Elektronik von der Rolle

Partner des Palo Alto Research Center wollen ab 2011 mit der Kommerzialisierung von Bauelementen beginnen, die aus dem Drucker kommen.

Forscher am renommierten Palo Alto Research Center (PARC) wollen mit preiswerten, gedruckten Sensoren, Transistoren und Speicherelementen neue Anwendungsfelder erschließen. Die Bauelemente, die sich mit Hilfe neuartiger Druckverfahren herstellen lassen, bietet zwar nur eine geringere Schaltgeschwindigkeiten als herkömmliche Elektronik, sie lassen sich aber fast überall einbauen. Geplant sind Miniaturgeräte, die beispielsweise laufend die Lagertemperatur von Medikamenten, den Zustand von Lebensmitteln beim Transport oder die Luftqualität in Räumen messen und nach der Nutzung einfach entsorgt werden können.

Dazu haben die PARC-Wissenschaftler nach eigenen Angaben eine ganze Reihe von neuartigen Materialien entwickelt, die kurz vor dem praktischen Einsatz stehen: Auf der "Printed Electronics USA"-Konferenz in Santa Clara in der vergangenen Woche kündigte Xerox mehrere Partnerschaften an, die aus den bislang vorliegenden Prototypen Produkte werden lassen sollen. So wird die skandinavische Firma Thin Film Electronics ihre briefmarkengroßen Speicherelemente mit den Transistorsystemen der PARC-Forscher kombinieren, Soligie aus dem US-Bundesstaat Minnesota wiederum Produkte basierend auf den flexiblen PARC-Temperatursensoren entwickeln.

Elektronik, die mittels Druckverfahren hergestellt wird, gilt seit längerem als Zukunftstechnologie: Sie soll eines Tages Silizium-basierte Komponenten in komplexen Geräten wie Bildschirmen ersetzen, die sich dann beispielsweise aufrollen lassen. Noch sind solche flexiblen Bauelemente aber langsamer und weniger effizient als ihre traditionell gefertigten Brüder. Aus diesem Grund plant man am PARC nun den Einstieg in die Kommerzialisierung einfacherer Produkte. "Wir wollten mit relativ simplen Anwendungen in den Markt gehen, um zu beweisen, dass die Technik schon heute funktioniert", sagt Davor Sutija, Chef von Thin Film Electronics.

Die aktuellen Speicherelemente der Firma fassen zwar nur 20 Bit aber sie lassen sich beispielsweise in Spielkarten integrieren. Damit lässt sich dann der bislang erreichte Punktestand zwischen einem tragbaren Gerät und einem PC abgleichen. Bei Spielwaren, die nur einen Minispeicher benötigen, sei der Einbau Silizium-basierter Flash-Speicher viel zu teuer, sagt Sutija. "Wenn es nur um das Ablegen minimaler Datenmengen geht, ist mit Druckverfahren hergestellte Elektronik, die vielleicht ein paar US-Cent pro Stück kostet, dagegen preisgünstig genug."

Die Speicherelemente werden auf langen Kunststoffrollen hergestellt, die mittels "Roll-to-Roll"-Druckverfahren mit den passenden Komponenten versehen werden. Dabei wird ein Sandwich-Aufbau genutzt: Eine Schicht eines so genannten ferroelektrischen Polymers sitzt zwischen zwei weiteren Schichten, die Elektroden enthalten und im rechten Winkel zueinander liegen. An den Stellen, an denen sich die Elektroden kreuzen, entsteht eine Art schaltbarer Mini-Kondensator. Legt man hier eine kleine Spannung an, verändert sich die elektrische Ausrichtung des Polymers und damit die Kapazität des Kondensators. So lassen sich Nullen und Einsen ablegen.

Die Speicherelemente von Thin Film Electronics sind derzeit für ihre Kapazität noch vergleichsweise groß. Technik, die am PARC entstand, soll nun eine weitere Miniaturisierung erlauben. Ziel sind gedruckte Speicherelemente, die sich in RFID-Tags integrieren lassen. Die könnten dann in Wegwerfverpackungen stecken, um Informationen über die Transport- und Lagergeschichte jedes einzelnen Produkts abzulegen. Momentan werden dazu Silizium-Chips verwendet, die für einen weitläufigen Einsatz noch zu teuer sind. Billigere Komponenten könnten nicht nur in einer Palette, sondern in jedem einzelnen Packstück stecken. Auch im Mobilfunkbereich wäre die Technik interessant: So werden in immer mehr Handys Near-Field-Communication-Chips eingebaut, um RFID-Tags zu lesen oder drahtlose Bezahlanwendungen auszuführen.

Um die Kapazität der ThinFilm-Speicherelemente zu erhöhen, integrierten die PARC-Forscher ihre Polymer-Transistoren in die Schaltung. Diese sollen die Anzahl an elektrischen Kontaktbereichen reduzieren, die notwendig sind, um auf den Geräten zu lesen und zu schreiben. Sutija glaubt, dass so ein 128-Bit-Produkt für weniger als zehn US-Cent pro Stück zu erzielen ist.

Bei Soligie in Minnesota arbeitet man unterdessen an der Kommerzialisierung eines PARC-Temperatursensors. Die Komponentenklasse nennt sich "Thermistor" und sitzt normalerweise in Klimaanlagen, Öfen oder Containern. Die Technik basiert momentan auf Materialien, deren elektrischer Widerstand sich mit der Umgebungstemperatur verändert. Diese werden während der Herstellung bei hohen Temperaturen "gebacken", um eine steife, drahtartige Struktur zu schaffen. PARC hat nun eine gedruckte Alternative entwickelt, mit der flexible Thermistor-Elemente entstehen, die deutlich günstiger sind, wie Geschäftsentwicklungsdirektor John Knight sagt.

Die PARC-Thermistoren, die Soligie kommerzialisieren will, müssen allerdings anfangs noch an Silizium-Chips angeschlossen werden, die das Auslesen der Temperatur übernehmen. Aber auch das soll auf absehbare Zeit mit Hilfe flexibler Elektronik erledigt werden. (bsc)