Ontwerp van een aansturingssysteem voor organische geheugens

Sandro Iacovella
 
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.

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.

Bibliografie

 

[1] Bez R., en Pirovano A., "Mater. Sci. Semicond. Process." 2004, pp. 7-394.

[2] Potember, R.S., "Electrical switching and memory phenomena in Cu-TCNQ thin-films." Applied Physics Letter, 1979, pp. 405-407.

[3] Müller R., Naulaerts R., Billen J., Genoe J., Heremans P., "CuTCNQ resistive nonvolatile memories with a noble metal bottom electrode." Applied Physics Letter, 2007, Issue 90, p. 063503.

[4] Müller R., De Jonge S., Myny K., Wouters D. J., Genoe J., Heremans P., "Organic CuTCNQ integrated in complementary metal oxide semiconductorcopper back end-of-line for nonvolatile memories." Applied Physics Letter, 2006, Issue 89.

[5] Müller R., De Jonge S., Myny K., Wouters D. J., Genoe J., Heremans P., "Solid-state electronics." 2006, Issue 50, pp. 601-605.

[6] Müller R., Billen J., Naulaerts R., Rouault O., Goux L., Wouters D. J., Genoe J., Heremans P., "Electrical Properties of CuTCNQ Based Organic Memories Targeting Integration in the CMOS Back End-of-Line." Materials Research Society, Issue 997, Vol. 2007.

[7] Oyamada T., Tanaka H., Matsushige K., Sasabe H., Adachi C., "Switching effect in CuTCNQ charge transfer-complex thin films by vacuum deposition." Applied Physics Letter, 2003, Issue 83, Vol. 2003, p. 1252.

[8] Kever T., Nauenheim C., Böttger U.,Waser R., "Preperation and characterisation of amorphous Cu:7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane thin films with low surface roughness via thermal codeposition." Thin Solid Films, 2006, Issue 515, pp. 193-1896.

[9] Kever T., Böttger U., Schindler C., Waser T., "On the origin of bistable resistive switching in metal organic charge transfer complex memory cells." Applied Physics Letter, 2007, Issue 91.

[10] Müller R., De Jonge S., Myny K., Wouters D., Genoe J., Heremans P., "Organic CuTCNQ non-volatile memories for integration in the CMOS backend-of-line: preparation from gas/solid reaction and downscaling to an area of 25   QUOTE      ." Solid State Electronics, 2006, Issue 50, pp. 601-605.

[11] Müller R., Genoe J., Heremans P., "Nonvolatile Cu/CuTCNQ/Al memory prepared by current controlled oxidation of a Cu anode in LiTCNQ saturated acetonitrile." Applied Physics Letter, 2006, Issue 88, p. 242105.

[12] Billen J., Steudel S., Müller R., Genoe J., Heremans P., "A comprehensive model for bipolar electrical switching of CuTCNQ memories." Applied Physics Letter, 2007, Issue 91, p. 263507.

[13] Polyimide folie. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyimide. [Online]

[14] Microsoft Developer Network. http://msdn.microsoft.com. [Online]

[15] Atmel Atmega 32. http://www.atmel.com/dyn/Products/Product_card.asp?part_id=2014. [Online]

[16] Softwarematige USB ondersteuning voor Atmel. http://www.obdev.at/products/avrusb/index.html. [Online]

[17] USB naar serieel convertor FTDI UM-232R DIP module. http://www.ftdichip.com. [Online]

[18] Analoog naar digitaal convertor AD5415. http://www.analog.com/en/prod/0,,AD5415,00.html. [Online]

[19] Opamp OPA552. http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa552.html. [Online]

[20] IMEC website. http://www.imec.be. [Online]

[21] Genoe, Jan., PCB layout regels voor hoogfrequente digitale circuits en voor EMC compatibiliteit.  HYPERLINK "http://www.khlim.be/~jgenoe/Cursus/EMC-compatibiliteit.pdf" http://www.khlim.be/~jgenoe/Cursus/EMC-compatibiliteit.pdf . [Online]

[22] Analoog naar digitaal convertor en SPI protocol informatie. http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/SPI/index.html. [Online]

[23] Eagle PCB design tutorial 1. http://server.oersted.dtu.dk/personal/mho/eagle/eagle_tut.pdf. [Online]

[24] Eagle PCB design tutorial 2. http://www.ece.msstate.edu/~reese/senior_design/pcb/PCBDesignTutorialRe…. [Online]

[25] AVR042: AVR hardware design considerations. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2521.pdf. [Online]

[26] Parsons, Andrew en Randolph, Nick., Wrox Professional Visual Studio 2005. Wiley Publishing, Inc, 2006.

[27] Liberty, Jesse., Programming C#, 2nd Edition. O'Reilly, 2002.

Universiteit of Hogeschool
Industriële Wetenschappen in Elektronica-ICT (academische bachelor)
Publicatiejaar
2008
Kernwoorden
Share this on: