Painetut kytkimet aivojen inspiroimiin piireihin
Tulostettava transistoriarkkitehtuuri käyttää redox-portausta vanadiinidioksidin virran moduloimiseen, mikä mahdollistaa joustaville antureille ja kehittyville neuromorfisille laitteistoille pienitehoisen kytkennän.
Yhdysvaltain energiaministeriön Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat ovat osoittaneet, kuinka räätälöityjä musteita ja edistyneitä tulostusmenetelmiä voidaan käyttää kestävien, pienitehoisten transistorien rakentamiseen.Tutkimus korostaa, kuinka painettu elektroniikka voi jonain päivänä mahdollistaa joustavia antureita, älykkäitä ikkunoita ja muita tekniikoita, jotka vaativat luotettavia, energiaa säästäviä komponentteja.
Tämän työn etuna on kyky luoda elektronisia kytkimiä, jotka kestävät tuhansia jaksoja toimiessaan erittäin alhaisilla jännitteillä.Perinteiset painetut laitteet epäonnistuvat usein vain muutaman käyttökerran jälkeen, mutta Argonnen tiimi raportoi, että niiden transistorit voivat toimia yli 6 000 sykliä ilman heikkenemistä.Tämä kestävyys yhdistettynä vähävirtaiseen käyttöön viittaa sovelluksiin alueilla, joilla energiatehokkuus ja luotettavuus ovat kriittisiä.
Käyttämällä vanadiinidioksidia, materiaalia, joka voi toimia sekä johtimena että eristimenä, tiimi loi kytkimiä, jotka voivat ohjata virranvirtausta luotettavasti.Prosessia nimeltä redox-gating käytettiin lisäämään tai poistamaan elektroneja pienellä jännitteellä, pienemmällä jännitteellä kuin tavallisessa akussa.Tämä hellävaraisempi menetelmä välttää materiaalin vaurioitumisen, jolloin laitteet kestävät pidempään.
Tutkijat viittaavat mahdollisiin käyttötarkoituksiin joustavissa sensoreissa, pienitehoisissa älylaitteissa ja jopa neuromorfisessa tietojenkäsittelyssä, joissa piirit jäljittelevät tapaa, jolla ihmisen aivot käsittelevät tietoa.Valmistuksessa tällaiset painetut komponentit voivat alentaa kustannuksia ja mahdollistaa nopean prototyyppien valmistuksen, kun taas kuluttajateknologioissa ne voisivat tukea energiaa säästävää elektroniikkaa jokapäiväisiin laitteisiin.
Painetut transistorit toimivat niinkin alhaisilla jännitteillä kuin 0,4-0,5 volttia, vaihtoivat tiloja noin sekunnissa ja tehostivat virrankulkua 50 prosenttia minimaalisella energiankulutuksella.Laitteet osoittivat vakaata suorituskykyä tuhansien jaksojen ajan, ja niillä oli vankka vasteaika ja mahdollisuus räätälöidä 3D-tulostuksen avulla.Tutkijat käyttivät Argonnen nanomittakaavan materiaalien ja edistyneen fotonilähteen keskusta sekä Brookhavenin National Synchrotron Light Source II:ta musteformulaatioiden tarkentamiseen ja laiterakenteiden analysointiin.
Argonnen kemisti Wei Chen sanoo saavutuksestaan: "Aiemmissa menetelmissä laitteet pystyivät käymään vain muutaman kerran - joskus vain 10 sykliä - ennen kuin ne epäonnistuivat. Laitteemme voivat toimia tuhansia syklejä ilman ongelmia."
