使计算力量更加普遍和普遍的重要一步。在接下来的几年中,它可能会出现在牛奶纸箱,绷带,甚至是威士忌酒瓶上。
拉姆斯代尔说:“这项技术可以为各种各样的任务增加智能,从监测食物到分析伤口。”“它增加了RFID和其他无线技术无法提供的一层智能。”
塞缪尔·格林加德(Samuel Greengard)是位于美国俄勒冈州西林恩市的作家和记者。
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