مدارهای پلاستيكی

امروزه امكان ساخت نمايشگرهاي الكترونيكي روي مواد انعطاف‌پذير فراهم شده و حتي در كاربردهاي محدودي، اين فناوري جديد مورد استفاده قرار گرفته است؛ اما نياز به توان پردازشي پرسرعت براي پياده‌سازي اين نمايشگرها باعث شده تــــــا هنوز هم ويفرهاي سيليكوني گران و البته سخت در آنها مورد استفاده قرار گيــــرد. در واقع اگر امكان داشت تمــــــام اجزاي الكترونيكي را از مواد انعطاف‌پذير ساخت، اين كار هم از نظر اقتصادي به صرفه بود و هم قابل اطمينان‌تر، ضمن آنكه زمينه طراحي‌هاي جديدي نيز فراهم مي‌آمد.
به منظور تحقق چنين امكاني، اخيرا محققان موفق شدند مدارهايي روي پلاستيك بسازند كه داراي سرعت لازم است. پژوهشگران دانشگاه كلمبيا (Columbia University) و شركت Sarnoff مداري طراحي كرده‌اند كه مي‌تواند با سرعت 100 مگاهرتز، يعني 100 برابر بيشتر از مدار قبلي كه روي پلاستيك ساخته شده بود، كار كند.
مايكل كين (Michael Kane)، محقق اجسام جامد در شركت Sarnoff كه چندي پيش طي نشستي در واشنگتن نتايج اين تحقيقات را به موسسه IEEE گزارش داد، چنين مي‌گويد: «به عقيده من، 100 مگاهرتز بالاترين سرعتي است كه مي‌توان براي مدارهايي كه مستقيما توسط ترانزيستورها روي پلاستيك ساخته مي‌شود، تصور كرد.»



زيگورد واگنر (Sigurd Wagner) كه استاد مهندسي برق در دانشگاه پرينستون (Princeton) است و تا به حال تحقيقات گسترده‌اي در زمينه قطعات الكترونيكي انعطاف‌پذير (به عنوان شاخه‌اي كه به ساخت و معــــــرفي روش‌هاي ارزان جهت ساخت دستگاه‌هاي الكترونيكي بزرگ مي پردازد)، انجام داده است، ساخت چنين مداري را كاري ارزشمند مي‌داند و مي‌گويد: «دستگاه‌هاي الكترونيكي بسيار بزرگ‌تر از آن هستند كه بتوان آنها را با استفاده از ويفرهاي سيليكوني ايجاد كرد.»
نتايج پيشرفت‌هاي مشترك Sarnoff و دانشگاه كلمبيا مي‌تواند منجر به عرضه نمايشگرهايي به قطر 3 متر يــــا بيشتر شود كه به راحتي قابليت جمع شدن و جا به جايي را دارنــــــد. وزارت دفاع امريكا (پنتاگون) به دلايل نظامي، يكي از مشتريان جدي چنين محصولاتي است. همچنين نصب ترانزيستورهاي سريع روي پلاستيك مي‌تواند منجـر به ايجاد آنتن‌هاي نظامي قابل حمل شود؛ چنين آنتن‌هايي تبادل اطلاعات با يك هدف مشخص را هدايت كرده و بدين ترتيب ضمن صرفه‌جويي در مصرف انــــــرژي، امكان آشكار شدن محتواي ارتباطات را نيز دشوارتر مي‌كند. امروزه ايــــن آنتن‌هاي نظامي حدود 100 هزار دلار قيمت دارند و حداقل 1 متر مربع فضا اشغال مي‌كنند. اين بدان معناست كه بايد با وسيله نقليه آنها را جابه‌جا كرد. اما آنتني كه با فناوري جديد Sarnoff ساخته شده باشد، فقط چند هزار دلار قيمت دارد و مي‌توان آن را در يك بسته كوچك جمع كرد و در مواقع لزوم، به راحتي قابل گسترش و جابه‌جايي است.
در حال حاضــــر ساخت نمايشگرهاي بزرگ و برخي نمايشگرهاي انعطاف‌پذير وابسته بــــه يك نوع نامنظم سيليكون‌هــــــا موسوم به سيليكون‌هــــــاي «غير متبلور» است كــــــه مي‌توانند در دماي پايين ساخته شونــــــد؛ اين دما به اندازه‌اي است كه مي‌توان با پلاستيك نيز كار كرد. محققان Sarnoff و كلمبيا توانسته‌اند بـا متبلور كردن سيليكون‌هاي غيرمتبلوري كــــــه روي پلاستيك رســوب كرده‌اند، نخستين نمونه اين فناوري را بسازند.
هسته اصلي ايــــــن فناوري بر پايه يك فرآيند جديد ليزري استوار است كه توسط جيمز ايم (James Im)، استاد علم مواد در دانشگاه كلمبيا توسعه يافته است؛ در اين فرآيند يك باند باريك از سيليكون غيرمتبلــــــور را در يك زمان گرم مي‌كنند كه موجب هم تراز شدن كريستال‌ها شده و در نتيجه الكترون‌ها مي‌توانند سريع‌تر حركت كنند; بدين ترتيب سرعت بالاي پردازش ممكن مي‌شود. از سوي ديگر محققان Sarnoff تلاش بسياري كردند تا اين فرآيند را براي استفاده در يك ماده پلاستيكي بــــــه نحوه مناسبي تغيير و تطبيق دهنــــــد. به عنوان مثال، آنها با قرار دادن موانع خاصي كه گرماي تابيده شده از ليزر را به خارج پخش مي‌كند، از تغيير شكل پلاستيك جلوگيري كردند.
اين گروه نشان داده‌اند كــــــه توانايي ايجاد مدارهاي كاربــــــردي را دارند; در حالي كــــــه در تلاش‌هاي مشابه پيشين به علت ضعف در روش‌ها، امكان قرار دادن ترانزيستورهاي پر سرعت روي پلاستيك وجــــــود نداشت. به گفته كين، چالش بعــــــدي نحوه ايجاد مدارهاي بزرگ‌تر است كه آن نيز عملي خواهد شد. اكنون شركت Sarnoff به دنبال بــــــازاريابي براي اين فناوري است. ظاهرا يك شركت در به كارگيري اين مدارهـــا در صفحات دتكتورهاي (آشكارسازهاي) اولنزاسونيك (فراصوت) نازك كــــــه وظيفه بــــــررسي يكنواختي ساختار درام‌هاي ذخيره‌سازي و ساير اشياء را دارند، ابزار علاقه كرده است.
تايو اكينوانــــــد (Tayo Akinwande) استــــــاد مهندسي برق در دانشگاه MIT و از اعضاي جلسه‌اي كه دستور كار آن معرفي اين فناوري بود، گفت: «احتمالا وسايل عرضه شده از طريق اين فناوري، در آينــــــده بسيار قدرتمندتر خواهند شد. مدارهاي انعطاف‌پذير از همان فناوري CMOS موجــــــود در كامپيوترهاي امروزي پيروي مي‌كننــــــد; با اين تفــــــاوت كــــــه اندازه ترانزيستورهاي آن همانند ترانزيستورهــــــاي ابتدايي سال‌هــــــاي 1970، بسيار بزرگ است.» اكينواند ادامه مي‌دهد: «همان طور كه سرعت كامپيوترها همگام با كوچك شدن اندازه ترانزيستورها افزايش يافت، پس پردازنده‌هاي روي پلاستيك هم مي‌توانند به همين شكل سريع‌تر شوند.» اكينواند اعتقاد دارد پس از نمايشگرهــــــا و آنتن‌ها، شاهد آميخته شدن اين فناوري بــــــا صنايعي همچون پوشاك خواهيــــــم بود; بــــــه علاوه بلندگوها و دستگاه‌هاي كوچك پخش صوت نيز مي‌توانند از اين فناوري بهره گيرند. توسط اين فناوري وسايل جالبي پديد مي‌آيند كه به كلي با تمام چيزهايي كه تاكنون ديده‌ايم، متفاوت خواهد بود. اكينواند مي‌گويد: «به جاي تلاش براي ساخت ريزپردازنده‌ها، بهتر است از اين فناوري براي ايجاد اشيايي استفاده شود كه امكان ساخت آنها با سيليكون ممكن نيست و حتي فوق تصور بشري به نظر مي‌آينــــــد.» به هر حال برخلاف نظر آكينواند، ايــــــن طور كه به نظر مي‌رسد تمام تحقيقات كوتاه مــــــدت آتي پيرامــــــون اين فناوري، به موضوع ساخت صفحات نمايش اختصـــاص خواهد داشت و براي مشاهده كاربردهاي ديگر بايد به انتظار آينده بنشينيم.