Fotografi av en utskriven WORM-minnesbank med 26 bitar, med en optisk mikroskopbild av bitlayouten till höger. Bitstorleken är cirka 200 x 300 mikrometer. Bildkredit:Leppäniemi, et al. ©2012 IOP Publishing Ltd
(Phys.org) -- I ett försök att sänka kostnaderna för att tillverka flexibla skriv-en gång-läs-många (WORM) minnesenheter, ett team av forskare från Finland har utvecklat en tillverkningsprocess som kan masstrycka tusentals av dessa minnen på ett flexibelt substrat. Eftersom de inte kan skrivas om, WORM-minnen är särskilt användbara för manipuleringssäkra applikationer, såsom elektronisk röstning och lagring av journaler.
Forskarna, Jaakko Leppäniemi, Tomi Mattila, Terho Kololuoma, Mika Suhonen, och Ari Alastalo vid Finlands tekniska forskningscenter VTT, har publicerat sin artikel om WORM-minnesutskriftsprocessen i ett färskt nummer av Nanoteknik .
WORM-minnet är ett resistivt minne där data skrivs med ett högresistivt "0"-tillstånd och ett lågresistivt "1"-tillstånd. Avläsning kan utföras med en enhet som mäter de olika motstånden genom fysisk kontakt eller kapacitivt genom att svepa över minnet utan att ta kontakt.
För att realisera ett resistivt WORM-minne, forskarna förberedde bitar av en silvernanopastblandning som kombinerar fördelarna med två olika kommersiella bläck från Advanced Nano Products Ltd. En av bläcken, kallas DGP, har fördelen att vara skrivbar med måttlig elektrisk kraft, men har nackdelen av instabilitet på grund av att det högresistiva '0'-tillståndet tappar motstånd. Det andra bläcket, kallas DGH, har motsatta egenskaper:det kräver en hög elektrisk effekt för att skriva men har förbättrad långsiktig stabilitet. Även om inget av bläcket i sig är optimalt för att göra minnesbitar, forskarna fann att en kombination av dem ger det bästa av två världar:måttlig elektrisk kraft för att skriva och god långsiktig stabilitet.
(a) Illustration av utskriftsprocessen från rulle till rulle. Efter utskrift, rullen som innehåller WORM-minnesbankerna matas in i en stansmaskin, och några av de nedskurna WORM -minnesbankerna är laminerade. (b) VTT:s rull-till-rulle-utskriftslinje "ROKO." Bildkredit:Leppäniemi, et al. ©2012 IOP Publishing Ltd
När de kombineras, de två bläcken bildar ett självorganiserat nätverk, vilket gör det möjligt för forskarna att justera den initiala konduktiviteten och "0"-tillståndsresistansen för bitarna. Forskarna kunde kontrollera motståndet genom att kontrollera hur sintrade och nära varandra nanopartiklarna är:motståndet är högt när partiklarna är osintrade och väl separerade, men minskar när partiklarna sintrar och smälter samman. För att kontrollera avståndet mellan partiklar, forskarna använde nanopartiklar inkapslade med ligander för att förhindra agglomeration och skapa det högresistiva "0"-tillståndet. För att minska motståndet, och därmed växla från "0" -läget till "1" -läget, forskarna tog bort inkapslingen genom uppvärmning med elektrisk ström. Värmen smälter liganden, som tillåter de oinkapslade partiklarna att smälta samman och sintra, där de uppnår högre ledningsförmåga och lägre motstånd.
På det här sättet, tekniken möjliggör selektiv och irreversibel modifiering av bitarnas resistans, aktivera en WORM-minnesfunktion. Som forskarna förklarade, ett sådant minne har viktiga fördelar för verklig användning.
"Fördelen med minnet ligger i bearbetbarheten, ”Berättade Leppäniemi Phys.org . "Minnen kan skrivas ut med hög genomströmningsmetoder och bitegenskaperna kan skräddarsys genom att ändra sammansättningen av bitbläcket. Också, det resistiva minnet ger enkla, oförstörande avläsning vid jämförelse, till exempel, till utskrivbara ferroelektriska direktminnen."
(a) Ett frågeformulärskort med en utskriven 12-bitars WORM-minnesbank, flexibelt batteri, och LED. (b) Roll-to-roll-utskrift av WORM-minnesbankerna för kortet med VTT:s "ROKO"-utskriftslinje. (c) WORM-minnesbanksförsintring och avläsningsenheten. Bildkredit:Leppäniemi, et al. © 2012 IOP Publishing Ltd.
När det gäller stabilitet, forskarna observerade början av en långsam minskning av motståndet efter att ha lagrats i fyra månader i mörker med ett torkmedel vid omgivande förhållanden. Nedgången berodde på det mindre stabila "0"-tillståndet på grund av självsintring, vilket minskade dess motstånd. Dock, även efter 19 månaders övervakningstid, forskarna beskrev bitarna som att bibehålla en god "0"-tillståndsstabilitet. I kontrast, när den utsätts för en hög temperatur på 85 °C (185 °F) och en hög relativ luftfuktighet på 85 %, motståndet genomgick en snabb nedgång på mindre än tre timmar.
För att demonstrera en enkel tillämpning av WORM-minnet, forskarna, tillsammans med Stora Enso Oyj, tillverkade 1, 000 elektriska frågeformulärskort för konferensen Printed Electronics Europe 2011 som deltagarna använde för att rösta fram den bästa montern på konferensen. Ett flexibelt tryckt batteri levererade den lilla skrivspänningen (mindre än 10 volt), och en lysdiod inuti kortet indikerade en lyckad knapptryckning. Enkätkorten representerar bara en möjlig användning av WORM-minnet, som forskarna hoppas kunna förbättra ytterligare i framtiden.
“Målet är att tillhandahålla logik för tryckt minne som adresserar logik och når högre bitmängder, ” sa Leppäniemi. "Också, Att förbättra den långsiktiga stabiliteten via korrekt inkapsling kräver ytterligare uppmärksamhet. ”
Copyright 2012 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.
