Ontwerp van een aansturingssysteem voor organische geheugens

De chipindustrie heeft transistors steeds verder verkleind tot de 100nm-grens overschreden werd en het nanoCMOS-tijdperk aanbrak. Naarmate de verkleining zich voortzet, worden de beperkingen ook meer zichtbaar: bij afmetingen kleiner dan 10nm is het gedrag anders dan bij grotere afmetingen.

Binnen 10 tot 15 jaar zal de traditionele manier van transistorverkleining op een muur van technologische beperkingen botsen. Nieuwe materialen op nanometerschaal en nieuwe concepten voor de opslag van digitale informatie zullen nodig zijn om de mogelijkheden van chips verder uit te bouwen na het huidige CMOS-tijdperk. Om deze reden onderzoekt IMEC ook andere mogelijkheden, zogenaamd post-CMOS-onderzoek. De geheugentypes die vandaag het meeste gebruikt worden zijn (vluchtige) DRAM- en SRAM-geheugens en (niet-vluchtige) Flash-geheugens. Conventionele niet-vluchtige geheugens kunnen echter niet verkleind worden aan hetzelfde tempo als CMOS-technologie. Organische geheugens kunnen dit wel en bieden dus een oplossing voor het post-CMOS-tijdperk. Organische elektronica verwijst naar het gebruik van organische halfgeleiders voor elektronische componenten zoals geheugens, transistors en lichtemitterende diodes. Mogelijke toepassingen zijn opslagmedia, slimme kledij, RFID-tags, chemische sensoren en zonnecellen.

De voordelen van organische halfgeleiders zijn de plooibaarheid, het gewicht, de kostprijs en het feit dat ze kunnen toegepast worden op grote oppervlakken zoals plastiek of zelfs papier. Op het vlak van elektronen- en gatenmobiliteit scoren de organische halfgeleiders veel lager dan de conventionele anorganische halfgeleiders, maar hun mechanische eigenschappen zijn uniek. De lage prijs van plastic elektronica houdt niet enkel verband met de materiaalkost, maar ook met de lage productiekost. De organische materialen zijn immers geschikt voor vacuümdepositie of spincoating. Het productieproces voor siliciumchips daarentegen vereist gespecialiseerde en dure toestellen. De fabricatie van deze chips gebeurt daarenboven bij hoge temperatuur en in een gecontroleerde omgeving (clean room). Nog een extra voordeel is dat de organische technologie veel minder milieubelastend is (bv. gemakkelijke recyclage van organische materialen en lage procestemperaturen). Dit alles maakt de organische elektronica een veelbelovend alternatief voor de huidige anorganische tegenhanger.

Het doel van dit eindwerk is het ontwerpen, modelleren en simuleren van een systeem dat in staat is meerdere organische geheugens tegelijk in de aan- of uit-toestand te schakelen. De koppeling tussen het aansturingssysteem en het geheugen dient hierbij contactloos te gebeuren, wat zal leiden tot een spanningsverlies ten gevolge van de capacitieve koppeling. Het ontworpen systeem moet in staat zijn om de geheugens naar beide toestanden te schakelen door de meest efficiënte spanningspulsen op te wekken. Hierbij is het noodzakelijk dat de effectieve spanningen over het geheugen de drempelspanningen minimaal evenaren. Om het gebruiksgemak te vergroten dient er ook een gebruikersinterface te worden ontwikkeld. Hiermee is zowel de stijgsnelheid, de aan-tijd, de daalsnelheid, als de amplitude van de spanningspuls eenvoudig instelbaar. Met het oog op de toekomst wordt de geschreven applicatie via een USB-interface verbonden met een computer.