Исследователи из бельгийского научно-исследовательского центра Holst Centre, Центра микро- и наноэлектроники IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre), компаний Evonik и iXsenic разработали первый в мире 8-битный микропроцессор общего назначения на основе комплементарных тонкопленочных транзисторов (complementary thin-film transistor, TFT), изготовленных при температурах до 250 градусов Цельсия, которые не нарушают целостность подложки из специального пластика.
Новая гибридная технология является объединением двух разных типов транзисторов, металл-окисных TFT-транзисторов n-типа, разработанных в лабораториях компаний Evonik и iXsenic, и транзисторов p-типа, состоящих из молекулы определенного органического соединения. Все эти транзисторы разных типов были соединены в схему микропроцессора, которая заработала на рекордной для TFT-технологии частоте, равной 2.1 кГц (2100 Гц). И пусть эта частота до смешного мала по сравнению с частотами современных кремниевых микропроцессоров, TFT-процессоры за счет своей уникальной структуры могут найти широкое применение в областях, где не требуется высокая производительность этих процессоров.
Новый 8-битный процессор состоит из двух функциональных частей, ядра процессора и генератора инструкций (general-purpose instruction generator, P2ROM). В чипе ядра процессора соотношение органических и окисных транзисторов составляет 3 к 1. Использованные транзисторы n-типа имеют показатель подвижности электронов в 2 см2/Вс. Транзисторы p-типа, созданные на базе молекулы органического соединения, имеют подвижность электронов 1 см2/Вс, что служит ограничением максимальной скорости работы устройства в целом.
В качестве дополнительных логических элементов микропроцессора используются узлы, обеспечивающие буферизацию данных и инструкций ядра, выполнение критических участков программы и выполнение других функций. Такой подход и оптимизация архитектуры микропроцессора позволила ему работать на тактовой частоте в 2.1 кГц при напряжении питания в 10 Вольт. Здесь следует отметить, что быстродействие использованных в микропроцессоре TFT-транзисторов составляет всего 650 Гц. Генератор инструкций P2ROM представляет собой логические цепи и массив одноразовой памяти, которая “программируется” на этапе производства при помощи струйного принтера, использующего токопроводящие чернила на основе серебра.
Основу так называемой низкотемпературной тонкопленочной электроники составляют элементы, изготовленные из металл-окисных и органических полупроводниковых материалов. Этот подход позволяет организовать достаточно простое и недорогое производство подобной электроники на полимерной пленке больших площадей, “рулонными партиями”. Тонкопленочная электроника, которая не обеспечивает высокого быстродействия, может найти массу применений в различных областях благодаря простоте ее изготовления. На основе подобных TFT-элементов можно создавать радиочастотные метки RFID, устройства для систем ближних коммуникаций (near field communication, NFC), метки и датчики для идентификации упаковок с различной, в том числе и пищевой продукцией, гибкие дисплеи, и осветительные приборы на базе органических светодиодов.
А в настоящее время ученые центра Holst Centre и других задействованных в данном проекте организаций ведут разработку новых тонкопленочных компонентов, которые впоследствии объединятся в одну высокоэффективную технологическую платформу, при помощи которой будет производиться множество новых электронных устройств, призванных облегчить выполнение людьми своих повседневных задач.