Only Perception: 輥對輥製程印出數千個便宜、彈性的記憶元件

2012-08-06

輥對輥製程印出數千個便宜、彈性的記憶元件

Roll-to-roll process prints thousands of cheap, flexible memory elements
http://phys.org/news/2012-07-roll-to-roll-thousands-cheap-flexible-memory.html

By Lisa Zyga, July 31, 2012

(Phys.org) -- 在降低彈性 write-once-read-many (WORM) 記憶裝置之製造成本的嘗試中，一個來自芬蘭的研究團隊已發展出一種製程，能在彈性基質上大量印製幾千個像這樣的記憶體。因為它們不能夠再次寫入，WORM 記憶體對防竄改（tamper-proof）應用來說格外有用，例如電子投票與儲存病歷。

芬蘭 VTT 技術研究中心的研究者，Jaakko Leppaniemi, Tomi Mattila, Terho Kololuoma, Mika Suhonen, 與 Ari Alastalo，已將其關於 WORM 記憶體印製過程的論文發表在最近一期的 Nanotechnology 上。

WORM 記憶體是一種電阻式記憶體，其中資料利用高電阻的「0」態以及低電阻的「1」態寫入。讀取時可使用某種裝置，那透過物理性接觸來測量不同的電阻或揮動記憶體而無須接觸的電容式。

為了實現電阻式 WORM 記憶體，研究者利用一種結合二種不同商用印墨（由 Advanced Nano Products Ltd. 生產）優勢的銀奈米膏（nanopaste）混合物來製備位元（bits）。印墨之一稱為 DGP，在適當電功率下，具有可寫入的優勢，但由於在高電阻「0」態下會失去電阻，因此具有不穩定的缺點。第二種印墨，稱為 DGH，具有相反特性：寫入時需要高電功率，不過長期穩定性改善了。雖然這些印墨本身在製造記憶位元上都不是最理想的，不過研究者發現，結合二者會產生最好的結果：適當的寫入功率以及優良的長期穩定性。

混合後，這二種印墨會形成一種自我組織的網路，那允許研究者調整位元的初始導電度以及「0」態電阻。研究者可藉由控制奈米粒子如何燒結（sintered）以及靠的多近來控制電阻：當粒子未燒結且適當分離時電阻高，但當粒子燒結且聚結（coalesce）時電阻減少。為了控制粒子間的距離，研究者利用封裝配位基（ligands）的奈米粒子來避免結塊（agglomeration）並創造出高電阻「0」態。為使電阻減少，也因而從「0」態切換到「1」態，研究者以電流加熱來移除封裝。熱熔化了配位基，允許未封裝的粒子聚結與燒結，從而達到高導電度與低電阻。

在此法中，這種技術允許選擇性地與不可逆性地改變位元的電阻，造就出 WORM 記憶體功能。如同科學家所解釋的，這種記憶體在真實世界的運用上有著重要優勢。

"此記憶體的優勢在於可加工性（processability），" Leppaniemi 表示。"這些記憶體能以高產量的方式印製，且位元的特性可藉由改變位元印墨的組成來調整。相較於可列印的鐵電隨機存取記憶體，這種電阻式記憶體還提供簡單、非破壞性的讀取。"

就穩定性而論，研究者觀察到記憶體在黑暗的乾燥環境中儲存四個月以後，電阻開始出現緩慢衰退。由於自我燒結（self-sintering）的緣故，衰退始於較不穩定的「0」態，那會減少其電阻。然而，即使在 19 個月的監測時間之後，研究者描述那些位元仍維持良好的「0」態穩定性。相較之下，當暴露在 85 度的高溫與 85% 的高相對濕度下，電阻在不到三小時內就迅速下降。

為了展示 WORM 記憶體的簡單應用，研究者與 Stora Enso Oyj 一起為 Printed Electronics Europe 2011 研討會製造 1000 張電子問卷調查卡，與會者利用它來票選出研討會上的最佳攤位。印出來的彈性電池提供小型寫入電壓（不到 10 伏特），而問卷調查卡內的 LED 則指示按鈕已成功按下。問卷調查卡僅代表一種可能的 WORM 記憶體用途，研究者希望在未來能進一步改良。

"目標是提供印製好的記憶體來處理邏輯（問題）並達到更高的位元數，" Leppaniemi 表示。"此外，透過適當封裝改良長期穩定性也需要更進一步關注。"

※ 相關報導：

＊ Roll-to-roll printed resistive WORM memory on a flexible substrate
http://iopscience.iop.org/0957-4484/23/30/305204/