Wasser als Gedächtnis

Physik Journal – Aus Polymeren lässt sich ein einmal beschreibbarer Speicher aufbauen.

Physik Journal. Organische Schaltkreise sind für Funketiketten und andere preiskritische Elektronikanwendungen eine interessante Technologie. Viele dieser Anwendungen erfordern keine mehrfach beschreibbaren Speicher, sondern nur WORM-Speicher (write once, read many). Die Machbarkeit solcher Elemente aus Polymeren wurde bereits demonstriert: Fließt ein Strom durch die Elemente, erwärmen sie sich und brennen wie bei einer Sicherung ab einer bestimmten Energiezufuhr durch. Hierfür muss der Leis­tungs­eintrag pro Zelle aber 0,5 mW sein, sodass recht große Spannungspulse für eine Programmierung erforderlich sind. Wissenschaftlern der Universität der Algarve, der Universität Groningen und der Philips Research Laboratories in Eind­hoven ist es nun gelungen, das Prinzip eines Polymerspeichers zu entwickeln, der mit einigen Mikrowatt pro Zelle auskommt.

Sie nutzen hierfür eine vertikale Schichtanordnung: Auf einen Siliziumwafer bringen sie eine Goldelektrode auf, die von einem Fotoresist bedeckt wird, in dem sich mikrometergroße Löcher befinden. Darüber bringen die Forscher eine Polymerschicht auf, die sie mit einer zweiten Goldelektrode bedecken. Diese dient auch als Maske, um das überschüssige Polymer zu entfernen. Auf einem 150 mm großen Wafer befinden sich rund 500 diskrete Kunststoffsicherungen, die quasi wie Dosen aufgebaut sind. Durch eine äußere Spannung von rund 2 V blähen sich die Polymersicherungen irreversibel auf, ohne dass die Goldschicht der Elektrode Schaden nimmt. Aufgrund ihrer Untersuchungen und Modellrechnungen können die Wissenschaftler ausschließen, dass der Vorgang durch Erwärmung abläuft, vielmehr wird der Wasseranteil, der sich im Polymer befindet, elektrochemisch reduziert. Das Polymer löst sich durch das entstehende Gas von der unteren Goldelektrode und beult die Deckelektrode aus. Da die Zelle durch Fotoresist und Elektroden luftdicht verschlossen bleibt, kann das Gas nicht entweichen.

Die Technologie lässt sich in die heutigen Fertigungsabläufe für organische Schaltungen integrieren.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, November 2008


Weitere Infos:

• Originalarbeit:
  B. C. de Brito et al., Adv. Mater. 20, 3750 (2008)

GWF