DE10044842A1 - Organischer Gleichrichter, Schaltung, RFID-Tag und Verwendung eines organischen Gleichrichters - Google Patents
Organischer Gleichrichter, Schaltung, RFID-Tag und Verwendung eines organischen GleichrichtersInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen organischen Gleichrichter, beispielsweise einen, über den die Energieversorgung eines organischen integrierten Schaltkreises (plastic inegrated circuit) stattfindet. Der organische Gleichrichter zeichnet sich dadurch aus, dass er organisches leitfähiges und/oder halbleitendes Material umfasst.
Description
Die Erfindung betrifft einen organischen Gleichrichter, bei
spielsweise einen über den die Energieversorgung eines orga
nischen integrierten Schaltkreises (plastic integrated circu
it) stattfindet.
Organische integrierte Schaltkreise auf der Basis von Organi
schen Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) werden für mikroelekt
ronische Massenanwendungen und Wegwerf-Produkte wie kontakt
los auslesbare Identifikations- und Produkt-"tags" gebraucht
(RFID-tags: radio frequency identification - tags). Dabei
kann auf das excellente Betriebsverhalten der Silizium-
Technologie verzichtet werden, aber dafür sollten sehr nied
rige Herstellungkosten und mechanische Flexibilität gewähr
leistet sein. Die Bauteile wie z. B. elektronische Strich-
Kodierungen (Barcodes), sind typischerweise Einwegeprodukte.
Die Energieversorgung findet bei diesen Systemen über eine
Antenne statt, die, elektromagnetische Strahlung von einer
Basis Station und/oder einem Sender aufnimmt und in Wechsel
strom wandelt.
Aus der WO 99/30432 ist bekannt, dass zumindest eine Diode
eingesetzt wird, die den Wechselstrom in Gleichstrom wandelt.
Diese Diode besteht aus einem speziell verschalteten Transis
tor (vgl. dort Fig. 2). Durch diese Anordnung ist die Fre
quenz, die von der Diode aufgenommen werden kann limitiert,
da die organischen Transistoren, die hier als Gleichrichter
eingesetzt werden, in der Regel deutlich langsamer schalten
(< 100 kHz) als die Sendefrequenz der entsprechenden Basis Sta
tionen (typischerweise Radiofrequenz von ca. 13 MHz) ist.
Dadurch besteht die Notwendigkeit, für eine optimierte Be
triebsweise eines RFID-Tag-Systems eine Frequenzangleichung
sozusagen über eine Hybridlösung aufzubauen, wobei ein orga
nischer integrierter Schaltkreis mit einer anorganischen Si
lizium-Diode gekoppelt wird.
Diese Kopplung zweier Techniken bringt mehrere Nachteile mit
sich die von Herstellungskosten, der Verarbeitbarkeit und der
Wartung bis zur Entsorgung alle Stadien des RFID-Tag-Systems
umfassen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Stand der Technik
dahingehend zu verbessern, dass ein Gleichrichter aus im we
sentlichen organischen Materialien und ein RFID-Tag, mehrere
organische Feld-Effekt-Transistoren umfassend, geschaffen
wird, der eine Diode umfasst, die Radiofrequenzen gleichrich
ten kann. Zudem ist Aufgabe der Erfindung mehrere Verwen
dungsmöglichkeiten für einen organischen Gleichrichter an
zugeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gleichrichter, basierend auf
einer zumindest einer organischen Diode, mit zumindest einer
leitfähigen und einer halbleitenden Schicht, wobei zumindest
eine der beiden Schichten leitfähiges und/oder halbleitendes
organisches Material umfasst. Außerdem ist Gegenstand der Er
findung eine Schaltung in der ein organischer Gleichrichter
integriert ist. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die
Verwendung eines organischen Gleichrichters und letztlich ist
noch ein organischer RFID-Tag mit einem integrierten organi
schen Gleichrichter Gegenstand der Erfindung.
Unter "integriert" wird hier verstanden, dass der Gleichrich
ter Bestandteil der integrierten Schaltung (integrated circu
it) ist.
In dem "organischen Gleichrichter" nach der Erfindung wird
zumindest eine der p/n-dotierten leitfähigen Schichten einer
herkömmlichen p/n-Halbleiter-Diode durch ein organisches leit
fähiges Material ergänzt und/oder ersetzt. Ebenso kann bei
einer herkömmlichen Metall/Halbleiter Diode (Schottky-Diode)
zumindest eine Schicht durch eine organische Schicht ersetzt
werden. Vorzugsweise werden in beiden Dioden jeweils beide
leitfähigen Schichten durch organisch leitfähiges Material
ersetzt.
Alle Schaltungen, die Gleichrichter, die aus dem Prinzip Ano
de/n-dotierte Schicht/PN-Übergangsschicht/p-dotierte
Schicht/Kathode oder die aus dem Prinzip metallischer Lei
ter/Halbleiter aufgebaut sind, umfassen, können durch die
genannten organischen Gleichrichter ersetzt werden.
Ein Gleichrichter kann nur eine einzelne Diode sein, mehrere
Dioden umfassen und/oder zusätzlich einen Kondensator haben.
Zwar steht im Vordergrund der Erfindung die Verwendung der
organischen Diode als Gleichrichter für einen ID-Tag und/oder
einen RFID-Tag, aber die Erfindung soll nicht darauf be
schränkt sein.
Vorzugsweise umfasst der Gleichrichter einen Kondensator, da
mit die Spannung, die hinter dem Gleichrichter pulsierend an
kommt geglättet wird. Dazu können bekannte Schaltungen, in
denen z. B. ein Kondensator C parallel zum Lastwiderstand ge
schaltet wird, eingesetzt werden.
Über die Wahl der Abmessung, der kapazitiven Fläche des
Gleichrichters lässt sich die Schaltfrequenz des Gleichrich
ters einstellen, bevorzugt wird eine Abmessung gewählt, die
eine möglichst hohe Schaltfrequenz (z. B. im MHz-Bereich) er
laubt. Dies kann z. B. durch eine dicke Zwischenschicht er
reicht werden, welche die Kapazität erniedrigt. Gleichzeitig
wird die kapazitive Fläche aber so ausgelegt, dass eine mas
senfertigungstaugliche Herstellung und ein ausreichender
Stromfluss gewährleistet ist.
Ebenso ist die Schaltung einer Gleichrichter-Brücke mit Lade
kondensator und/oder Lastwiderstand denkbar, insbesondere zur
Entnahme größerer Gleichströme.
Der organische Gleichrichter besteht zumindest aus zwei
Schichten, kann aber auch zur Optimierung weitere Schichten
(z. B. zur Anpassung der Austrittsarbeit) umfassen. So kann
z. B. eine undotierte halbleitende Schicht eingefügt werden,
welche die Kapazität verringert und damit höhere Frequenzen
ermöglicht.
Solche Schaltungen sind aus Lehrbüchern bekannt.
Der Begriff "organisches Material" umfasst hier alle Arten
von organischen, metallorganischen und/oder anorganischen
Kunststoffen, die im Englischen z. B. mit "plastics" bezeich
net werden. Es handelt sich um alle Arten von Stoffen mit
Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden
(Germanium, Silizium) und der typischen metallischen Leiter.
Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Mate
rial als Kohlenstoff-enthaltendes Material ist demnach nicht
vorgesehen, vielmehr ist auch an den breiten Einsatz von z. B.
Siliconen gedacht. Weiterhin soll der Term keiner Beschrän
kung auf polymere oder oligomere Materialien unterliegen,
sondern es ist durchaus auch der Einsatz von "small molecu
les" denkbar.
Als Material für die organischen leitfähigen Materialien kön
nen z. B. Polyanilin (PANI) oder PEDOT (Polyethylendioxythi
ophen) verwendet werden. Als Material für die organischen
halbleitenden Materialien eignen sich z. B. Polythiophene oder
Polyfluorene.
Dabei ist das organische halbleitende oder halbleitende Mate
rial an das organische halbleitende Material so angepasst,
dass die Struktur des Gleichrichters bei Anlegen einer Span
nung eine typische Diodenkennlinie ergibt, wobei der Strom
nur in einer Richtung fließt und in der anderen Richtung
weitgehend gesperrt ist.
Im folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur er
läutert:
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Gleich
richters.
In der Fig. 1 sieht man den schematischen Aufbau einer
Gleichrichterdiode. Zu sehen ist die Zuleitung 1, durch die
Wechselstrom an die Kathode 2 gelangt. Von der Kathode 2 ge
langen bei positiver Spannung Elektronen in das organische
Leitermaterial 3 und von dort in das halbleitende Material 4
und durch die Leitermaterialschicht 5 durch an die Anode 6.
Die Zuleitung 7 nimmt die Elektronen dann auf. Im Falle nega
tiver Spannung schließt der Gleichrichter und das halbleiten
de Material sperrt den Stromfluss.
Die Halbleiterschicht soll dabei nicht zu dünn sein, bei
spielsweise mit Schichtdicken von 50 bis 2000 nm. Die Schicht
dicke der Leitermaterialien ist nicht so relevant, um einen
möglichst niedrigen Ohm'schen Anschlusskontakt zu haben,
sollten sie dicker sein als die Halbleiterschichten.
Der in Fig. 1 beschriebene Aufbau zeigt nur ein einfaches
Beispiel. Zur Optimierung können auch weitere Schichten (z. B.
zur Anpassung der Austrittsarbeit)eingefügt werden. Die Lei
termaterialien müssen dabei so an das Halbleitermaterial an
gepasst werden, dass die Struktur eine Diodenkennlinie er
gibt, in anderen Worten, dass der Strom nur in einer Richtung
fließt und in der anderen weitgehend gesperrt wird. Dabei
sollte das Verhältnis der Ströme mindestens 10/1 nach Mög
lichkeit jedoch < 105/1 sein. In Durchlassrichtung soll schon
bei möglichst kleinen Spannungen annähernd der gesamte zur
Verfügung stehende Strom fließen.
Der organische Gleichrichter soll eine so geringe Abmessung
(kapazitive Fläche) besitzen, das eine Schaltfrequenz von
mindestens 10 KHz erreicht wird, möglichst jedoch im MHz-
Bereich. Eine typische Frequenz für RfID-Tags ist 13,56 MHz,
bevorzugt wird dies mit dem Gleichrichter erreicht.
Organische Gleichrichter können vielseitig verwendet werden.
Beispielsweise können sie in
- - integrierten Schaltungen allgemein
- - "Ident-Systemen" (Ident-Tags, RFID (Radio Frequenz Ident Tags) z. B. für
- - elektronischer Barcode
- - elektronische Tickets
- - Plagiatschutz
- - Produktinformation
- - Sensoren
- - organischen Displays mit integrierter Elektronik
zum Einsatz kommen.
Claims (13)
1. Gleichrichter, basierend auf zumindest einer organischen
Diode, mit zumindest einer leitfähigen und einer halbleiten
den Schicht, wobei zumindest eine der beiden Schichten leit
fähiges und/oder halbleitendes organisches Material umfasst.
2. Gleichrichter nach Anspruch 1, bei dem beide Schichten or
ganisch leitfähiges Material umfassen.
3. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die
Diode einen Mehrschichtaufbau mit zumindest zwei leitfähigen
Schichten mit dazwischen einer halbleitenden Schicht hat.
4. Gleichrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, der
eine Schaltfrequenz im Mega-Hertz-Bereich hat.
5. Gleichrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, der
eine dicke Zwischenschicht zur Erniedrigung der Kapazität
hat.
6. Gleichrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, der
weitere Schichten aus leitfähigem und/oder halbleitendem or
ganischen Material umfasst.
7. Schaltung mit organischem Gleichrichter nach einem der
vorstehenden Ansprüche, die einen Kondensator umfasst.
8. Schaltung mit organischem Gleichrichter nach einem der
vorstehenden Ansprüche, die eine Gleichrichter-Brücke mit La
dekondensator und/oder Lastwiderstand umfasst.
9. Verwendung eines organischen Gleichrichters in einer in
tegrierten Schaltung.
10. Verwendung eines organischen Gleichrichters in einem
Ident-System.
11. Verwendung eines organischen Gleichrichters in einem
Sensor.
12. Verwendung eines organischen Gleichrichters in einem or
ganischen Display mit integrierter Elektronik.
13. RFID-Tag mit integrierter Schaltung, das zumindest einen
organischen Feld-Effekt-Transistor (OFET) und einen inte
grierten organischen Gleichrichter umfasst.
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