В ноябре прошлого года от Кавендишской лаборатории Кембриджского университета отпочковалась компания Plastic Logic для коммерциализации созданной здесь новой технологии. Суть ее в двух словах - печать полупроводниковых микросхем из пластмассы. С помощью самостоятельной компании кембриджские ученые намерены продемонстрировать, что сегодня промышленное изготовление интегральных микросхем технологически может быть процессом не более сложным, чем, скажем, печать цветного журнала.
Собственная технология, продвигаемая Plastic Logic, построена на базе известных тонкопленочных транзисторных устройств (TFT), но здесь они полностью изготовляются из органических полимерных материалов. Рыночный спрос на подобные изделия гарантирован, поскольку сегодня во множестве дисплейных технологий, будь то жидкокристаллические экраны, электрофоретические чернильные дисплеи (так называемая "электронная бумага"), или дисперсные жидкокристаллические дисплеи (PDLC), требуются схемы адресации на основе активной матрицы, когда каждый пиксел дисплея управляется переключателем из тонкопленочного транзистора. А новая полимерная технология Plastic Logic предоставляет значительно более дешевую альтернативу для замены нынешних тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния. Наряду с меньшей стоимостью, новая технология дает возможность изготовлять плоские дисплеи крупных размеров, труднодоступные в нынешних условиях, а также "экзотические" дисплеи на гибкой основе.
Помимо изготовления тонкопленочных дисплеев, разработана и технология для изготовления логических микросхем общего назначения. Производство в Plastic Logic ориентировано на оборудование, сходное с промышленными струйными принтерами, но здесь оно применяеется для нанесения микроскопических углеродосодержащих частиц на гибкую пленку, служащую подложкой чипа. В результате получаются тонкие полупроводниковые устройства, почти целиком изготовленные из пластика. Эти пластиковые микросхемы могут становиться элементами таких товаров, где сегодня в принципе уже требуются электронные схемы, но в то же время достаточно критична высокая стоимость кремниевых чипов.
Технология интегральных микросхем имеет примерно полувековую историю, и ныне ежегодные продажи чипов составляют порядка 200 млрд долларов. Однако практически все эти микросхемы изготовляются из кремния, в производстве требуя применения весьма дорогостоящих технологий литографии и вакуумной обработки. Современный завод по выпуску полупроводниковых микросхем стоит около 2 миллиардов долларов, так что даже самые дешевые чипы и ныне стоят порядка 1 доллара, а это весьма существенная цена для устройств в тех областях, где вспомогательная электроника должна обходиться "в копейки".
Например, уже сейчас имеется весьма ощутимый спрос на сверхдешевые чипы, которые можно было бы "зашивать" в одежду для подтверждения подлинности ее изготовителя. Другая широчайшая область применения - наклейки-радиобирки для розничных товаров в супермаркетах, идущие на смену традиционным штрих-кодам. При проходе через кассу покупателю даже не понадобится вынимать продукты из корзины, поскольку товару достаточно лишь оказаться в поле действия считывателя. Новая технология учета товаров с помощью радиобирок уже практически создана, единственное "НО", сдерживающее широкое ее распространение, - слишком высокая пока что себестоимость самой бирки.
О замене кремния пластмассами ученые начали всерьез задумываться лет 15 назад, поскольку это и по цене дешевле, и в обработке, по крайней мере теоретически, существенно легче. Первый же прорыв произошел в конце 1970-х, когда исследователи обнаружили, что пластики, ранее считавшиеся изоляторами, можно заставить проводить электроны. За последнее десятилетие ученые продвинулись существенно дальше, разработав методы для того, чтобы целенаправленно регулировать степень проводимости полимеров. Другими словами, изменяя физические и химические свойства материала, полимеры приблизили по свойствам к кремниевым полупроводникам.
Получившися в результате этих исследований пластичные материалы, выступающие в роли основы для микрочипов, весьма существенно отличаются от традиционных пластмасс типа полиэтилена. Новые материалы принадлежат к достаточно экзотическим семействам полимеров, таким как политиофены и олиготиофены.
Нанесение слоев полимерного материала на пластиковую подложку для изготовления полупроводникового устройства можно выполнять с использованием хорошо освоенных технологических процессов, используемых в промышленной полиграфии. Уже успешно опробованы, в частности, такие методы, как матричная печать, когда химикаты наносятся на основу через микроскопические трафареты, а также струйная печать. При последнем способе растворимые органические составляющие наносятся в нужные точки через сверхточные микросопла. Наиболее современные струйные принтеры способны достигать разрешения порядка 25 микрометров. Для некоторых классов полупроводниковых приложений и это уже вполне приемлемо, однако в Plastic Logic нашли способы повышения четкости струйной печати до разрешающей способности в 5 микрометров. Конечно, это все еще в десятки раз грубее, чем 0.2-микронная точность современных кремниевых микропроцессоров, но, с другой стороны, в огромном количестве приложений совершенно не требуется производительность вычислений "пентиумного" класса.
Для того, чтобы струйная печать подошла для нужд промышленного изготовления полимерных микросхем, кембриджские ученые разработали также способ для одновременного "разбрызгивания" нескольких типов химикатов одновременно. По сути, был создан процесс последовательной печати, аналогичный методу глубокой печати в полиграфии.
Главными людьми, стоящими за технологией Plastic Logic, являются Герман Хаузер (Hermann Hauser) , директор венчурной компании Amadeus Capital Partners, профинансировавшей новое предприятие; Ричард Френд (Richard Friend), один из ведущих ученых Кембриджского университета, возглавляющий исследования в области пластиковых чипов; и д-р Хеннинг Сирингхаус (Henning Sirringhaus), преподаватель Кавендишской лаборатории Кембриджа и автор ряда ключевых патентов. Помимо Amadeus и Cambridge Research Innovation, еще одним основным инвестором лондонского предприятия является американский химический концерн Dow Chemical.
Восемь лет назад д-р Хаузер стал главным инвестором другой похожей компании, Cambridge Display Technology, которая успешно занимается коммерциализацией еще одного исследовательского проекта Френда, Сирингхауса и их коллег - светоизлучающих полимеров для изготовления компьютерных дисплеев.
На сегодняшний день Plastic Logic является далеко не единственной компанией, активно занимающейся пластиковыми чипами. Поскольку полупроводники на основе полимеров уже успешно продемонстрированы в виде отдельных транзисторов и прототипов интегральных схем, в этой же области работают ныне и такие гиганты, как американские компании IBM, Dupont и Lucent, голландская Philips, японские Mitsubishi и Hitachi, германская Hoechst. Однако, во всех этих фирмах "пластиковые" исследования финансируются пока что весьма сдержанно и, по оценкам специалистов, английская компания ощутимо опережает всех своих конкурентов. Хотя и здесь еще только предстоит на практике продемонстрировать возможности по изготовлению реально недорогих пластмассовых устройств, способных конкурировать с традиционными кремниевыми. Но в любом случае компания Plastic Logic уже сделала первый важный шаг, ознаменовавший рождение новой индустрии.
Большинство экспертов склоняется к мысли, что пластмассовые компьютерные компоненты вовсе не предназначены для вытеснения кремниевых собратьев. В первую очередь, из-за слишком большого преимущества последних в быстродействии. Но уже в ближайшем будущем мы начнем видеть, как новая технология все больше одаряет "разумом" самые обычные окружающие предметы из нашей повседневной жизни. Гибкую пластмассовую электронику значительно удобнее и дешевле встраивать в такие вещи, как одежда, кухонная утварь или игрушки. Одним из наиболее эффектных, возможно, приложений для тонкопленочных электронных схем станут в ближайшем будущем обои, по совместительству выполняющие роль телеэкрана или компьютерного дисплея.
Прототипы первых устройств на базе новой технологии в Plastic Logic намерены продемонстрировать летом этого года. Как говорит Стюарт Эванс (Stuart Evans), главный исполнительный директор компании, решены еще не все коммерческие вопросы, однако в принципе технология вполне способна стать "машиной для печатания денег". Ну, а по шутливым словам д-ра Хаузера, компания Plastic Logic определенно намерена стать "Пластиковой долиной".
