ЭЛЕКТРОДНОЕ СРЕДСТВО С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ ИЛИ БЕЗ НЕГО И ЭЛЕКТРОДНОЕ УСТРОЙСТВО, СФОРМИРОВАННОЕ ИЗ ЭЛЕКТРОДНОГО СРЕДСТВА С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 2003 года по МПК H01L27/15 H01L51/00 H03K19/177 G09G3/20 

Изобретение касается электродного средства, особенно, для адресации функционального элемента, состоящего из первого и второго электродов. Изобретение также касается электродного средства с функцией детектирования, хранения информации и/или индикации информации, содержащего первый и второй электроды и функциональный элемент, и с пассивной электрической адресацией функционального элемента. Помимо этого изобретение касается электродного устройства с функцией детектирования, хранения информации и/или индикации информации, при этом электродное устройство включает в себя два или больше электродных средств, каждое из которых имеет функциональный элемент и пассивную электрическую адресацию функциональных элементов в электродном устройстве.

Наконец, изобретение также касается применений электродного устройства этого типа.

В заявке на европейский патент No.0619594 А раскрыт электронный излучатель, который содержит подложку, по меньшей мере, один тепловыделяющий элемент, образующий электрод ряда, по меньшей мере, один тепловыделяющий элемент, образующий электрод колонны и пересекающий электрод ряда, и, по меньшей мере, изолирующий слой, образованный на пересечении электродов ряда и колонны. По меньшей мере один электропроводный слой с областью, излучающей электроны, образован на пересечениях между электродами ряда и колонны. Изоляционный слой образован между электродами ряда и колонны таким образом, что они не находятся в прямом электрическом контакте между собой до тех пор, пока электропроводящий слой соединен с обеими электродами таким образом, что простирается от кромки верхнего электрода вниз к нижнему электроду. Это образует электронный излучатель поверхностно проводящего типа, в котором проводящий слой образует катод таким образом, что области, излучающие электроны, образованы в вертикальной части слоя между электродами. В данном случае электроды представлены в мостовой конфигурации и не могут быть использованы для адресации функционального элемента в связи с электродами.

Известен целый ряд технических решений для адресации функциональных элементов, например в виде пикселей на поверхности. Однако не многие из них позволяют осуществить простую пассивную адресацию функционального элемента, и некоторое их число требует применения довольно сложных технологий тонкопленочных транзисторов. Такие очень сложные решения затруднены низким процентом выхода в производстве, и проблемы возрастают, когда элемент очень большой площади должен быть покрыт функциональными элементами, как, например, в случае изготовления "экрана", который должен состоять из пикселей.

Одним решением проблемы адресации функциональных элементов является создание функциональных элементов таким образом, чтобы они образовывали элементы в виде рядов и колонок в х,y-матрице и подача напряжения на х в одном ряду и на у в одной колонке, чтобы данное напряжение прикладывалось к функциональному элементу, символически обозначаемое как V_x+V_y, V_x+V_y>V_o, где V_o - критическое пороговое напряжение для процесса, который должен управляться функциональным элементом, например, коммутации материала жидкокристаллического дисплея между двумя состояниями ориентации. Для покрытия поверхности рядами и колонками функциональных элементов таким образом требуется, чтобы ряды и колонки не соединялись электрически в какой-либо точке кроме функционального элемента, находящегося в х,y-позиции для адресации, другими словами на пересечении между рядом х и колонкой у. Это не достигается, когда одновременно требуется, чтобы функциональный элемент содержал очень большой участок активной поверхности. Одно решение этой проблемы обеспечивается рядами в одной плоскости и колонками в другой плоскости и электрическим их соединением токопроводящими дорожками от нижнего электродного рисунка до верхнего электродного рисунка. Если, например, имеются ряды и колонки, необходимо сформировать n² токопроводящих дорожек, которые должны все работать.

Первой целью изобретения является поэтому создание электродного средства, которое дает возможность осуществлять пассивную адресацию функционального элемента без необходимости формирования токопроводящих дорожек такого типа особенно там, где такие функциональные элементы являются частью двухмерной матрицы, например, сформированной как пиксели в экране.

Другой целью изобретения является создание электродного средства с функциональным элементом, в котором функциональному элементу может быть придана функция детектирования, хранения информации и/или индикации информации.

Третьей целью изобретения является создание электродного средства с функциональным элементом вышеуказанного типа и электродного устройства, состоящего из такого электродного средства, интегрированного в виде двухмерной матрицы, в которой функциональный элемент не обеспечивается между электродами, но размещается на одной стороне электродов. Это позволяет сформировать, например, экраны, в которых функциональный элемент в виде пикселей обращен во внешнюю сторону и открыт для зрителя или воспринимающего устройства, при этом функциональные элементы в виде воспринимающих элементов открыты для окружающей среды.

Четвертой целью изобретения является создание электродного средства, в котором электрическое соединение между электродами может быть получено посредством использования контактного слоя с анизотропным электрическим проводником, который в какой-то степени подразумевает возможность получения выпрямляющего контакта между анизотропным проводником и одним или обоими электродами, так что проблема конструирования электродного устройства с пассивной адресацией поэтому значительно упрощается по сравнению с известным уровнем техники.

Вышеуказанные особенности и преимущества достигаются в соответствии с изобретением благодаря электродному средству, которое отличается тем, что первый электрод формируется в виде, по существу, полосковой структуры из электропроводного материала, что второй электрод формируется поверх первого электрода в виде аналогичной, по существу, полосковой структуры из электропроводного материала и расположен под прямым углом к первому электроду, пересекая последний, что на пересечении между первым и вторым электродами формируется слой электроизоляционного материала, так что электроды пересекают один другой без непосредственного физического и электрического контакта и поэтому образуют структуру в виде мостика, и что над первым электродом и вторым электродом формируется контактный слой из электропроводного или полупроводникового материала, электрически контактирующий как с первым, так и со вторым электродами; электродное средство, которое отличается тем, что первый электрод сформирован в виде, по существу, полосковой структуры из электропроводного материала, что второй электрод сформирован поверх первого электрода в виде аналогичной, по существу, полосковой структуры из электропроводного материала и расположен под прямым углом к первому электроду, пересекая последний, что слой электроизоляционного материала формируется на пересечении между первым и вторым электродами, так что электроды пересекают один другой без непосредственного физического или электрического контакта и поэтому образуют структуру в виде мостика, что контактный слой из электропроводного или полупроводникового материала, который контактирует как с первым, так и со вторым электродом электрически, сформирован поверх первого электрода и второго электрода и что функциональный элемент сформирован, по существу, рядом с пересечением электродов или на пересечении электродов, при этом указанные функциональные элементы имеют конфигурацию или воспринимающего элемента, или элемента для хранения и/или индикации информации; и электродное устройство, которое отличается тем, что электродные средства интегрированы в виде квазидвухмерной матрицы, что первые электроды образуют рельефный слой рядов электродов в матрице, что вторые электроды, не находясь в непосредственном физическом или электрическом контакте с рядами электродов, образуют рельефный слой из колонок электродов в матрице, что контактный слой или интегрированный, или рельефный образует сплошной контактный слой в матрице и распределяется к каждому отдельному электродному средству, что электропроводный или полупроводниковый материал в контактном слое обеспечивается поверх обоих электродных слоев и электрически контактирует с ними и что функциональные элементы, обеспеченные в контактном слое или поверх контактного слоя, образуют один или больше рельефных, или нерельефных слоев функциональных элементов, обеспеченных в соответствующих двухмерных матрицах, при этом отдельный функциональный элемент совмещается с соответствующим пересечением между электродом ряда и электродом колонки в электродных слоях.

Электродное устройство может быть установлено в оптических, электронных или химических камерах, в запоминающих устройствах с электрической адресацией или в устройствах обработки данных с электрической адресацией, а также в устройствах отображения с электрической адресацией, при этом функциональные элементы электродного устройства образуют соответственно пиксели или запоминающие, или логические элементы.

В соответствии с изобретением первый и второй электроды преимущественно состоят из металла с высокой или низкой работой выхода, или наоборот.

В соответствии с изобретением контактный слой преимущественно образует выпрямляющий электрический контакт с первым электродом и омический контакт со вторым электродом или наоборот.

В соответствии с изобретением электропроводный или полупроводниковый материал в контактном слое представляет собой анизотропный проводник или полупроводник, при этом анизотропный проводник предпочтительно содержит электроизоляционную матрицу в виде непроводящего полимерного материала и внедренного в него, по меньшей мере, одного электропроводного материала, причем электропроводный полимерный материал разделен на домены с расширением, по меньшей мере, равным толщине контактного слоя.

Кроме того, в соответствии с изобретением функциональный элемент преимущественно обеспечен или сформирован как часть контактного слоя поверх пересечений электродов или, по существу, находится на одном уровне с ними, или обеспечен как отдельный элемент поверх контактного слоя и так, что он, по существу, совмещается с пересечением электродов. Предпочтительно функциональным элементом является соответственно управляемый потенциалом неорганический или органический металл или управляемый потенциалом полупроводник, неорганический или органический металл с инжекцией тока, или полупроводник с инжекцией тока, или неорганический, или органический металл с накоплением зарядов, или полупроводник с накоплением зарядов, при этом указанные материалы содержат электроактивные и/или электрохромные материалы, оптические свойства которых изменяются в зависимости от величины накопленного заряда.

В соответствии с изобретением особенно предпочтительно, чтобы отдельным функциональным элементом являлся неорганический или органический металл, или полупроводник, который выдает ответный сигнал как реакцию на специфический физический сигнал возбуждения.

В соответствии с изобретением также особенно предпочтительно, чтобы отдельным функциональным элементом являлся неорганический или органический металл, или полупроводник, который выдает ответный сигнал как реакцию на специальный химический реагент.

В соответствии с изобретением также выгодно, чтобы электродное устройство реализовывалось по тонкопленочной технологии и чтобы слой функциональных элементов формировался осаждением полимерного слоя из раствора одного проводящего полимера или смеси полимеров, содержащей, по меньшей мере, один проводящий полимер, при этом проводящий полимер находится в легированном или нелегированном состоянии.

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения раскрываются дополнительными приложенными зависимыми пунктами формулы изобретения.

Теперь изобретение будет объяснено более подробно на примерах вариантов реализации и со ссылкой на приведенные чертежи, в которых:
фиг. 1а - изображение в перспективе электродного средства в соответствии с известным уровнем техники,
фиг.1b - вид сверху электродного средства на фиг.1а,
фиг. 2а - изображение в перспективе электродного средства в соответствии с изобретением,
фиг.2b - вид сверху электродного средства на фиг.2а,
фиг. 2с - разрез контактного слоя, полученного с анизотропным проводником, внедренным в матрицу,
фиг. 3а - изображение в перспективе электродного средства с функциональным элементом в соответствии с изобретением,
фиг.3b - принципиальное изображение структуры функционального элемента и реализованного, в частности, как воспринимающий элемент,
фиг.3с - разрез электродного средства на фиг.3а,
фиг.3d - вид сверху электродного устройства на фиг.3а,
фиг.4 - первый предпочтительный вариант реализации электродного средства на фиг.3а,
фиг.5 - второй предпочтительный вариант реализации электродного средства на фиг.3а,
фиг.6 - третий предпочтительный вариант реализации электродного средства на фиг.3а,
фиг. 7 - электродное устройство в соответствии с изобретением и реализованное с входным и выходным средствами для управления электродным средством и детектирования выходных сигналов,
фиг.8 - эквивалентная диодная схема для электродного устройства в соответствии с изобретением,
фиг.9 - схема применения электродного устройства в соответствии с изобретением в оптической или электронной камере,
фиг. 10 - схема применения электродного устройства в соответствии с изобретением в химической камере, и
фиг. 11 - схема применения электродного устройства в соответствии с изобретением в устройстве отображения.

На фиг.1а показано изображение в перспективе электродного средства, реализованного в соответствии с известным уровнем техники, т.е. в виде трехслойной структуры, в которой слой активного материала 3 обеспечивается поверх первого электрода 1, в этом случае активного полимера и снова обеспеченный над ним второй электрод 2, например электрод из индий-олова на непоказанной стеклянной подложке. Активный полимер 3 может содержать светоизлучающие полимерные диоды, в которых используется выпрямляющий контакт, образованный между сопряженным полимером и металлическим электродом 1. Ряд этих полимеров имеет электропроводность Р-типа и поэтому выпрямляющий контакт может быть получен посредством контакта с металлом с низкой работой выхода, таким как алюминий, кальций или индий. Электродное средство, в котором полимер заключен между двумя электродными слоями, ранее использовалось для целей фотодетектирования. Для большинства из этих средств является обычным, что один из упомянутых электродов является прозрачным оксидом индия-олова (ОИО) на стеклянной подложке, в то время как первый электрод 1, т.е. металлический электрод, изготавливается в виде слоя, который напыляется на полимерный материал. В этих средствах свет проходит через прозрачную сторону воспринимающего элемента. Электродное средство этого типа обычно используется в светоизлучающих устройствах. Эта же самая геометрия может быть легко распространена на конструирование фотодиодной матрицы. Так как полимерный материал 3 будет размещаться между электродами 1 и 2, осаждение первого, или нижнего электрода, может однако легко повредить расположенный над ним полимерный материал. При напылении металл может, например, просачиваться через полимерный материал и образовать закорачивающие перемычки, или могут происходить химические реакции, которые могут изменять полимерный материал. Если используется способ на основе фоторезиста для придания требуемого рельефа первому или нижнему электроду в трехслойной структуре в электродном средстве, полимерный материал должен быть в состоянии выдержать воздействие всех растворителей и травящих агентов, которые применяются.

Так как активный полимерный материал расположен между электродами 1 и 2, электродное средство в трехслойной конструкции к тому же будет менее подходящим для ряда целей. Например, оно не может применяться для адресации детекторных матриц, состоящих из воспринимающих элементов, приспособленных для реагирования на специальные химические вещества, если они не могут проникать через один из слоев. Если электродные средства в трехслойной конструкции используются для адресации детекторных матриц в электронных камерах или пикселей в устройствах отображения, это предполагает также, что, по меньшей мере, один из электродов является прозрачным.

На фиг.1b показан вид сверху электродного средства в трехслойной конструкции на фиг.1а. Активная область 3' в электродном средстве показана заштрихованной и формируется, как будет видно, всей областью, которая расположена между электродами 1 и 2 в пересечении. Это должно означать, что трехслойная конструкция электродного средства очень хорошо подходит для применения в качестве фотодетектора, так как активная область 3' равна произведению ширины электродов и поэтому будет генерировать сравнительно высокий фототок.

Электродное средство в соответствии с настоящим изобретением реализуется как структура в виде мостика, как это показано в перспективе на фиг.2а. В ней первый электрод 1, например алюминиевый электрод, формируется на не показанной подложке, которая, например, может состоять из кремния. Поверх алюминиевого электрода 1 обеспечивается слой электроизоляционного материала и поверх этого слоя обеспечивается второй электрод, который также может быть из металла, например золота. Материалы соответственно для первого и для второго электродов 1 и 2 должны иметь различную работу выхода по причинам, которые должны быть обсуждены более подробно ниже. Необходимо только обеспечить изоляционный слой 4 на пересечении между электродами, т.е. где электроды 1 и 2 перекрывают один другой без непосредственного физического или электрического контакта. Изоляционный слой 4 предпочтительно осаждают посредством центрифугирования, так что он формируется как тонкая пленка. Как показано на фиг. 2а и на виде сверху на фиг.2b, электроды 1 и 2, по существу, реализуются как полосковые структуры и являются взаимно перпендикулярными. Под пересечением электродов поэтому следует в общих чертах понимать область, которую взаимно покрывают два электрода и которая поэтому, по существу, будет равна произведению ширины электродов. Как показано на фиг.2b, верхняя поверхность второго электрода 2 открыта. Если изоляционный слой 4 осаждают так, что он покрывает весь первый электрод 1, то изоляционный слой после того, как был осажден второй электрод 2, может быть удален там, где он не покрыт вторым электродом, например, посредством травления.

Сами электродные материалы могут быть осаждены напылением и, если первый электрод 1 обеспечивается на подложке, например, из кремния, на поверхности кремния может быть выращен оксидный слой, например, толщиной около 1 мкм, чтобы обеспечить электрическую изоляцию, если электродное средство изготавливается интегральным способом, т.е. с большим числом электродных средств на одной и той же подложке. Электроды осаждают из паровой фазы, например, толщиной между 200 и 250 нм, так как более тонкие электроды могут быть легко повреждены во время процесса травления для удаления ненужных участков изоляционного слоя. В качестве изоляционного материала в изоляционном слое 4 использовался бензоциклобутен (БЦВ). Раствор бензоциклобутена 1:2 в мезитилене наносится центрифугированием в виде слоя поверх первого электрода и подложки в течение 30 сек при скорости вращения 1000 об/мин. Затвердевание изоляционного слоя длится 1 час при 200^oС. Толщина может изменяться от 200 до 400 нм в зависимости от температуры раствора перед нанесением покрытия центрифугированием.

В одном варианте реализации золотой электрод осаждался из паровой фазы поверх изоляционного слоя 4. Механическая стабильность золота на бензоциклобутене однако является плохой и поэтому перед осаждением золотого электрода осаждался из паровой фазы слой хрома толщиной 2 нм. Толщина собственно золотого электрода была 50 нм. Как упомянуто выше, участок изоляционного слоя 4, который не покрыт вторым электродом 2, удаляют. С использованием реактивного ионного травления этот процесс удаления потребовал менее 2 мин и после этого появилось средство со структурой, как показано на фиг.2b.

Теперь поверх обоих электродов 1 и 2 будет обеспечен контактный слой 3 из электропроводного или полупроводникового материала, который электрически контактирует как с первым, так и со вторым электродом. Вариант реализации электродного средства на фиг.2а с осажденным контактным слоем показан на виде сверху на фиг.2с. Вдоль двух противоположных боковых краев второго электрода 2 и в сторону первого электрода 1 контактный слой 3 образует активные области 3'. Эти области имеют гораздо меньшее расширение, чем в случае реализации с трехслойной конструкцией, но разница в величинах тока будет несущественна, когда электроды 1 и 2 делают чрезвычайно узкими. В следующем обсуждении узкой реализации контактного слоя 3 отправной точкой является то, что электропроводным или полупроводниковым материалом в контактном слое является анизотропный проводник или полупроводник. Обсуждение в особенности будет направлено в сторону применения анизотропного проводника, полученного из полимерных материалов. Это однако не противоречит тому, что в некоторых вариантах реализации часто может быть необходимо использовать анизотропный материал в контактном слое 3. При первом и втором электродах 1 и 2, например, содержащих металл с высокой или низкой работой выхода, или наоборот, контактный слой 3, как упомянуто выше, образует выпрямляющий электрический контакт с первым электродом 1 и омический контакт со вторым электродом 2 или наоборот.

Контактный слой 3 с анизотропным проводником показан схематически на фиг. 2. Контактный слой содержит электроизоляционную матрицу 6 в виде непроводящего полимерного материала и внедренный в него, по меньшей мере, один электропроводный полимерный материал 5. Как показано на фиг.2а, электропроводный полимерный материал 5 разделен на домены с расширением, по меньшей мере, равным толщине контактного слоя 3. Специалист в данной области легко поймет, что, если контактный слой 3 с анизотропным проводником образует омические контакты как с первым, так и со вторым электродом 1 и 2, будет невозможно избирательно адресовать точку пересечения между электродами. Избирательная адресация требует, чтобы именно один из контактов являлся выпрямляющим контактом. Хорошо известно, что металлические контакты из нелегированных или легированных сопрягаемых полимеров могут быть выпрямляющими. Например, как в случае контактов между алюминием и легированными или нелегированными замещенными соединениями политиофенов. С другой стороны, золото образует омический контакт с этими материалами как в их легированном, так и в нелегированном состояниях. С первым электродом 1, изготовленным из алюминия, анизотропный проводник, если он сформирован из смеси полимеров, всегда образует выпрямляющий контакт, в то время как его контакт с золотым электродом 2 над ним будет омическим.

В отношении конструкции контактного слоя 3 следует отметить, что материалы с высокой электронной проводимостью обычно присутствуют или используются в изотропных формах. При наличии крайне низкой анизотропной проводимости эти свойства явно проявляются как макроскопическая анизотропная проводимость, только когда используются монокристаллы металлических или полупроводниковых материалов. Однако имеется ряд ситуаций, в которых анизотропная электропроводность может быть привлекательна, и ряд гибридных материалов и устройств с этими свойствами используется в данной области техники. Эти материалы часто состоят из композиций проводников в изоляторах, которые были получены тем или другим способом, чтобы обеспечивалась анизотропная электропроводность. Например, эластомеры используются в так называемом контактировании способом перевернутого кристалла. Также известны анизотропные проводящие клеи, основанные на матрице, содержащей металлические частицы. Они обычно применяются в толстопленочных структурах.

Очень простая реализация анизотропной проводимости может быть получена с пленками полимерных смесей между сопрягаемым и проводящим полимерами и, по меньшей мере, одним матричным полимером, который является изоляционным. Обычно в смеси такого типа наблюдается разделение фаз (см., например, Международную патентную заявку PCT/SE 95/00549 с названием "Источник цвета и способы его изготовления"). Когда сопрягаемые полимеры образуют домены, толщина которых сравнима с толщиной пленки, т.е. толщиной контактного слоя, так что проводящие домены открыты как на верхней, так и на нижней стороне пленки, при этом можно обеспечивать эти пленки между проводниками для формирования электрического контакта. Выбирая такую стехиометрию полимерной смеси, при которой электропроводность, параллельная пленке, является очень низкой из-за отсутствия двухмерных дорожек просачивания, легко сформировать тонкий анизотропный проводник, как схематично показано на фиг.2d. Отношение анизотропии между проводимостью вдоль перпендикуляра к пленке и проводимостью, параллельной направлению расширения пленки, может вполне составлять несколько порядков. Пленка этого типа может быть легко получена центрифугированием из раствора одного или больше сопрягаемых полимеров, или одного, или больше изоляционных полимеров. Пленка может быть также получена отливкой с растворителем, погружением в расплав или даже покрытием с применением раствора, или геля.

Предпочтительно непроводящий материал выбирают из класса гомо- и сополимеров полиакрилатов, полиэфиров, поликарбонатов, полистиролов, полиолефинов или других полимеров с несопрягаемой основой. В особенности предпочтительно, чтобы непроводящим полимерным материалом являлся полиметилметакрилат (ПММА).

Предпочтителен электропроводный полимерный материал, который обеспечивает контактный слой с его анизотропными проводящими свойствами и может быть выбран среди класса полигетероциклических полимеров, таких как замещенные политиофены, замещенные политиофенвинилены, замещенные полипирролы, полианилин и замещенные полианилины, замещенные поли-пара-фенилвинилены и их сополимеры. В особенности предпочтительно, чтобы электропроводным полимерным материалом являлся поли[3-(4-октилфенил)-2,2'-битиофен] (РТОРТ).

Контактный слой толщиной 100 нм, состоящий из РТОРТ в ПММА матрице был осажден на золотую поверхность. Посредством атомной силовой микроскопии (АСМ) было подтверждено, что домены, проходящие через контактный слой толщиной 100 нм до его поверхности, были довольно равномерно распределены в нем и имели типовой диаметр в поперечном направлении в несколько десятков нанометров.

Теперь будет описано электродное средство с функциональным элементом 7, который может иметь функцию детектирования, хранения информации и/или индикации информации. В частности, функциональный элемент 7 может быть электрочувствительным, химически чувствительным, фоточувствительным или излучающим элементом, и применение электродного средства в соответствии с изобретением обеспечит пассивную электрическую адресацию функционального элемента. Функциональный элемент 7 обеспечивается рядом с пересечением электродов 1 и 2 или в пересечении и может быть или обеспечен, или сформирован как участок контактного слоя 3 поверх пересечения электродов и будет затем, по существу, находиться на одном уровне с ним, так что функциональный элемент 7, по существу, соответствует активным областям 3', как показано на фиг.2. Но функциональный элемент 7 может быть также реализован как отдельный элемент и обеспечен на пересечении электродов 1 и 2, но поверх контактного материала 3. Так, как это показано в перспективе на фиг.3а, первый электрод 1 обеспечивается на непоказанной подложке и, например, изготовленной из алюминия. Над алюминиевым электродом обеспечен электроизоляционный слой 4 и поверх электроизоляционного слоя второй электрод 2 из второго электропроводящего материала, например золота. Везде, где изоляционный слой 4 не покрыт золотым электродом 2, он стравливается, так что не возникает непосредственно контакта на пересечении между электродами 1 и 2 и никакого другого электрического контакта. Поверх пересечения электродов 1 и 2 обеспечивается контактный слой 3, и функциональный элемент 7 обеспечивается, например, в виде чувствительного полимера, поверх контактного слоя и на пересечении, так что он, по существу, расположен несколько за пределами последнего.

Если функциональный элемент должен быть использован как основной элемент в матричном устройстве, таком как далее обсуждается в связи с фиг.7, он должен быть или соединен в диодную структуру, или иметь присущие выпрямляющие свойства, чтобы избежать проблем перекрестных помех при пассивной адресации матричного устройства.

Принципиальная структура функционального элемента 7, реализуемая с функцией детектирования, показана на фиг.3b. Первый электрод 1, здесь указанный как металлический электрод из алюминия, образует с первым полимерным материалом Р1 из РТОРТ выпрямляющий переход Шотки, в котором металл образует катод. Второй полимерный материал Р2 сам образует активный или детектирующий элемент и может быть сконструирован так, что он изменяет свою проводимость под воздействием физического или химического стимула. Второй электрод, который сконструирован как металлический электрод из золота, содержит анод структуры и образует невыпрямляющий контакт с полимером Р1 (РТОРТ).

Алюминий был выбран в качестве металла первого электрода, так как он имеет такую низкую работу выхода, как 4,3 эВ. Золотой анод имеет более высокую работу выхода, а именно 5,2 эВ.

При использовании структуры или геометрии, показанной на фиг.3b, можно контролировать состояние проводимости чувствительного полимера Р2, который здесь обозначен как POWT, непосредственно по вольт-амперной характеристике средства. Опыты показывают, что эффективность выпрямления переходом между алюминием и легированным РТОРТ была хуже, чем у перехода, в котором использовался нелегированный РТОРТ, даже если сила тока для данного напряжения была значительно выше. Однако считается, что выпрямляющее свойство перехода является более важным, чем объемная проводимость и поэтому в воспринимающем элементе предпочтительно использовался нелегированный РТОРТ.

Так как РТОРТ растворим в неполярных растворителях, полимер, растворимый в полярных растворителях, должен быть использован в качестве чувствительного полимерного материала, так как иначе РТОРТ слой будет разрушен во время нанесения центрифугированием слоя этого полимера. Был выбран растворимый в воде политиофен, а именно поли[3-((S)-5-амино-5-карбоксил-3-оксапентил)-2,5-тиофенилгидрохлорид] (POWT). Эта молекула имеет незащищенную аминокислотную боковую цепочку, которая показывает замечательный зависимый от растворителя спектр удельного вращения и кругового дихроизма, это то, что интерпретируется как вызванное взаимным превращением между синориентациями и антиориентациями соседних боковых цепочек вдоль полимерных цепочек. Этот полимер также растворим в метаноле и диметилсульфоксиде. Он может быть легирован иодом (J₂) или раствором нитроцилтетрафторбората (NOBF₄) в ацетонитриле. Этот полимерный материал (РOWТ) имеет замечательное свойство, заключающееся в том, что он может связывать различные протеиновые вещества с аминокислотными боковыми цепочками молекулы. Поэтому можно использовать протеин, который имеет эффект изменения проводимости полимера, как реакцию на биохимический стимул, что может представлять большой интерес, если функциональный элемент должен использоваться как детектор специфических химических реагентов. Функциональный элемент 7, сконструированный в виде чувствительного полимера, может наноситься или осаждаться центрифугированием, чтобы он образовал рисунок поверх контактного слоя 3, как показано на фиг.3а. При этой геометрии ток будет проходить через чувствительный полимерный материал и по упомянутой токопроводящей дорожке, а именно от второго электрода 2 из золота к РТОРТ слою и далее через чувствительный полимер POWT к переходу между РТОРТ и первым электродом из алюминия.

Функциональный элемент 7 сам может являться участком контактного слоя 3, который соответствует области, покрытой функциональным элементом, как показано на фиг. 3а, и активные области функциональных элементов будут тогда реально соответствовать активной области 3', как показано на фиг.2b, а именно участок контактного слоя 3, который расположен на одной стороне второго электрода 2 и доходит до первого электрода 1, где боковой край первого электрода пересекает другой электрод. На фиг.3c и фиг.3d показаны соответственно разрез и вид сверху электродного средства, в котором функциональный элемент 7 обеспечен как отдельный компонент поверх контактного слоя 3 и над пересечением электродов 1 и 2. Доступ к функциональному элементу 7 может быть в любом случае обеспечен как от первого, так и от второго электродов. В зависимости от материала, используемого в функциональном элементе, он может иметь функцию детектирования, т.е. функцию воспринимающего элемента, иметь функцию хранения информации, т.е. быть сконструированным как запоминающий элемент с электрической адресацией, или он может иметь функцию индикации информации, например быть сконструированным как излучающий элемент.

Если функциональный элемент 7 реализуется с воспринимающей функцией, он может быть изготовлен так, что обеспечивает переменное сопротивление в результате воздействия стимула, например, как реакция на биологический материал, химический реактив, излучение света или давление, и выходным сигналом будет ток. Функциональные элементы могут быть также сконструированы в материале, электрические свойства которого могут быть управляемыми или изменяемыми подачей напряжения или инжекцией тока или заряда.

Если функциональный элемент 7, в частности, реализуется с сопрягаемыми полимерами, как упомянуто выше, электрические или фотоэлектрические свойства этих материалов дают возможность определять присутствие легирующих веществ или падающего света по изменению проводимости материала. Кроме того, сопрягаемые полимеры, как упомянуто, могут также излучать свет при образовании доменов 5, которые функционируют как светоизлучающие домены. Также можно модифицировать свойства сопрягаемых полимеров в этом отношении настройкой их чувствительности и избирательности в отношении специфического химического реагента или специфической длины волны. Ряд сопрягаемых полимеров имеет эти свойства, особенно предпочтительно использовать замещенные политиофены (РТОРТ).

Теперь будет описано со ссылкой на фиг.4, 5 и 6, как может адресоваться и управляться функциональный элемент.

На фиг. 4 показан разрез через электродное средство с функциональным элементом 7 в виде воспринимающего элемента, обеспеченным поверх контактного слоя 3 на пересечении электродов 1 и 2. Материалом в функциональном элементе 7 должен в этом случае быть проводник, например, из органического или неорганического металла, или полупроводник. В частности, на фиг.4 показано электродное средство, предназначенное для адресации напряжением по отношению, например, к записи на жидкокристаллическом элементе, обеспеченном поверх функционального элемента 7. Жидкокристаллическим элементом тогда может считаться пиксель в жидкокристаллическом экране. Жидкокристаллический элемент 8 контактирует с электронным проводником, который образует третий электрод электродного средства. Намерение теперь заключается в том, чтобы адресация напряжением происходила при такой форме сигнала, когда обеспечивается управление некоторым специфическим процессом, которым в этом случае является состояние ориентации жидкокристаллического элемента 8.

Если электродное средство на фиг.3а используется для управления жидкокристаллическим дисплеем, оно необходимо только с использованием напряжения, так как управление не требует особенно высоких токов. Если жидкокристаллический элемент на фиг.4 заменяется на электролюминесцентный элемент 10, то это потребует значительно более высоких токов, но принцип управления остается очень схожим с принципом управления жидкокристаллическим дисплеем. В этом случае электронный изолятор 8, т.е. жидкокристаллический элемент, заменяется однородным слоем 10 из электролюминесцентного материала, предпочтительно сопрягаемого полимера, как показано на фиг.5. Поверх электролюминесцентного слоя 10 снова обеспечивается третий электрод 9 в виде электронного проводника 9, который покрывает весь слой и адресуется одновременно с функциональным элементом 7, так что ток проходит через электролюминесцентный слой 10. В этой связи важно, чтобы достаточно высокий ток мог быть инжектирован в функциональный элемент 7 для того, чтобы полимерный материал в электролюминесцентном слое 10 стал светоизлучающим. Здесь функциональным элементом 7 является неорганический или органический металл с инжекцией тока, или полупроводник с инжекцией тока.

Если функциональный элемент 7 реализуется как неорганический или органический металл с накоплением заряда, или полупроводник с накоплением заряда, он может содержать также электроактивные или электрохромные материалы. Электрохромным материалом может быть снова предпочтительно сопрягаемый полимер и функциональный элемент теперь может реализовываться как пиксель в электрохромном экране, как показано на фиг.6. Поверх функционального элемента 7 в данном случае обеспечивается слой 11 твердого электролита предпочтительно в виде тонкой пленки из полимерного электролита и поверх нее третий электрод 12 из электроактивного материала. При токовой и зарядовой адресации функционального элемента 7 состояние электрохромного материала с функциональным элементом 7 будет изменяться, когда ток проходит через полимерный электролит 11 и расположенный на нем электроактивный электрод 12. Когда это происходит, цвет электрохромного материала в функциональном элементе 7 изменяется и это изменение будет продолжаться, пока инжектированный заряд снова не исчезнет. Это является основой электрической адресации электрохромных тонкопленочных экранов, которые могут использоваться для обратимой регистрации информации. Адресация и запись в электрохромном пленочном экране в таком случае должна сочетаться со считыванием состояния функционального элемента 7. Так как большинство электрохромных материалов изменяют свое удельное сопротивление, когда изменяется состояние легирования, то можно прежде всего управлять этим посредством инжекции тока через функциональный элемент 7, который контактирует с электроактивным противоэлектродом 12 над введенным твердым электролитом 11 или полимерным электролитом. Это измененное состояние легирования затем может быть найдено адресацией функционального элемента 7 током и считыванием сопротивления функционального элемента. Предпочтительно в этом отношении может также обеспечиваться электронный проводник 9 поверх электроактивного электрода 12. Он может быть использован для реализации запоминающего элемента. Даже если запись и считывание в этом случае происходит с низкой скоростью, этот вариант реализации дает возможность интегрировать такие запоминающие элементы в двухмерную матрицу и располагать такие матрицы одна на другой для получения объемного запоминающего устройства для хранения данных.

Электродное средство, показанное на фиг.3а и на фиг.4, 5 и 6, может быть легко интегрировано в квазидвухмерную матрицу с электродным устройством 13, в котором электроды 1 и 2 в отдельном электродном средстве теперь образуют сплошные полосковые структуры, которые содержат соответственно ряды и колонки электродов 1 и 2 в матрице, при этом ряды, как указано ниже, обозначены как х электроды и колонки как у электроды электродного устройства.

Электродное устройство 13, реализованное как двухмерная матрица, показано в виде приближенной блок-схемы на фиг.7. Матрица, которая более правильно могла бы быть обозначена как квазидвухмерная матрица, так как она обязательно должна иметь некоторую толщину, шиной 14 для управляющего напряжения или рядовых электродов из х электродов соединена с платой 16 преобразователя входа-выхода, а шина 15 для выходных сигналов от у электродов аналогичным образом соединена с платой 16 преобразователя входа-выхода. Выходные сигналы от у электродов преобразуются в напряжение и выводятся по шине 17 на плату 20 А/Ц преобразователя, откуда цифровые выходные сигналы или ответные сигналы могут передаваться далее в соответствующее устройство обработки данных по шине 21 данных. Устройством для обработки данных может быть общий ПК или специализированная рабочая станция, не показана. Шина 19 напряжения управления рядами электродов, т.е. его напряжение смещения, аналогичным образом идет от платы 20 А/Ц преобразователя и к плате 16 преобразователя входа-выхода вместе с селекторной шиной для выбора электродного ряда для управления им. В матрице электродного устройства 13 контактный слой 3 теперь может являться интегральной формой сплошного контактного слоя в матрице, так что электропроводный или полупроводниковый материал контактного слоя расположен поверх обоих электродных слоев и электрически контактирует с ними. Функциональные элементы 7 для каждого электродного средства могут обеспечиваться в контактном слое и образовывать часть его, при этом функциональный элемент формируется на пересечении х электрода и у электрода в каждом электродном средстве, которое введено в матрицу электродного устройства 13. Функциональный элемент 7 может также обеспечиваться как отдельный элемент и вводится в каждое из электродных средств, как это показано на фиг.2а. В принципе это может происходить при обеспечении функционального элемента 7 в слое над контактным слоем 10 и при его структурировании, чтобы функциональные элементы создавались для каждого электродного средства 2. Это однако не является необходимостью, так как функциональные элементы очень хорошо могут быть сформированы в неструктурированном слое материала, который образует функциональные элементы и который осаждается поверх контактного слоя 3. Сначала адресацией формируется функциональный слой 7 как активная структура, предназначенная для отдельного электродного средства в матрице.

Электродное устройство на фиг.7 может также обеспечиваться более чем одним слоем функциональных элементов 7, так как отдельный слой функционального элемента затем может быть разделен слоем электронного или ионного проводника.

На фиг. 8 показана упрощенная электрическая эквивалентная модель схемы, сформированной х электродами и у электродами 1 и 2 в матрице электродного устройства 13 на фиг.7. На каждом пересечении между рядами электродов и колонками электродов формируется диод 23, который в каждом случае имеет одно и то же направление проводимости. Возможно, что электродное устройство может также быть реализовано с присущей выпрямляющей функцией, чтобы избежать проблем перекрестных помех при адресации, сравни с описанием выше функционального элемента в связи с фиг.3а и с непосредственно предшествующим разделом. Избирательная адресация отдельного электродного средства 26 именно требует, чтобы выпрямляющий контакт присутствовал в каждом электродном средстве, например, между первым электродом 1 и контактным слоем 3. Когда функциональный элемент 7 в электродном средстве 26 в х,у-положении в матрице будет считываться, не должно происходить перехода тока между соседними расположениями (х+1,у), (х-1,у), (х,у+1) или (х,у-1). Это очевидно из фиг.8, на которой видно, что два противоположных диода блокируют токовый переход этого типа.

При электродах, обеспеченных в матричной форме в электродном устройстве, например, показанном на фиг.8, ток будет проходить только через контактный слой 3 или между электродами 1 и 2 в активной области 3', как показано на фиг. 2а. Если одновременно, например, физический или химический стимул изменяет проводящие свойства полимерного материала в этой области, например, из-за падающего на него света, изменение будет детектироваться подачей напряжения и считыванием соответствующего тока выходного сигнала. Если электроды 1 и 2 в электродном устройстве являются плавающими, т.е. х электрод 1 электрически не смещен, ток от функционального элемента будет проходить также через соседние функциональные элементы в электродном средстве с плавающими электродами. Эта проблема решается заземлением электродов 2, как показано на фиг.8, при использовании преобразователей 22 ток-напряжение во всех колонках между их выходом и землей. Так как входной импеданс этих преобразователей 22 ток-напряжение является очень малым, все электроды колонок можно считать заземленными. Предпочтительно буферное напряжение подавалось на выбранный рядовый электрод 1; 25, так как все другие электроды 1; 24 были плавающими. При этом получают два преимущества, а именно ток в каждой колонке других электродов 2 только зависит от функционального элемента, идентифицируемого этой колонкой и выбранным рядом, и все функциональные элементы в одном и том же ряду в принципе могут контролироваться одновременно. Для контроля электродного устройства в одном варианте реализации использовалась специально сконструированная плата 16 преобразователя ток-напряжение, которая также подавала положительный ток смещения на выбранный ряд 1', при этом использовалась коммерчески доступная плата А/Ц преобразователя. Электродное устройство 13 может предпочтительно быть программно-управляемым, например ПК, как показано на фиг.7, и через интерфейс этого типа можно будет выбрать напряжение, которое может быть приложено к рядам, и возможно потребуется время ожидания перед проведением первого замера. Последняя отличительная особенность необходима для того, чтобы избежать переходных явлений, например емкостных токов, и на практике оказалось выгодно ожидать около 200 мс. Детектированные выходные токи могут иметь величину несколько пА, так что шумы, возникающие из схемы в матрице, могут таким образом быть источником ошибки. Этот недостаток может быть до некоторой степени смягчен введением очень простой реализации фильтра нижних частот при считывании каждого функционального элемента несколько раз на частоте, выбранной пользователем и являющейся средней из измеренных величин. Как ожидалось, наилучшие результаты были достигнуты использованием периодов контроля, которые были кратным числом периода подачи напряжения в схеме.

Если функциональный элемент в слое реализуется не как сплошной, а как рельефный слой, он будет контактировать как с х, так и с у слоями через анизотропный проводник контактного слоя 3. Структурированием функционального элемента 7 в слое никакой отдельный функциональный элемент не будет закорачиваться с соседним функциональным элементом. Это, конечно, возможно при применениях, в которых слой функционального элемента является неструктурированным и сплошным. Тогда слой функционального элемента может быть из материала, который находится в омическом контакте с анизотропным проводником, но он может быть также сделан таким, что он образует выпрямляющий контакт с анизотропным проводником в контактном слое 3. Если функциональный элемент 7 формируется с омическим контактом, сопротивление в отдельном функциональном элементе может быть измерено адресацией отдельного функционального элемента, т. е. адресацией х, у-положения в матрице. В этом случае материал функционального элемента может, например, иметь специальный выход для реагирования на химическое вещество и выдавать выходной сигнал в виде измененного сопротивления, когда он контактирует с химическим веществом. Им может также быть биочувствительный материал, который обеспечивает изменение сопротивления при взаимодействии с биомолекулами и биосистемами, пьезорезистивный материал, в котором приложенное давление изменяет сопротивление функционального элемента, фотопроводящий материал, в котором свет изменяет сопротивление функционального элемента, или термочувствительный материал, в котором нагревание изменяет сопротивление функционального элемента. Последние случаи охватывают целый ряд выгодных применений изобретения, из которых каждое может обозначаться соответственно как химическая камера, биокамера, фотокамера и термокамера. Вообще любое взаимодействие, которое изменяет проводимость или сопротивление функционального элемента, может быть считано путем использования такого варианта реализации электродного устройства 13 независимо от того, имеет ли взаимодействие физическую, химическую или биологическую причину. В зависимости от функции или применения соответствующий размер каждого отдельного функционального элемента, который при использовании в камере может рассматриваться как отдельные пиксели камеры, может быть от 1 мкм до 1 см, что зависит от масштаба отображаемого объекта. Если камера, например, должна отображать локальную величину рН в биологической клетке, будет выбран функциональный элемент с размерами порядка нескольких микрометров.

Если электродное устройство будет изготовлено как ряд одинаковых и воспроизводимых устройств, они могут быть сделаны размером между 10 мкм и 1 см, так что слои в электродном устройстве становятся гомогенными при таких размерах. Также возможно, что реализация электродного устройства в соответствии с изобретением для использования в камере, особенно для детектирования химических реагентов или биомолекул в химической камере, соответственно может быть в виде биосенсора с одновременным детектированием многих веществ и взаимодействий и с функциональными элементами, используемыми только один раз и возможно комбинируемыми со способами позиционирования функциональных элементов на различных участках поверхности. Другое возможное применение заключается в использовании химически чувствительных, но не специализированных полимеров и в комбинировании ряда различных материалов в функциональном элементе, например, осаждаемых струйной печатью на различные функциональные элементы у в устройстве, так что становится возможным реализовать то, что может быть описано как искусственный химический или биологический орган восприятия для детектирования веществ, испускающих запах или аромат в газовой или жидкой среде, где желательно обнаружить присутствие химических или биологических взаимодействий.

Электродное устройство 13 в соответствии с изобретением может также содержать контактный слой 3, который не имеет анизотропного проводника, но в котором контактный слой, состоящий из однородного материала, который может реагировать с биомолекулами, химическими реагентами, светом или давлением, осаждается непосредственно на электродную структуру. Функциональный элемент 7 затем будет введен в этот контактный слой 3, образуя часть последнего, и будет функционировать как детекторы, где активные области снова соответствуют краевым областям 3', как показано на фиг.2, и делают возможным детектирование изменений или специфических характеристик в этих активных областях 3', когда они подвергаются воздействию специальными сигналами возбуждения. Специфическими изменениями могут, например, быть изменения удельного сопротивления, емкости или вольт-амперных характеристик.

Электродное устройство 13 в соответствии с изобретением может найти применение как устройство для обработки данных, если функциональные элементы 7 адаптированы так, что они могут коммутироваться между различными состояниями и возможно использоваться для конфигурации логических элементов или логических схем. Другим и очевидным применением является использование электродного устройства 13 в соответствии с изобретением в качестве памяти с электрической адресацией для хранения данных. Затем проводится запись в каждую запоминающую ячейку в запоминающем устройстве, так как запоминающая ячейка соответствует отдельному электродному средству 26 и запоминающее устройство соответствует электродному устройству 13. Контактный слой 3 сам по себе может в этом случае преимущественно функционировать как запоминающий материал, и запись на запоминающем участке, т.е. в отдельном запоминающем элементе, может производиться изменением электрических свойств контактного слоя в активной области в каждом электродном средстве 26 или в запоминающем элементе. Например, запись может производиться нарушением проводимости так, чтобы не было больше электрического контакта между электродами 1 и 2 на рассматриваемом запоминающем участке. Возможно запоминающее устройство 13 может быть реализовано так, чтобы постепенно уменьшалась проводимость. Если это уменьшение происходит по заранее определенным этапам, то каждый запоминающий участок может хранить несколько бит и можно будет хранить биты в соответствии с определенным многоуровневым кодом. Таким образом емкость памяти может быть увеличена в значительной степени. Более детальное описание способа электрической адресации запоминающего устройства и обсуждение полных вариантов реализации таких запоминающих устройств находятся в Норвежской патентной заявке 972803, зарегистрированной 17 июня 1997 года и выданной настоящему заявителю. Запоминающие устройства такого типа могут быть сконструированы в объемном виде, располагая электродные устройства одно на другом. Особенно с использованием кодирования в каждом запоминающем участке будет тогда возможно получить запоминающие устройства с электрической адресацией с чрезвычайной высокой объемной емкостью памяти.

Электродное устройство 13 в соответствии с изобретением может также использоваться как оптическая камера или электронная камера при реализации контактного слоя, или функционального слоя как фотодиодной матрицы. Это может, например, происходить при использовании хорошо известного фотодиодного материала, например сопрягаемого политиофена, смешанного с бакминистерфуллеролом С₆₀ в контактном слое. Функция камеры этого типа схематически показана на фиг.9.

Электродное устройство 13 может, как упомянуто выше, также использоваться как химическая камера, строго говоря, как химический сенсор, например, для определения специфического распределения химического вещества, как схематически показано на фиг.10. Оно может затем использоваться как функциональный элемент, содержащий полимерный слой из РТОРТ.

Именно отсутствие барьеров против массопередачи в полимерный слой в электродном устройстве, делает его подходящим для детектирования химических веществ, т. е. для химической камеры. В связи с тем, что сопрягаемые политиофены могут взаимодействовать с окисляющим химическим веществом с образованием очень электропроводного полимерного материала, такую систему можно, например, рассматривать как модельную систему для химической камеры этого типа. Например, хорошо известно, что пары иода будут окислять политиофены, включая РТОРТ, который предпочтительно используется в настоящем изобретении. Это приводит к повышению проводимости во много раз. Поэтому функциональный элемент может быть адресован электронно так, что может последовать за этим процесс легирования, который может быть представлен в виде повышенной проводимости.

На фиг. 10 схематически показан результат, достигнутый детектированием кристаллов иода на детекторе химической камеры, сконструированной в соответствии с изобретением и с электродами соответственно из алюминия и золота при использовании изоляционного слоя из бензоциклобутена, покрытого РТОРТ, который образует как контактный слой, так и слой функционального элемента.

Электродное устройство 13 может также быть использовано в устройстве отображения, показанном схематически на фиг.11, например, управляемом так, что функциональный элемент становится электролюминесцентным. В такой же структуре, которая используется в применении, описанном в связи с фиг.9, также может возникать излучение света. В варианте реализации сопрягаемый политиофен использовался в слое функционального элемента и осаждался поверх электродов из окисла индия и олова, на которые подавалось напряжение +30 В при одновременном заземлении алюминиевых электродов (электродных рядов). Пиксели источника света легко видимы невооруженным глазом. В варианте реализации полимерные пиксели излучают красный свет. При подаче напряжения на специальное электродное средство в электродном устройстве свет будет излучаться только от этого электродного средства.

С электродным средством 26 и электродным устройством 13 в соответствии с изобретением достигается очень большое преимущество, заключающееся в том, что функциональный элемент или материал в слое функционального элемента одновременно открыт и доступен от окружающей среды, так как он может быть адресован электрически и поэтому дает возможность детектировать вещества и специфические сигналы возбуждения, к которым чувствителен материал функционального элемента.

Изготовление отдельных частей электродного средства в соответствии с изобретением само по себе известно и описано, например, в связи с другим, например, в вышеупомянутой Международной патентной заявке PCT/SE 95/00549 и в статье Berggren, O. Inganäs & al. "Light emitting diodes with variable colours from polymer blends". Nature, 1994, т.372, стр.44. Тем не менее как руководство для специалистов в данной области в отдельном приложении приведены примеры, которые считаются специфичными и информативными в связи со средствами в соответствии с настоящим изобретением. Эти примеры относятся к изготовлению анизотропного проводящего материала, изготовлению электродного средства на подложке и применению слоя функционального элемента в электродном средстве в соответствии с изобретением и как с использованием, так и без использования анизотропного проводника.

ПРИМЕР 1
Формирование анизотропного проводящего материала
5 мг/мл поли[3-(4-октилфенил)-2,2'-битиофена] (РТОРТ) растворяют в хлороформе и 5 мг/мл полиметилметакрилата (ПММА) аналогично растворяют в хлороформе. Из этих растворов получают смесь для приготовления 6% раствора РТОРТ в ПММА. Этот раствор в виде покрытия наносят на подложку центрифугированием со скоростью вращения 800 об/мин для получения пленки толщиной около 100 нм. В этом случае толщина пленки будет сравнима с доменами сопрягаемого полимера, поэтому электропроводность, перпендикулярная пленке, является высокой, а электропроводность, параллельная пленке, является ничтожно малой. Если требуется, то можно преобразовать РТОРТ в легированную форму, подвергая ее воздействию газообразных окислителей или окислителей в растворах, которые не растворяют два полимера. Если полимерная смесь осаждается на проводящую подложку, также можно легировать ее до состояния проводимости электрохимическим легированием.

ПРИМЕР 2
Формирование анизотропного проводящего материала
5 мг/мл поли(3-октил)тиофена (ПОТ) растворяют в хлороформе и 5 мг/мл полиметилметакрилата (ПММА) аналогично растворяют в хлороформе. Из этих растворов получают смесь для приготовления 5% раствора ПОТ в ПММА. Этот раствор затем наносят на подложку центрифугированием со скоростью вращения 800 об/мин для получения пленки толщиной около 100 нм. В этом случае толщина пленки будет сравнима с доменами сопрягаемого полимера, поэтому электропроводность, перпендикулярная пленке, является высокой, а электропроводность, параллельная пленке, является ничтожно малой. Если требуется, то можно преобразовать ПОТ в легированную форму, подвергая его воздействию газообразных окислителей или окислителей в растворах, которые не будут растворять два полимера. Если полимерную смесь осаждают на проводящую подложку, то можно также легировать ее до состояния проводимости электрохимическим легированием.

ПРИМЕР 3
Формирование электродного устройства на кремниевой подложке
Кремниевый кристалл покрывают алюминиевыми дорожками (х электродов толщиной 250 нм), напыляемыми через теневую маску. Слой бензоциклобутена (БЦБ; Циклотена, торговое название фирмы-изготовителя Доу Кемикэл) наносится центрифугированием при 1000 об/мин в течение 30 сек из раствора БЦБ в мезитилене с соотношением 1:10 для получения пленки толщиной 200-400 нм. Пленку подвергают отверждению при 250^oС в течение 60 мин. Слой золота (50 нм) с подслоем хрома толщиной 2 нм для адгезии напыляют через теневую маску, определяющую у электроды. Кристалл травят в плазме реактивным ионным травлением в течение 2 мин. В результате золотые электроды остаются неповрежденными, но со всех других поверхностей удаляется БЦБ. Алюминиевые электроды вскрываются после этой операции травления. Анизотропные слои осаждают согласно примеру 1.

ПРИМЕР 4
Формирование электродного устройства на стеклянной подложке
Стеклянную подложку покрывают бензоциклобутеном (БЦБ) центрифугированием и отверждением. Это используется в качестве подложки для осаждения дальнейших слоев. Поверхность покрывают алюминиевыми дорожками (х электродами толщиной 50 нм), напыляемыми через теневую маску. Слой БЦБ (Циклотена в соответствии с коммерческим названием фирмы-производителя Доу Кемикэл) наносят центрифугированием при 1000 об/мин в течение 30 сек из раствора БЦБ в мезитилене с соотношением 1: 10 для получения пленки толщиной 200-400 нм. Пленку отверждают при 250^oС в течение 60 мин. Слой золота (50 нм) с подслоем хрома толщиной 2 нм для адгезии напыляют через теневую маску, определяющую у электроды. Кристалл травят реактивным ионным травлением в течение 2 мин. В результате этого золотые электроды остаются неповрежденными и со всех других поверхностей удаляется БЦБ. Алюминиевые электроды вскрываются после этой операции травления. Анизотропные слои осаждают согласно примеру 1.

ПРИМЕР 5
Осаждение слоя функциональных элементов
Устройство в соответствии с примером 3 покрывают гомогенной тонкой пленкой из поли[3-((S)-5-амино-5-карбоксил-3-оксапентил)-2,5-тиофениленгидрохлорида] (POWT) отливкой растворителя из полимерного раствора. Записывается сопротивление каждого пикселя из POWT. Небольшой кристалл иода размещается у пикселя. Иод является легирующей примесью для POWT и присутствие иода может быть считано, как уменьшение сопротивления у пикселя.

ПРИМЕР 6
Электродное устройство без анизотропного проводника
Устройство в соответствии с примером 3, но без анизотропных проводников покрывают гомогенной пленкой из поли[3-(4-октилфенил)-2,2'-битиофена] (РТОРТ) в 5 мг/мл растворе ксилола и из С₆₀ (бакминистерфуллерена) в 5 мг/мл растворе в ксилоле. Пленку формируют центрифугированием при скорости вращения 400 об/мин из теплого раствора (50^oС). Эта пленка фоточувствительна, и могут быть детектированы локальные изменения в фототоке или сопротивлении при воздействии на нее светом.

Изобретение относится к электродному средству для адресации функционального элемента. Предложенное средство включает первый и второй электрод, расположенный поверх первого. На пересечении первого и второго электродов расположен электроизоляционный материал так, что электроды перекрывают один другой без непосредственного физического и электрического контакта, образуя структуру в виде мостика. При этом средство также содержит контактный слой, представляющий собой электропроводный или полупроводниковый органический материал, расположенный над первым и вторым электродом с возможностью электрического контакта как с первым, так и со вторым электродами. Также предложено электродное средство и устройство с двумя или больше электродными средствами, с функцией детектирования, хранения информации и/или индикации информации. В результате расширяются функциональные возможности предложенного электродного средства. 3 с. и 35 з.п.ф-лы, 11 ил.

1. Электродное средство особенно для адресации функционального элемента, включающее в себя первый (1) и второй (2) электроды, отличающееся тем, что первый электрод (1) представляет собой по существу полосковую структуру из электропроводного материала, что второй электрод (2) расположен поверх первого электрода (1) и представляет собой аналогичную, по существу, полосковую структуру из электропроводного материала и, по существу, в ортогональном пересекающемся отношении к первому электроду (1), что слой (4) представляет собой электроизоляционный материал, расположенный на пересечении между первым (1) и вторым (2) электродами так, что электроды (1, 2) перекрывают один другой без непосредственного физического и электрического контакта и тем самым образуют структуру в виде мостика, и что контактный слой (3) представляет собой электропроводный или полупроводниковый органический материал, расположенный над первым электродом (1) и вторым электродом (2), с возможностью электрического контакта как с первым (1), так и со вторым (2) электродами. 2. Электродное средство по п. 1, отличающееся тем, что первый электрод (1) расположен на подложке (3). 3. Электродное средство по п. 1, отличающееся тем, что первый (1) и второй (2) электроды состоят соответственно из металла с различными работами выхода для того, чтобы металл первого электрода имел более низкую работу выхода, чем металл второго электрода или наоборот. 4. Электродное средство по п. 3, отличающееся тем, что первый электрод (1) состоит из алюминия или алюминиевого сплава. 5. Электродное средство по п. 3, отличающееся тем, что второй электрод (2) состоит из золота. 6. Электродное средство по п. 1, отличающееся тем, что второй электрод (2) состоит из оксида индия и олова. 7. Электродное средство по п. 1, отличающееся тем, что контактный слой (3) образует выпрямляющий контакт с первым электродом (1) и омический контакт со вторым электродом (2) или наоборот. 8. Электродное средство по п. 1, отличающееся тем, что электропроводный или полупроводниковый органический материал в контактном слое (3) является анизотропным органическим проводником или полупроводником. 9. Электродное средство по п. 8, отличающееся тем, что анизотропный органический проводник содержит электроизоляционную матрицу (6) в виде непроводящего полимерного материала и внедренного в него, по меньшей мере, одного электропроводного полимерного материала (5), при этом указанный электропроводный полимерный материал разделен на домены с расширением, по меньшей мере, равным толщине контактного слоя (3). 10. Электродное средство по п. 9, отличающееся тем, что проводящий полимерный материал (6) выбирается из класса гомо- и сополимеров полиакрилатов, полиэфиров, поликарбонатов, полистиролов, полиолефинов или других полимеров с несопряженной основой. 11. Электродное средство по п. 10, отличающееся тем, что непроводящим полимерным материалом (6) является полиметилметакрилат (ПММА). 12. Электродное средство по п. 9, отличающееся тем, что электропроводный полимерный материал (5) выбирается из класса полигетероциклических полимеров, таких, как замещенные политиофены, политиофенвинилены, замещенные полипирролы, полианилин и замещенные полианилины, замещенные полипарафенилвинилены и их сополимеры. 13. Электродное средство по п. 12, отличающееся тем, что электропроводным полимерным материалом (5) является поли(3-4-октил-фенил 2, 2'-битиофен) (РТОРТ). 14. Электродное средство по п. 9, отличающееся тем, что анизотропный электрический проводник (5) получают из раствора смеси полимерных материалов, который наносят в виде слоя центрифугированием, отливкой растворителя или отливкой раствора. 15. Электродное средство с функцией детектирования, хранения информации и/или индикации информации, содержащее первый (1) и второй (2) электроды и функциональный элемент (7) и с пассивной электрической адресацией функционального элемента (7), отличающееся тем, что первый электрод (1) представляет собой, по существу полосковую структуру из электропроводного материала, что второй электрод (2) расположен поверх первого электрода (1) и представляет собой аналогичную, по существу, полосковую структуру из электропроводного материала и находится по существу, в ортогональном пересекающемся отношении к первому электроду (1), что слой (4) представляет собой электроизоляционный материал, расположенный на пересечении между первым (1) и вторым (2) электродами так, что электроды (1, 2) перекрывают один другой без непосредственного физического и электрического контакта и тем самым образуют структуру в виде мостика, что контактный слой (3) представляет собой электропроводный или полупроводниковый органический материал, расположенный с возможностью электрического контакта как с первым (1), так и со вторым (2) электродами, и что функциональный элемент (7) расположен интегрально с указанным контактным слоем (3), примыкающим к электродам (1, 2), или расположенном на перекрытии между электродами (1, 2), при этом указанные функциональные элементы (7) имеют конфигурацию или как у воспринимающего элемента, или элемента для хранения информации и/или индикации информации. 16. Электродное средство по п. 15, отличающееся тем, что функциональный элемент (7) представляет собой или формируется как часть контактного слоя (3) над перекрытием электродов (1, 2) и расположен на одном уровне с контактным слоем (3) или представляет собой отдельный элемент (7) над контактным слоем (3) и примыкает к нему так, что он совмещается с перекрытием электродов (1, 2). 17. Электродное средство по п. 16, отличающееся тем, что электропроводным или полупроводниковым органическим материалом в контактном слое (3) является анизотропный проводник или полупроводник. 18. Электродное средство по п. 17, отличающееся тем, что электропроводный органический материал содержит электроизоляционную матрицу в виде непроводящего полимерного материала и внедренного в него, по меньшей мере, одного проводящего полимерного материала (5), при этом указанный электропроводный материал (5) разделен на домены с расширением, по меньшей мере, равным толщине контактного слоя. 19. Электродное средство по п. 16, отличающееся тем, что функциональный элемент (7) является неорганическим или органическим металлом, управляемым потенциалом, или полупроводником, управляемым потенциалом. 20. Электродное средство по п. 19, отличающееся тем, что функциональный элемент (7) для вольтовой адресации контактирует с расположенным над ним жидкокристаллическим слоем (8), который, в свою очередь, контактирует с расположенным над ним электронным проводником (9), при этом указанный жидкокристаллический слой (8) управляется прикладыванием напряжения между функциональным элементом (7) и электронным проводником (9). 21. Электродное средство по п. 16, отличающееся тем, что функциональным элементом (7) является неорганический или органический металл с токовой инжекцией или полупроводник с токовой инжекцией. 22. Электродное средство по п. 21, отличающееся тем, что функциональный элемент (7) для токовой адресации контактирует с расположенным над ним электролюминесцентным слоем (10), который, в свою очередь, контактирует с расположенным над ним электронным проводником (9), при этом в электролюминесцентный слой (10) инжектируется ток при подаче напряжения между функциональным элементом (7) и электронным проводником (9). 23. Электродное средство по п. 16, отличающееся тем, что функциональным элементом (7) является неорганический или органический металл с накоплением зарядов или полупроводник с накоплением зарядов, при этом указанные материалы содержат электроактивные и/или электрохромные материалы, оптические свойства которых изменяются в зависимости от накопленного заряда. 24. Электродное средство по п. 23, отличающееся тем, что функциональный элемент (7) для токовой и зарядовой адресации контактирует с расположенным над ним слоем твердого электролита (11), который, в свою очередь, контактирует с расположенным над ним электроактивным материалом (12), при этом состояние легирования в функциональном элементе (7) изменяют прикладыванием напряжения между функциональным элементом (7) и электроактивным материалом. 25. Электродное средство по п. 22, отличающееся тем, что твердым электролитом (11) является полимерный электролит. 26. Электродное средство по п. 23, отличающееся тем, что электроактивный материал (12) контактирует с расположенным над ним электронным проводником (9). 27. Электродное устройство (13) с функцией детектирования, хранения информации и/или индикации информации, содержащее два или больше электродных средств (26) по любому из пп. 15-26 и с пассивной электрической адресацией функциональных элементов (7) в электродном устройстве (13), отличающееся тем, что электродные средства (26) интегрированы в виде квазидвухмерной матрицы, что первые электроды (1) образуют рельефный слой из электродных рядов в матрице, что вторые электроды (2), не находящиеся в непосредственном физическом или электрическом контакте с рядами электродов (1), образуют рельефный слой из колонок электродов в матрице, что контактный слой (3), или интегрированный, или рельефный, образует сплошной контактный слой в матрице, определенный к каждому отдельному электродному средству (21), что электропроводный или полупроводниковый органический материал в контактном слое (3) расположен поверх обоих электродных слоев и электрически контактирует с ними, и что функциональные элементы (7), расположенные в контактном слое (3) иди поверх последнего, образуют один или больше рельефных или нерельефных слоев функциональных элементов, расположенных в соответствующих двухмерных матрицах, при этом отдельный функциональный элемент (7) совмещен с соответствующим перекрытием между электродом (1) и электродом (2) колонки в электродных слоях. 28. Электродное устройство по п. 27, в котором обеспечивается больше одного слоя функциональных элементов, отличающееся тем, что отдельные слои функциональных элементов (7) разделены слоем с электронной или ионной электропроводностью. 29. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что отдельным функциональным элементом (7) является неорганический или органический металл или полупроводник, который генерирует ответный сигнал в качестве реакции на специфический физический сигнал возбуждения. 30. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что отдельным функциональным элементом (7) является неорганический или органический металл или полупроводник, который выдает ответный сигнал в качестве реакции на воздействие специфического химического реактива. 31. Электродное устройство по п. 27, в котором электропроводным материалом в контактном слое (10) является анизотропный проводник, отличающееся тем, что анизотропный проводник контактирует как со слоем рядов электродов (1), так и с колонками электродов (2), при этом получают самоподстраивающееся электрическое соединение между двумя электродными слоями. 32. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что оно реализуется посредством тонкопленочной технологии. 33. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что слой функциональных элементов формируется осаждением полимерного слоя из раствора одного проводящего полимера или смеси полимеров, содержащей, по меньшей мере, один проводящий полимер, при этом указанный проводящий полимер находится в легированном или нелегированном состоянии. 34. Электродное устройство по п. 33, отличающееся тем, что осаждение слоя функциональных элементов производится центрифугированием раствора полимера или раствора смеси полимеров, отливкой растворителя или отливкой раствора. 35. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что функциональные элементы (17) электродного устройства, при его установке в оптической или электронной камере, образуют пиксели в воспринимающем средстве (13) в камере. 36. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что функциональные элементы (7) электродного устройства, при его установке в химической камере, образуют пиксели в воспринимающем средстве (13) в камере. 37. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что функциональные элементы (7) электродного устройства, при его установке в запоминающем устройстве с электрической адресацией или в устройстве обработки данных с электрической адресацией, образуют запоминающие элементы или логические элементы. 38. Электродное устройство по п. 27, отличающееся тем, что функциональные элементы (7) электродного устройства, при его установке в устройстве отображения с электрической адресацией, образуют пиксели в устройстве отображения.