14 juli 2011
Imec, Holst Centre, TNO en Polymer Vision ontwikkelen microprocessor in plastic
Imec, Holst Centre en TNO hebben dit jaar, samen met hun partner Polymer Vision, als eerste ter wereld een werkende 8-bit microprocessor gemaakt door 4.000 organische transistors rechtstreeks op een flexibele plastic folie te deponeren. Het gebruik van een goedkope organische (plastic) grondstof in plaats van het dure silicium dat traditioneel door de chipindustrie gebruikt wordt, opent de weg naar nieuwe nichetoepassingen waarbij goedkope rekenkracht gewenst is, zoals voor slimme verpakkingen die na gebruik weggegooid worden, of voor flexibele toepassingen zoals oprolbare beeldschermen of gebruik in textiel.
Afbeelding - De eerste functionele 8-bit organische microprocessor ter wereld, met zo'n 4.000 organische dunnefilm-transistoren op een flexibele folie.
De plastic microprocessor van imec, Holst Centre,,TNO en Polymer Vision is de eerste organische microprocessor ter wereld. Ook al is de microprocessor momenteel de traagste microprocessor ter wereld, hij betekent een enorme stap vooruit, net zoals indertijd de Intel-4004. Toen Intel in 1971 haar allereerste 4-bit silicium microprocessor, de Intel 4004, lanceerde, bestond die uit 2.300 transistors en kon die eenvoudige berekeningen uitvoeren. Niemand had toen verwacht dat deze microprocessor de start van het digitale tijdperk zou betekenen. Vandaag bouwt Intel 64-bit processors die bestaan uit miljarden siliciumtransistors die razend snel zeer complexe bewerkingen kunnen uitvoeren aan een relatief beperkt vermogenverbruik. De evolutie van de silicium processorchips heeft ons professionele, privé en sociaal leven drastisch veranderd. Elektronische huishoudtoestellen, smart phones, tablet pc’s, intelligente navigatiesystemen, … zijn niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Dat de organische microprocessor ook zo’n revolutie zal veroorzaken is niet te voorspellen. Maar de demonstratie van een eerste organische microprocessor bewijst dat goedkope organische circuits een alternatief kunnen zijn in een aantal toepassingen voor het dure silicium dat vandaag courant gebruikt wordt in de chipproductie. Op gebied van snelheid en kracht zullen de organische circuits de klassieke halfgeleiders steeds moeten laten voorafgaan. Maar organische halfgeleiders hebben heel wat andere voordelen. Ze zijn flexibel en kunnen gemakkelijk en goedkoop aangebracht worden over een zeer grote oppervlakte. Toepassingen waarbij circuit gedrukt worden op verpakkingen, zoals nu reclame gedrukt wordt op verpakkingen, worden mogelijk. Op termijn denken we aan toepassingen zoals goedkope en flexibele organische microprocessors in bijvoorbeeld slimme verpakkingen van geneesmiddelen die aangeven wanneer een medicijn moet ingenomen worden of verpakkingen waarmee de authenticiteit kan gecontroleerd worden of de versheid. Een karton koekjes uit de supermarkt zou kunnen tellen hoeveel koekjes je er al uit nam, en vervolgens aangeven hoeveel calorieën je reeds op hebt.
Dit werk werd uitgevoerd in samenwerking met Polymer Vision, een van de partners in de onderzoeksprogramma’s van Holst Centre en de K.U. Leuven, en was gedeeltelijk ondersteund door het EU-Project COSMIC (IST-IP-247681).
Waaruit bestaat de microprocessor?
De organische microprocessor die imec, Holst Centre , TNO en Polymer Vision ontwikkelden is samengesteld uit twee dunne folies (25µm), namelijk een microprocessor folie met 3.381 transistors (1,96×1,72cm2) en een instructiecode folie met uit 612 transistors (0,72×0,64cm2). De folies werden opgebouwd door organische lagen (pentaceen en isolatoren) en metalen (voor de verbindingen) afwisselend te deponeren op een flexibele ondergrond. De microprocessor werkt met een voedingsspanning tussen 10 en 20V bij een kloklfrequentie tot 6Hz. Het vermogenverbruik bij 10V voedingsspanning is typisch 92µW.
