Un equipo de investigadores europeos utilizó 4000 transistores de plástico, u orgánicos, para crear el microprocesador de plástico, que mide aproximadamente dos centímetros cuadrados y está construido sobre una lámina de plástico flexible. "En comparación con el uso de silicio, esto tiene la ventaja de un precio más bajo y de poder ser flexible," señala Jan Genoe del centro de nanotecnología IMEC en Lovaina, Bélgica. Genoe y otros colaboradores del IMEC trabajaron con investigadores de la organización de investigación TNO y la empresa de pantallas Polymer Vision, ambas con sede en los Países Bajos.
Hasta el momento, el procesador puede sólo puede ejecutar un programa simple de 16 instrucciones. Los comandos están grabados sobre un segundo papel con circuitos de plástico que se puede conectar al procesador para "cargar" el programa. Esto permite al procesador calcular un promedio corriente de una señal entrante, algo que un chip que participe en el procesamiento una señal de un sensor podría hacer, indica Genoe. El chip funciona a una velocidad de seis hertz—del orden de un millón de veces más lento que un ordenador de escritorio mode o, y sólo puede procesar la información en bloques de ocho bits como máximo, frente a los 128 bits de los procesadores de ordenador actuales.
Los transistores orgánicos ya se han utilizado en algunos indicadores LED y etiquetas RFID, pero aún no han sido utilizado para fabricar un procesador de ningún tipo. El microprocesador en cuestión fue presentado en la conferencia ISSCC que tuvo lugar en San José, Califo ia, el mes pasado.
La fabricación del procesador empieza con una hoja de plástico flexible de 25 micrómetros de ancho, "como lo que podría usar para envolver su almuerzo", indica Genoe. A continuación, se deposita una capa de electrodos de oro en la parte superior, seguida de una capa aislante de plástico, otra capa de electrodos de oro y los semiconductores de plástico que forman el procesador de 4.000 transistores. Los transistores se fabricaron haciendo girar una película de plástico para extender una gota de líquido orgánico en una capa fina y uniforme. Cuando la película se calienta suavemente el líquido se convierte en pentaceno sólido, un semiconductor orgánico de uso común. Por último, las diferentes capas fueron grabadas usando fotolitografía para obtener el patrón final para los transistores.
En el futuro, los procesadores podrían ser más baratos mediante la impresión de los componentes orgánicos como si fueran tinta, señala Genoe. "Hay varios grupos de investigación que trabajan en la impresión rollo a rollo u hoja a hoja", comenta Genoe, "pero todavía se requieren algunos avances para producir pequeños transistores orgánicos que no se tambaleen", es decir, físicamente irregulares. Hasta el momento, los mejores métodos de impresión a escala de laboratorio sólo permiten producir transistores fiables en la escala de las decenas de micrómetros, indica él.
La creación de un procesador a partir de transistores de plástico fue un reto, porque a diferencia de los fabricados de cristales de silicio ordenados, no se puede confiar en que cada uno se comporte como los otros. Cada transistor de plástico se comporta de forma ligeramente diferente, ya que están constituidos por una colección de cristales amorfos de pentaceno entrelazados. "Nunca nos encontraremos con dos iguales", afirma Geneo. "Tuvimos que estudiar y simular la variabilidad para elaborar el diseño con la mayor probabilidad de comportarse correctamente".
El equipo tuvo éxito, pero eso no significa que el escenario esté preparado para que los procesadores de plástico desplacen a los de silicio en los ordenadores de los consumidores. "Los materiales orgánicos limitan fundamentalmente la velocidad de operación", explica Genoe. Se espera que los procesadores de plásticos aparezcan en los lugares donde el silicio se ve impedido por su coste o por su inflexibilidad física. El menor coste de los materiales orgánicos utilizados en comparación con el silicio convencional debe hacer el enfoque de plástico alrededor de 10 veces más barato.
"Se puede imaginar un sensor orgánico de gas envuelto alrededor de un tubo de gas que informe sobre las fugas con un microprocesador flexible para eliminar el ruido de la señal", indica Genoe. La electrónica de plástico también podría permitir el desarrollo de pantallas interactivas desechables que se integrarían en el embalaje, por ejemplo, de los productos de alimentación, continua Genoe. "Sería posible que pudiéramos pulsar un botón para que se sumaran las calorías de las galletas que hemos comido", explica Genoe.
nSin embargo, estas aplicaciones requerirán algo más que procesadores de plástico, afirma Wei Zhang, quien trabaja en dispositivos electrónicos orgánicos en la Universidad de Minnesota. En la misma conferencia donde se dio a conocer el procesador orgánico, Zhang y sus colegas presentaron la primera memoria orgánica impresa de un tipo conocido como DRAM, que opera junto con el procesador en la mayoría de ordenadores para el almacenamiento de datos a corto plazo. La matriz de memoria de 24 milímetros cuadrados, fue fabricada mediante la acumulación de varias capas de "tinta" de materia orgánica saliente de una boquilla parecida a la de un aerosol. Ésta puede almacenar 64 bits de información.
Los dispositivos de memoria impresa anteriores han sido no volátiles lo que que significa que guardaban los datos incluso cuando se desconectaba la corriente y no es adecuado para el almacenamiento a corto plazo que implica la frecuente escritura, lectura y reescritura, afirma Zhang. El grupo de Minnesota fue capaz de imprimir DRAM porque ideó un tipo de transistores orgánicos impresos que utiliza un gel rico en iones para el material aislante que separa los electrodos.
Los iones del interior permiten que la capa de gel almacene más carga que un aislante convencional de iones libres. Esto aborda dos problemas que han limitado el desarrollo de la memoria orgánica. La capacidad de carga de almacenamiento de el gel reduce la energía necesaria para operar el transistor y la memoria construida con él; también permite a los niveles de carga utilizados para representar los 1 y los 0 en la memoria ser muy distintos y persistir durante un minuto sin requerir refrescar la memoria.
La DRAM orgánica impresa podría ser utilizada para el almacenamiento a corto plazo de los marcos de imágenes en pantallas que actualmente están siendo producidas con LEDs orgánicos impresos, indica Zhang. Ello permitiría que más dispositivos se fabricaran usando los métodos de impresión y eliminar algunos componentes de silicio, reduciendo los costes.
Encontrar una manera de combinar los microprocesadores orgánicos y la memoria orgánica podría reducir aún más los precios, aunque Zhang aclara que los dos todavía no están listos para conectarse. "Estos esfuerzos son técnicas nuevas, por lo que no podemos garantizar que serán construidos ni que funcionaran juntos", afirma Zhang. "Sin embargo, en el futuro, tendría sentido."