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Le premier processeur informatique en plastique
Le silicium peut soutenir les ordinateurs qui nous entourent, mais la rigidité rigide du semi-conducteur signifie qu'il ne peut pas atteindre partout. Le premier processeur d'ordinateur et les puces de mémoire fabriqués à partir de semi-conducteurs en plastique suggèrent qu'un jour, nulle part ne sera hors de portée pour la puissance informatique.
Pouvoir plastique : Ce microprocesseur est fabriqué à partir de matériaux organiques. Il est chétif par rapport à la plupart des processeurs au silicium, mais il est flexible et bon marché.
Des chercheurs européens ont utilisé 4 000 transistors en plastique ou organiques pour créer le microprocesseur en plastique, qui mesure environ deux centimètres carrés et est construit sur une feuille de plastique flexible. Par rapport à l'utilisation de silicium, cela a l'avantage d'être moins cher et d'être flexible, explique Jan Genoe au Centre de nanotechnologie IMEC à Louvain, Belgique. Des collègues de Genoe et d'IMEC ont travaillé avec des chercheurs du organisme de recherche TNO et société d'affichage Vision polymère , tous deux aux Pays-Bas.
Le processeur ne peut jusqu'à présent exécuter qu'un seul programme simple de 16 instructions. Les commandes sont codées en dur dans une seconde feuille gravée avec des circuits en plastique qui peuvent être connectés au processeur pour charger le programme. Cela permet au processeur de calculer une moyenne courante d'un signal entrant, ce qu'une puce impliquée dans le traitement du signal d'un capteur pourrait faire, explique Genoe. La puce fonctionne à une vitesse de six hertz - de l'ordre d'un million de fois plus lente qu'une machine de bureau moderne - et ne peut traiter les informations que par morceaux de huit bits au maximum, contre 128 bits pour les processeurs informatiques modernes.
Les transistors organiques ont déjà été utilisés dans certains écrans LED et étiquettes RFID, mais n'ont pas été utilisés pour fabriquer un processeur d'aucune sorte. Le microprocesseur a été présenté au Conférence de l'ISSCC à San Jose, en Californie, le mois dernier.
La fabrication du processeur commence avec une feuille de plastique souple de 25 micromètres d'épaisseur, comme celle avec laquelle vous pourriez envelopper votre déjeuner, explique Genoe. Une couche d'électrodes en or est déposée sur le dessus, suivie d'une couche isolante en plastique, d'une autre couche d'électrodes en or et des semi-conducteurs en plastique qui composent les 4 000 transistors du processeur. Ces transistors ont été fabriqués en faisant tourner la feuille de plastique pour étaler une goutte de liquide organique en une couche mince et uniforme. Lorsque la feuille est chauffée doucement, le liquide se transforme en pentacène solide, un semi-conducteur organique couramment utilisé. Les différentes couches ont ensuite été gravées par photolithographie pour réaliser le motif final des transistors.
À l'avenir, de tels processeurs pourraient être fabriqués à moindre coût en imprimant les composants organiques comme l'encre, explique Genoe. Il existe des groupes de recherche travaillant sur l'impression rouleau à rouleau ou feuille à feuille, dit-il, mais des progrès sont encore nécessaires pour fabriquer des transistors organiques de petites tailles qui ne sont pas bancales, c'est-à-dire physiquement irrégulières. Les meilleures méthodes d'impression à l'échelle du laboratoire jusqu'à présent ne peuvent fournir des transistors fiables que de quelques dizaines de micromètres, dit-il.
Créer un processeur à base de transistors en plastique était un défi, car contrairement à ceux fabriqués à partir de cristaux de silicium ordonnés, on ne peut pas faire confiance à tout le monde pour se comporter comme les autres. Les transistors en plastique se comportent chacun légèrement différemment car ils sont constitués d'ensembles amorphes et mélangés de cristaux de pentacène. Vous n'en aurez pas deux qui se valent, dit Geneo. Nous avons dû étudier et simuler cette variabilité pour élaborer une conception ayant les meilleures chances de se comporter correctement.
L'équipe a réussi, mais cela ne signifie pas que la scène est prête pour que les processeurs en plastique remplacent ceux en silicium dans les ordinateurs grand public. Les matières organiques limitent fondamentalement la vitesse de fonctionnement, explique Genoe. Il s'attend à ce que les processeurs de plastique apparaissent dans des endroits où le silicium est bloqué par son coût ou sa rigidité physique. Le coût inférieur des matériaux organiques utilisés par rapport au silicium conventionnel devrait rendre l'approche plastique environ 10 fois moins chère.
Vous pouvez imaginer un capteur de gaz organique enroulé autour d'un tuyau de gaz pour signaler toute fuite avec un microprocesseur flexible pour nettoyer le signal bruyant, dit-il. L'électronique en plastique pourrait également permettre d'intégrer des écrans interactifs jetables dans des emballages, par exemple pour les aliments, explique Genoe. Vous pouvez appuyer sur un bouton pour qu'il additionne les calories dans les biscuits que vous avez mangés », dit-il.
Mais de telles applications nécessiteront plus que des processeurs de plastique, explique Wei Zhang, qui travaille sur l'électronique organique à l'Université du Minnesota. Lors de la même conférence où le processeur organique a été dévoilé, Zhang et ses collègues ont présenté la première mémoire organique imprimée d'un type connu sous le nom de DRAM, qui fonctionne avec le processeur dans la plupart des ordinateurs pour le stockage de données à court terme. La matrice mémoire de 24 millimètres carrés a été réalisée en accumulant plusieurs couches d'encre organique projetée à partir d'une buse comme un aérosol. Il peut stocker 64 bits d'informations.
La mémoire imprimée précédente était non volatile, ce qui signifie qu'elle conserve les données même lorsque l'alimentation est coupée et ne convient pas au stockage à court terme impliquant une écriture, une lecture et une réécriture fréquentes, explique Zhang. Le groupe du Minnesota a pu imprimer la DRAM car il a conçu une forme de transistor organique imprimé qui utilise un gel riche en ions pour le matériau isolant qui sépare ses électrodes.
Les ions à l'intérieur permettent à la couche de gel de stocker plus de charge qu'un isolant conventionnel sans ions. Cela résout deux problèmes qui ont limité le développement de la mémoire organique. La capacité de stockage de charge du gel réduit la puissance nécessaire pour faire fonctionner le transistor et la mémoire construite à partir de celui-ci ; il permet également aux niveaux de charge utilisés pour représenter 1 et 0 dans la mémoire d'être bien distincts et de persister jusqu'à une minute sans avoir besoin de rafraîchir la mémoire.
La DRAM organique imprimée pourrait être utilisée pour le stockage à court terme de cadres d'images dans des écrans qui sont aujourd'hui fabriqués avec des LED organiques imprimées, explique Zhang. Cela permettrait de fabriquer davantage d'appareils à l'aide de méthodes d'impression et d'éliminer certains composants en silicium, réduisant ainsi les coûts.
Trouver un moyen de combiner des microprocesseurs organiques et de la mémoire pourrait encore réduire les prix, bien que Zhang affirme que les deux ne sont pas encore prêts à se connecter. Ces efforts sont de nouvelles techniques, nous ne pouvons donc pas garantir qu'ils seront construits et fonctionneront ensemble, explique Zhang. Mais à l'avenir, cela aurait du sens.