DE19627448A1

DE19627448A1 - Lichtventil

Info

Publication number: DE19627448A1
Application number: DE19627448A
Authority: DE
Inventors: Thilo Armbrecht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1997-10-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtventil mit Kondensatorstruktur, bestehend aus zwei transparenten Anschlußelektroden, mindestens einem transparenten Dielektrikum und mindestens einer Zwischenelektrode, in der durch Anlegen einer Spannung an die Anschlußelektroden Real- und/oder Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante mindestens einer Steuerelektrode zur Modulation einer hindurchlaufenden elektromagnetischen Welle räumlich ganz oder teilweise beeinflußbar ist.

Elektroabsorptionsmodulatoren sind bekannt beispielsweise aus der DE 39 15 429 A1, aus der DE 195 28 165 A1, aus der DE 43 13 488 A1 aus der EP 0 345 971 A2 oder aus der EP 0 416 879 A1.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lichtventil der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem durch dessen transparente Anschlußelektroden hindurchtretende elektromagnetische Wellen (UV-Licht bis Mikrowellen) moduliert werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß mindestens eine Steuerelektrode senkrecht zur Dicke eine inhomogene Zusammensetzung und/oder inhomogene Dicke und/oder inhomogene Leitfähigkeit und/oder inhomogenen Leitwert und/oder inhomogene komplexe Brechzahl aufweist, wobei im wesentlichen angrenzende unterschiedlich leitende und/oder leitfähige Bereiche und/oder Bereichen mit unterschiedlichem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante einen funktionalen Verbund bilden, dessen Modulationsgrad überwiegend durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung durch ein an die Anschlußelektroden angelegtes elektrisches Feld, und/oder durch Ladungsträgergeneration durch eine Hilfswelle und/oder durch die zu modulierende Welle in den niedrigleitenden und/oder leitfähigen Bereichen und/oder Bereichen mit niedrigem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante änderbar ist. Ein weiterer Teil der Erfindung betrifft ein Lichtventil mit homogener Steuerelektrode und sieht hierfür andere Materialien und/oder Aufbauten gegenüber Modulatoren nach dem Stand der Technik vor und beinhaltet die Weiterentwicklung bekannter sogenannter MQW-Modulatoren.

Die hohe Elektronendichte in Metallen und Legierungen sorgt über die Langmuir- oder Plasmafrequenz

für hohes Reflexionsvermögen und Undurchlässigkeit für elektromagnetische Wellen mit ω < ω₀. Hinreichend dünne Metallschichten, außer aus Gold und Kupfer werden deshalb erst im UV-Bereich transparent. In Fig. 1 ist das Reflexionsvermögen für Silber, Platin, Gold und Kupfer in Luft für Zimmertemperatur aufgetragen. Aus solchen Diagrammen wird über

und Winkelmessungen die komplexe Brechzahl

η₍ _λ ₎ = n₍ _λ ₎-j·k₍ _λ ₎ (3)

in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt. Diese Verläufe sind in Fig. 2a für Gold, in Fig. 2b für Kupfer, in Fig. 2c für Silber, in Fig. 2d für Silizium und in Fig. 2e für Galliumphosphid gezeigt. In dünnen Schichten weicht der Verlauf von n und k von dem im massiven Material ab: Im allgemeinen steigt n, k nimmt ab und es gilt:

η = η₍ _λ _,d) = n₍ _λ _,d)-j·k₍ _λ _,d) (3)

Dieses Verhalten von Platin für λ = 600 nm ist in Fig. 3a und von Kupfer für λ = 586 nm in Fig. 3 dargestellt. Aus dem Imaginärteil der komplexen Dielektrizitäts konstante ergibt sich direkt der Intensitätsabsorptionskoeffizient:

und daraus die Eindringtiefe:

d. h.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Elektronen- bzw. Ladungsträgerkonzentration und damit die komplexe Brechzahl in dünnen Elektroden mit einem elektrischen Feld und/oder Generation zu ändern, um dadurch eine durch die transparenten Anschlußelektroden (1a, 1b) hindurchtretende elektromagnetische Welle zu modulieren. Anhand Fig. 5 wird die Erfindung beispielhaft erläutert. Mittels der transparenten Anschlußelektroden (1a, 1b) wird über der Kondensatorstruktur, bestehend aus den transparenten dielektrischen Lagen (2a-2m+1) und M Zwischenelektroden (3a-3m) ein elektrisches Feld aufgespannt. Die Leitungselektronen dieser Zwischenelektroden (3a-3m) werden bei anliegender Spannung polarisiert und bewirken auf den dem Pluspol zugewandten Seiten eine Erhöhung, auf denen zum Minuspol weisenden eine Herabsetzung der Elektronenkonzentration. Eine durch die Struktur hindurchlaufende elektromagnetische Welle wird dann in Abhängkeit von der angelegten Spannung intensitätsmoduliert, wenn das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n der elektronenangereicherten Schicht stärker ab- bzw. zunimmt als das der elektronenverarmten zu- bzw. abnimmt. Für bestimmte Wellenlängen und Materialien ist auch eine gleichsinnige Änderung möglich.

Für allgemeine Strukturen wie in Fig. 4a können Reflexion, Transmission und Modulation mit folgenden Formeln oder anderen Leitungsersatzbildern berechnet werden.

mit

und

Darin bedeuten:

Der Einfluß einer Elektrode, die wie in Fig. 4b gezeigt, in transparenten Isolatoren eingebettet ist auf eine elektromagnetische Welle wird damit durch:

und

beschrieben. Daraus folgen mit sehr dünner Elektrode

und für den Transmissionsfaktor

Wird die komplexe Dielektrizitätskonstante dieser Elektrode durch Elektronenzufuhr oder Entzug geändert, ergibt sich für das Leistungsverhältnis:

Mit

und der auf die Fläche bezogenen, durch das elektrische Feld bewirkten maximalen Elektronenkonzentrationsänderung, gegeben durch

ergibt sich:

Die für die Änderung der Brechzahl benötigten Elektronen der Elektrode können erfindungsgemäß aus einer Metall-, Halbmetall- oder Halbleiterschicht, einem Elektrolyt oder einer Phasengrenze stammen. Hierzu ist also eine Aufteilung der Zwischenelektroden (3a-3m) wie in Fig. 6b gezeigt, in zwei Bereiche nötig.

Die Bereiche 4a-4m stellen dabei die Steuerelektroden, deren jeweilige Produkte aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n geändert werden und die Abschnitte 5a-5m die Hilfselektroden, die Elektronen zur Verfügung stellen bzw. aufnehmen und deren jeweilige Produkte aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n dabei nicht oder nur geringfügig geändert werden sollen, dar. Die abwechselnde Reihenfolge von Steuer- und Hilfselektrode sind der Übersichtlichkeit halber gezeichnet und nicht zwingend.

Die Gleichungen (17-22) beschreiben dabei nur den Einfluß der Leitfähigkeit (2·n·k = Imaginärteil der relativen komplexen Dielektrizitätskonstanten), und damit den Absorptionsbeitrag zur Modulation. Durch Elektroneninjektion wird auch der Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstanten (n²-k²) geändert und führt über Reflexionsänderungen zur Modulation. Die Gleichungen (17-22) geben eine Reihe von Optimierungshinweisen, die zum einen für eine Optimierung der Steuerelektroden (4a-4m) als auch zur Optimierung der Hilfselektroden (5a-5m) je nach Optimierungsansätzen genutzt werden können. Die Erfindung sieht vor, Elektroden im Abstand d=λ/(4n) und mehrfachen davon in einem Medium mit wechselnder Brechzahl, in denen durch Interferenz die Grundreflexion ausgeschaltet ist Anzuordnen oder zu konzentrieren um neben Absorption durch phasengleiche Überlagerung auch durch Absorption entstandene Reflexion und/oder Reflexion auszunutzen. Die Erfindung sieht neben dieser Maßnahme vor, kleine Brechzahlen für die Umgebung der Steuer- und oder Hilfselektroden zu schaffen. Kleine Brechzahlen für n₁ und n₃ durch z. B. Luft werden mit geeigneten Zwischenschichten (≈λ/(2n)) auch auf die Umgebung (berechnen mit Gleichung 11) innerer Elektroden, eines aus mehreren Elektroden bestehenden Lichtventils übertragen. Hierzu müssen Substrat und Anschlußelektroden in die Überlegungen mit einbezogen werden und ebenfalls als λ/(2n) bzw. λ/(4n) oder Vielfache davon ausgeführt werden. Mit Gleichung (22) wird mit konstantem, reellem µ der kleinstmögliche Modulationsgrad berechnet. Die Beweglichkeit µ hängt unter anderem von der Frequenz und der Schichtdicke ab. In den Formeln, der Beschreibung und den Ansprüchen ist hierunter in erster Linie die Beweglichkeit senkrecht zur X-Richtung im Frequenzbereich der zu modulierenden Welle zu verstehen. Die Beweglichkeit in X-Richtung ist im wesentlichen die Gleichstrombeweglichkeit. Dem Fachmann sind diese Zusammenhänge allerdings klar. Es ist deshalb in jedem Fall günstig, für die zu modulierende elektromagnetische Welle ein Material für die Steuerelektrode zu verwenden oder zu schaffen, dessen Produkt aus k und n in diesem Bereich einen möglichst hohen Gradienten bezüglich der Wellenlänge aufweist, d. h. sucht man für λ in Dünnschichtreflexions- oder Transmissionsdiagrammen bzw. n-k-Diagrammen geeignete Resonanzstellen (Silber ≈ 314 nm) aus, erreicht man eine wesentliche Steigerung des Modulationsgrades. In diesen Fällen führt Elektroneninjektion- oder -extraktion zu einer Verschiebung der entsprechenden Resonanzfrequenz, z. B. für die Langmuirfrequenz:

Die Modulationsberechnung ist dann anhand Gleichung (19) mit den Werten entsprechend der Verschiebung in Gleichung (23) vorzunehmen. Die Erfindung sieht ferner vor, über die Phasengrenzen der Steuerelektroden (4a-4m) und der Hilfselektrode (5a-5m) die Beweglichkeit zu beeinflussen und zur Modulation zu verwenden. Die Phasengrenzen der Steuerelektroden werden für hohe Beweglichkeit möglichst perfekt ausgeführt. Für die Phasengrenzen der Hilfselektroden können durch Gitterfehlanpassung, Oberflächenzustände etc. sehr kleine Beweglichkeiten erreicht werden.

Steuer- (4a-4m) und Hilfselektroden (5a-5m) können nach der Erfindung auch, wie in Fig. 6c gezeigt, jeweils durch einen leitfähigen transparenten Film (6a-8m) (z. B. dotiertes Indiumoxyd) örtlich getrennt, elektrisch leitend verbunden werden. Dies entkoppelt die Elektronen- bzw. Lochwellenwellenfunktionen von Steuer- (4a-4m) und Hilfselektroden (5a-5m), zweitens tragen die leitenden Verbindungen (6a-6m), sofern sie kleine Brechzahlen aufweisen (In₂O₃: n ≈ 2), zu kleineren Brechzahlen für die Umgebungen der Steuerelektroden (4a-4m), und in geeigneten Dicken über Interferenzprozesse zur Modulationsgradsteigerung bei.

Drittens wird für nicht vollflächig, wie in Fig. 7b-e dargestellt, aufgetragene Steuerelektroden (4a-4m) eine Homogenisierung der Schichtdicke und eine leitende Verbindung (42a-42m) wie in Fig. 8a zwischen den einzelnen Inseln (41a-41m) jeder Steuerelektrode (4a-4m) geschaffen, die mit Feld verstärkt oder geschwächt und bei genügend kleinen Durchmessern ebenfalls zur Modulation ausgenutzt werden können. Daneben kann die leitende Verbindung (6a-6m) noch andere Aufgaben, die im Folgenden erklärt werden erfüllen. Zunächst soll ein wichtiges Merkmal der Erfindung, die Wirkung von leitenden Inseln anhand Fig. 8a beschrieben werden.

Die Ausdehnung der leitenden Inseln (41a-41m) sei l₂ und deren Leitfähigkeit σ₂, die Ausdehnung der Verbindung (42a-42m) zwischen zwei Inseln sei l₁, und deren Leitfähigkeit σ₁. Dann folgt für die gesamte Leitfähigkeit

unter Berücksichtigung höherer Leitfähigkeit der Inseln (41a-41m) gegenüber deren Verbindung (42a-42m) folgt aus (24)

und für die Änderung

Inhomogene Leitfähigkeit obiger Art der Steuerelektroden (4a-4m) senkrecht zur X-Richtung bewirkt Modulationsgradsteigerung. Voraussetzung dafür ist, daß die Inhomogenitäten in etwa der Antennenwirkfläche

entsprechen, also bezüglich der zu modulierenden Welle wirksam werden und kein Übergangswiderstand (von speziellen Einsatzzwecken und Anwendungen abgesehen) zwischen den Bereichen auftritt, oder sofern vorhanden, mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung abgebaut wird. Die Überlegungen die zu den Gleichungen (24-26) führen gelten sinngemäß auch für den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante (n²-k²). Durch Elektroneninjektion wird der Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante geändert. Die Änderung kann material- und frequenzabhängig positiv oder negativ sein. Durch diese Änderung wird eine Änderung der Reflexion und somit verlustlose Modulation bewirkt. Ist auch der Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante in den Bereichen (41a-41m und 42a-42m) inhomogen und zwar in den Bereichen (41a-41m) höher, wird die Modulation sowohl durch Absorption als auch Reflexion erhöht. Das Ventil ist auch zur Intensitätsmessung und damit zur Bilderkennung einsetzbar. Durch Generation in den Bereichen (41a-41m) und/oder (51a-51m) wird mit geeignetem Material der Realteil und/oder Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante und damit die Gesamtimpedanz des Ventils geändert. An einer mit dem Ventil in Reihe geschalteten Impedanz steht die Intensitätsänderung als Spannung zur Verfügung. Auch hierbei ergeben sich mit inhomogenen Steuerelektroden Vorteile. Die Erfindung sieht ferner vor, die Bereiche (42a-42m) der Steuerelektroden durch Halb- und Nichtleiter zu verdünnen, um insbesondern die freie Elektronenkonzentration einer dünnen Metallschicht auf einen mit Feld änderbaren Betrag zu senken und damit den Modulationsgrad zu steigern und zweitens um die Langmuierfrequenz zu verschieben. Hierbei ist ein sehr kleines l/λ-Verhältnis mit möglichst geringem Einfluß auf die Beweglichkeit nötig.

Diese inhomogene Leitfähigkeit kann, dargestellt in Fig. 8f, im umgekehrtem Fall indem für σ₂ Material mit geringerer oder ohne Leitfähigkeit verwendet wird für die Hilfselektroden (5a-5m) ausgenutzt werden. Die Bereiche 52a-52m haben in diesem Fall die höhere Leitfähigkeit. Für Absorptionsmodulation gilt für eine Elektrode mit Gleichung (22)

In den bisherigen Formeln wurde nur die Elektronenkonzentration und deren Änderung berücksichtigt. Kommt Halbleitermaterial zur Anwendung, ist in Gleichung (20) zu ergänzen und in den Folgenden zu berücksichtigen:

σ = q · (µ_n · N_e + µ_p · N_p) (28)

Die Erfindung ist nicht auf Elektronen und Löcher beschränkt. Es wird im Nachfolgenden deshalb von Ladungsträgern gesprochen. Unter Halbleiter sind im Folgenden und in den Ansprüchen im wesentlichen alle Stoffe mit einer Bandlücke 0 eV < E_g < 5 eV zu verstehen.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, derartige Steuer- (4a-4m) bzw. Hilfselektroden (5a-5m) z. B. durch eine Metall-Halbleiterlegierung entsprechender Korngröße, durch Aufdampfen einer Metallschicht auf eine Halbleiterschicht mit anschließender Strukturierung der Metallschicht wie in Fig. 7c also Paralellschaltung oder durch Aufdampfen möglichst kleiner, unterschiedlich großer um eine möglichst große Fläche ohne Kurzschlüsse zu bedecken, Metalltropfen wie in Fig. 7b geringer Höhe auf eine Halbleiterschicht, oder durch (N_i⁺⁺-N_i)-Halbleiterübergänge oder Heteroübergängen senkrecht zur X-Richtung zu realisieren. Die Metallbereiche (41a-41m) können anschließend ganz oder teilweise einlegiert oder diffundiert werden. Andere geeignete Dotanten sind anstelle von Metall möglich. Es ist ebenso möglich Metall und Halbleiter epitaktisch aufwachsen zu lassen, z. B. GaAs und AlNi. Die Bereiche (42a-42m) können durch Material im Bereich der Plasmafrequenz oder dünne Metallschichten ersetzt sein. Wichtig sind hohe Beweglichkeit der Ladungsträger in den Bereichen (42a-42m), kleiner Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante und möglichst ein Produkt aus Dotierung und Schichtdicke (N_i·d) (oder Integral), daß nicht höher als das mit Feld abbaubare ist. Eine höhere Dotierung senkt Ausgangsleistung und Beweglichkeit, kann aber trotzdem hilfreich für ohmsche Übergänge sowohl in X-Richtung als auch senkrecht dazu sein. D. h. (n·k) und (n²-k²) sollten in den Bereichen (42a-42m) klein, und in den Bereichen (41a-41m) höher sein. Material, Dotierung Dicke und Wellenlänge bestimmen den Arbeitspunkt, um den herum das Ventil steuerbar ist. Bereiche (41a-41m) aus Metall wirken gleichzeitig als Rekombinationsfläche und erhöhen dadurch die Grenzfrequenz. Typische Schichtdicken der Steuerelektroden hängen von der Wellenlänge und vom Material ab und liegen für sichtbares Licht zwischen 0,5 nm und 50 nm. Die Bereiche (41a-41m) sollten nicht dicker als die mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung beeinflußbare sein. Mit homogener Dicke wird Streuung vermindert.

Die Dicken der Schichten können je nach den gewünschten Eigenschaften der Struktur und ihren Funktionen unterschiedlich sein. In jedem Fall aber können sie mit den angegebenen Formeln und Hinweisen dem Anwendungszweck entsprechend optimiert werden. Die Bereiche (41a-41m, 42a-42m) können durch geeignete Dotierung (42a-42m) als Tunnelübergänge ausgebildet werden. Der Abstand l₁, sollte um nicht ebenfalls vollständig durch Tunneln oder Ladungsträgerdiffusion überbrückt werden zu können, nicht zu klein sein. Zur Modulation sind nur die Bereiche (42a-42m und/oder 52a-52m) nötig.

Die Bereiche (41a-41m) können nach der Erfindung zur Kapazitätsverringerung entsprechend passiviert werden. Die Bereiche (41a-41m) und/oder (51a-51m) können in X-Richtung auch andere Dicken als die Bereiche (42a-42m) und/oder (52a-52m) haben.

Im übrigen können Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) komplementär, mit dem Ziel gleichläufige Änderungen der jeweiligen Produkte aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n, für Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) und somit zwei Steuerelektroden zu erhalten, aufgebaut werden. Hierzu kann im Falle der Verwendung von Halbleitermaterial eine geschlossene, dünne, n- und p-Bereiche trennende, Metallschicht innerhalb der Zwischenelektroden (6a-6m) vorgesehen werden. Ohne Halbleitendem Material ist ein geeigneter Arbeitspunkt zu verwenden. Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) können auch gleich aufgebaut sein. Mit gegensinnigen Änderungen und entsprechenden Abständen kann damit z. B. der Einfluß von in Steuer- und Hilfselektrode gleichsinnig wirkender Trägergeneration minimiert werden.

Der Übergang zu sehr kleinen Widerständen genügender Schichtdicke (≈ d δ) für die Bereiche (41a-41m bzw. 51a-51m) erzeugt Antennen. Der Übergang von homogener zu inhomogener Leitfähigkeit erfolgt stetig. Ebenso der Übergang mit wachsender Dicke d des Metallbereichs von inhomogener Leitfähigkeit zu Antennen. Und ebenso der Übergang mit fallendem Abständen l₁, l₄ von Hertz′schen Dipolen über Huygens′schen Flächenstrahlern, zu einem Spiegel. Es kann deshalb das bisherige für das Folgende und umgekehrt gelten ohne speziell darauf hinzuweisen. Die Realteile der durch Ladungsträgerkonzentrations änderung änderbaren komplexen Widerstände der Zwischenräume (42a-42m) der Steuerelektroden (4a-4m) zwischen den Bereichen (41a-41m) und die Widerstände der Antennen (41a-41m) wirken als Antennenlastwiderstände (R_last). Der Strahlungswiderstand eines Hertz′schen Dipols beträgt

nimmt also ebenso wie die Wellenlänge für sichtbare Wellen entsprechend der Brechzahl am Ort der Antennen ab. Die der zu modulierenden Welle durch einen kurzen

verlustfreien Dipol pro Antennenwirkfläche entnommene Leistung beträgt

und für Leistungsanpassung

Ein gleich hoher Anteil wird entsprechend der Charakteristik der Antenne wieder ausgestrahlt.

Für E, n, S und Z sind in den Gleichungen 29 bis 32 die Werte in der Umgebung des Dipols mit der Länge l einzusetzen. Im nichtoptischen Bereich wird n durch √ ersetzt. Die Erfindung ist nicht auf Dipole mit

und auch nicht auf Dipole beschränkt. Mit sehr kleinen oder großen Lastwiderständen ändert sich der Strahlungswiderstand. Die Streuleistung ist dann etwa die eingestrahlte abzüglich der absorbierten Leistung.

Die Steuerelektroden bilden nach der Erfindung z. B. Dipolwände, die alle aktiv, abwechselnd aktiv passiv (Direktor, Reflektor) mit wechselnden oder äquidistanten Abständen, und können mit den aus der Hochfrequenztechnik bekannten Methoden Gesetzen und Verfahren optimiert werden. Möglich sind Transmissions- und Reflexionsbetrieb.

Für hohen Modulationsgrad durch Absorption wird der Widerstand (Rast) der aktiven Bereiche (42a-42m) auf einen Wert eingestellt, dessen Leitwert mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung gegen Null geht und in weiten Grenzen einstellbar ist. Zweitens ist ein hoher Strahlungswiderstand günstig. Drittens sollten die Antennen in Resonanz betrieben sein. Erstes wird durch kleinen Abstand (l₁) der Antennen untereinander und durch Halbleitermaterial in den Bereichen (42a-42m) mit entsprechender Dotierung und Dicke erreicht. Anstelle von Halbleitern kann z. B. Metall im Bereich der Langmuierfrequenz, das mit niedrigdotiertem transparentem, die Verbindung zur Hilfselektrode gewährendem Material (6a-6m) bedeckt ist eingesetzt werden. Hohe Strahlungswiderstände ergeben sich mit Halbwellendipolen, Ganzwellendipolen oder Vielfache davon und einer kleinen Brechzahl für die Umgebung und am Ort der Antennen. Indem die Lastwiderstände in Steuer- und Hilfselektrode näherungsweise symmetrisch um den Strahlungswiderstand gebildet werden kann sehr einfach die Hilfselektrode zur Steuerelektrode werden. Wie in Fig. 8a und e gezeigt sind dazu die Bereiche (41a-41m) und (51a-51m) z. B. aus Metall oder n⁺⁺-Material und die Bereiche (42a-42m) und (52a-52m) aus n-Material mit geeigneter Dotierung und der Rest der Zwischenelektroden (3a-3m) aus gleichem oder anderem oder niedriger dotiertem, die elektrische Verbindung gewährendem Material, mit einer Dicke, die ohne Feld z. B. ein Reflexionsminimum oder Maximum ergibt zu fertigen.

Wie in Fig. 8c und e gezeigt können in den Steuerelektroden (4a-4m) die hochleitenden Bereiche (41a-41m) auch z. B. aus Metall, in den Hilfselektroden (5a-5m) die Antennen (51a-51m) aus p⁺⁺-Material und der Rest der Zwischenelektroden (3a-3m) z. B. aus p-Material hergestellt werden. Für besondere Zwecke können auch andere als Ohmsche bzw. Ohm- und Tunnelübergänge zwischen den einzelnen und in den einzelnen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektroden (5a-5m) vorgesehen sein. Unter anderem dafür können diese Bereiche (42a-42m) und (52a-52m) oder Teilbereiche in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) vor- oder umdotiert werden.

Ein kleiner Widerstand für die Antennen (41a-41m) wird durch entsprechende Schichtdicke d in X-Richtung und Materialwahl (Indium, Aluminium, Silber, Supraleiter, hochdotierte Halbleiter) erreicht. Die zu steuernde Welle sollte sich nicht im Bereich der Langmuirfrequenz und möglichst unterhalb der Relaxationsfrequenz des Materials für die Bereiche (41a-41m) befinden.

Frequenz, Bandbreite und Strahlungswiderstand werden über die Geometrie und den Abstand 14 der als Antennen wirkenden leitenden Inseln festgelegt. Zusätzliche Beispiele für Ausführungen sind in Fig. 7d und e gezeigt. Für die durch die aktiven Bereiche bestimmte Grenzfrequenz gilt für ohmsches Verhalten allgemein

Es ist dem Babinett′schen Prinzip folgend ebenso möglich die Antennen als Schlitzantennen auszuführen. Gegenüber homogenen Steuerelektroden (4a-4m) wie in Fig. 7a haben die Antennenstrukturen den Vorteil höherer Modulation, mit als Leitwert geschriebenem Lastwiderstand etwa

und zur Modulation sind nur die Bereiche (≈ l₁·l₂·d) zwischen den Antennen nötig. Ein Großteil der Fläche der Zwischenelektroden (3a-3m) kann wie in Fig. 8a-f zum Beispiel durch Auftragen von Isolatoren (61a-61m) mit kleiner Dielektrizitätskonstante und kleiner Brechzahl passiviert werden, um die Gesamtkapazität und damit die Steuerleistung zu verkleinern und um eine möglichst hohe Wellenlänge und die damit verbundenen Vorteile zu erreichen.

Leitende Inseln und deren Verbindung können für obige Zielsetzung auch als Metall-Metall-, Metall-Halbleiter- oder Halbleiter-Halbleiterübergang wie in Fig. 8c gefertigt sein. Die Raumladungen (61a-61m) bewirken eine Kapazitätsverringerung. Vorteilhaft kann hierbei ein Dotierungsgradient bzw. Sprung in X-Richtung sein. Desweiteren können die Grundstrukturen der Steuerelektroden (4a-4m) in einer Zwischenelektrode (3a-3m) auch mit unterschiedlichen Lastimpedanzen ein- oder mehrfach wiederholt sein, um als Direktoren oder Reflektoren zu wirken. Durch entsprechende Ausgestaltung der Zwischenräume (42a-42m) und (52a-52m) sind dabei auch nichtlineare Kennlinien erzeugbar. Für die Antennen (41a-41m) und/oder den Raum dazwischen (42a-42m) kommen auch Halbleiter mit einem Bandabstand kleiner als der Energie der zu modulierenden Welle entspricht in Betracht.

Die durch Absorption generierten Ladungsträger sind dann in Gleichung (30) zu berücksichtigen. Es ist natürlich auch möglich Ladungsträger durch eine Steuerwelle, in diesem Fall zusätzlich zu Gleichung (31) zu berücksichtigen, zu generieren und damit die elektromagnetische Welle zu modulieren. Mit einem auf den Strahlungswiderstand voreingestellten Antennenlastwiderstand ist auch eine Selbstmodulation der Welle möglich. Hierbei ist die Grenzfrequenz durch die Lebensdauer der Überschußladungsträger begrenzt. Ausgehend von R_last = R_S mit maximaler Absorption, wird sowohl durch Lastwiderstandserhöhung als auch Senkung höhere Transmission erreicht. Entsprechendes gilt für eine zur Antennenimpedanz konjugiert komplexe Lastimpedanz (wird mit nicht in Resonanz betriebenen Antennen erreicht). Oberhalb der Relaxationsfrequenz ist die Lastimpedanz überwiegend kapazitiv. Die Modulation erfolgt durch Änderung der Phasenlage der Streuwelle. Die als Antennen wirkenden Bereiche (41a-41m) und/oder (51a-51m) können auch größer als die halbe Wellenlänge sein (andere Abstrahlcharakteristik) und/oder als Kreuzdipole um beide Schwingungsrichtungen unpolarisierter Wellen zu modulieren, gestaltet werden. Es ist günstig für die hochleitenden Bereiche Längen vorzusehen, die einen hohen Strahlungswiderstand bzw. ein Maximum ergeben.

Die leitenden Inseln können auch kleiner als die halbe Wellenlänge sein, in diesem Fall ist bei genügender Dichte der Lastwiderstand über die Antenne verteilt. Es reicht ein Dipol pro Antennenwirkfläche. Die Abstände l₁ können deshalb abwechselnd unterschiedliche Abmessungen haben. Mit gleichen gerichteten Abständen l₁ werden Polarisationsstrukturen erzeugt. Dabei können Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-6m) als gekreuzte Polarisatoren oder Antennen ausgeführt werden.

Mit einer sehr dünnen homogenen Elektrode wie in Fig. 4b in homogener Umgebung ist im wesentlichen nur Absorptionsmodulation möglich (Gleichung 17). Werden mehrere Elektroden hintereinander angeordnet und die ohne Ladungsträgerkonzentrationsänderung vorhandene Reflexion durch z. B. λ/(2n) Abstände ausgeschaltet, werden die jeweilige mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung geänderten Produkte aus Fortpflanzungsfaktor γ und Schichtdicke d der Elektroden aufsummiert. Mit steigender Summe tritt bei phasengleicher Addition Reflexion ein (Gleichung 16). Real- und Imaginärteil der relativen komplexen Dielektrizitätskonstante stehen über eine Integralrelation zueinander in Beziehung. Neben der Leitfähigkeit (n·k) als dem halben Imaginärteil der relativen komplexen Dielektrizitätskonstanten spielt mit wachsender Dicke wie man durch Reihenentwicklung sieht, auch deren Realteil (n² - k²) eine Rolle. Durch Zusammenfassung in Gruppen brechzahlangepaßter Strukturen mit geeigneten Abständen, kann ebenfalls die Reflexion und damit die Modulation gesteigert werden. Mit inhomogenen auch abwechselnd gegensinnig geänderten Steuer- und Hilfselektroden gilt entsprechendes. Ladungsträgerkonzentrationsänderungsunabhängige Reflexion ist durch Brechzahlanpassung weitestgehend zu unterbinden, Ladungsträgerkonzentrationsabhängige Reflexionsänderungen sind möglichst zu verstärken. Unerwünschte Ladungsträgerkonzentrationsabhängige Reflexionsänderungen durch Generation können mit gegensinnig geänderten Steuer- und Hilfselektroden vermindert werden. Es können sowohl gleichsinnig als auch gegensinnig geänderte Reflexionen zur Modulationsgradsteigerung überlagert werden. Eine Antenne besteht aus der Reihenschaltung einer Spannungsquelle mit der Antennenimpedanz (R_S ± jX_A) an der die Lastimpedanz (R_last ± jX_Last) angeschlossen ist. Durch Änderung der passiven Elemente wird die Phasenlage der reflektierten Welle geändert. Dies und auch in Oberwelle betriebene Antennen ergeben zusätzliche Wege, um in gleich oder gegensinnig geänderten Steuer- und Hilfselektroden oder Steuerelektroden in Verbindung mit einem Brechzahlsprung durch Interferenzeffekte die Wirkung zu steigern.

Ob und welches Halbleitermaterial verwendet wird, wie es dotiert wird, ob die hochleitenden Bereiche in einer als Antenne wirkenden Dicke ausgeführt werden, wie eventuell die Antennen und aktiven Bereiche strukturiert werden und welche Abstände günstig sind, hängt von den jeweiligen Einsatzzwecken und Bedingungen ab.

Das bisher beschriebene Ventil ist, sofern in X-Richtung in den aktiven Bereiche auf Raumladungen verzichtet wird, eines der schnellsten und wirkungsvollsten und zudem einfach herstellbar. Sein Einsatzzweck läßt sich leicht erweitern, z. B. kann es durch Verspiegelung des Substrates oder einer Anschlußelektrode in Interferrometern eingesetzt werden. Mit einer durch blaues, violettes oder ultraviolettes Licht anregbaren Leuchtschicht auf oder in der Nähe der Anschlußelektroden, auf oder in der Nähe des Substrats wirkt es als Lichtwellentransformator. Mit auf jeder Seite parallel verlaufenden, sich überkreuzenden Anschlußelektroden und eventuell einer Leuchtschicht die abwechselnd entsprechend den Überkreuzungsflächen der Anschlußelektroden mit eine oder mehr Farben einschließlich Weiß ergebenden Stoffen dotiert ist, und entsprechend vereinzelten Strukturen ist es in Verbindung mit einer Lichtquelle als bildgebendes Element und mit zusätzlichen Linsen als Projektor einsetzbar.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben, es zeigt:

Fig. 1 Reflexionsverläufe über der Wellenlänge;

Fig. 2a-e Brechzahlverläufe über der Wellenlänge;

Fig. 3a-b Brechzahlverläufe über der Dicke;

Fig. 4a-b Schichtenstruktur und Leitungsersatzbild;

Fig. 5 Lichtventilaufbau

Fig. 6a-c Elektrodenstrukturen;

Fig. 7a-e Steuerelektroden;

Fig. 8a-f Teilstrukturen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Anschlußelektrode (1a) wird nach dem Stand der Technik auf ein Substrat (S) in Fig. 5 z. B. Glas, Quarz, Plastik, Halbleiter aufgebracht, oder es wird ein mit leitendem transparentem Überzug versehenes oder selbstleitendes handelsübliches, für die zu modulierenden Wellenlängen transparentes Substrat (S) verwendet. Hierauf werden abwechselnd beginnend und endend mit der Isolierschicht (2a, 2m+1) Zwischenelektrode (3a-3m) und Isolierschicht (2b-2m) aufgedampft, aufgesputtert, abgeschieden, aufgewachsen, oder sonstigen Verfahren nach dem Stand der Technik aufgetragen und zum Schluß mit einer zweiten Kontaktelektrodenschicht (1b) versehen. Dabei können zur Herstellung neben dem in der Beschreibung erwähnten Punkten, Folgende Maßnahmen bevorzugt sein.

Es kann bevorzugt sein, auf die Lagen (2a) und/oder (2m+1) zu verzichten. Es kann bevorzugt sein, außerhalb des Einflußbereichs der Anschlußelektroden weitere Zwischenelektroden vorzusehen.

Es kann bevorzugt sein, als Substrat beliebig gebogene Träger zu verwenden. Für das Dieletrikum (2a-2m+1), dessen Ausdehnung in X-Richtung groß genug, d. h. etwa größer 5 nm beträgt um Tunnelprozesse zwischen den Zwischenelektroden (3a-3m) zu unterbinden, sind z. B. eigenleitende Halbleiter höchstreine Oxyde z. B. Tantaloxyd, Titanate oder Nitride geeignet. Für Speicheranwendungen können Ferroelektrika bevorzugt sein. Wichtig sind hohe Durchbruchfeldstärke, Transparenz, hoher Bandabstand (E_g<h·v) und eine möglichst hohe Dielektrizitätskonstante bei kleiner Brechzahl.

Die Struktur kann dabei glasartig, glaskristallinartig, keramisch, amorph, polykristalin oder einkristalin sein. Es kann bevorzugt sein, die dielektrischen Lagen (2a-2m+1) durch in Sperrichtung betriebene Halbleiter- oder Metall-Halbleiterübergänge auszubilden.

Es kann bevorzugt sein, Zwischenelektroden (3a-3m) auch ungeordnet in Dielektrika anzuordnen. Für die Steuerelektroden (4a-4m) der Zwischenelektroden (3a-3m), deren Ausdehnung in X-Richtung in homogener Ausführung nur eine oder wenige Atomlagen umfaßt, kommen sehr bevorzugt Materialien und Auftragungstechniken zur Anwendung, die geeignet sind, das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante dieser Schichten mit einem Feld zu steuern, in erster Linie Metalle, insbesondere Silber, Metallegierungen und Halbmetalle. Die Verwendung von Metall-Halbleiterlegierungen kann bevorzugt sein, ebenso die Verwendung amorpher, polykristalliner oder einkristalliner Halbleiter. Es kann ebenfalls bevorzugt sein, für die freie Ladungsträgerkonzentration ohne Feld jede beliebige technisch realisierbare Form vorzusehen.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Steuerelektroden (4a-4m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (41a-41m) Material mit hoher Leitfähigkeit vorzusehen, insbesondere Metalle Supraleiter oder hochdotierte Halbleiter. Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke d in X-Richtung auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Spezialfällen auch darüberhinaus entspricht. Es ist hierbei bevorzugt, für l₂ Längen, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Steuerelektrode senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₂ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₃ Längen, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Steuerelektrode senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₃ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist bevorzugt, die Steuerelektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (41a-41m) ein regelmäßiges Muster bilden. Es kann bevorzugt sein, die Steuerelektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (41a-41m) kein regelmäßiges Muster bilden.

Die Bereiche (41a-41m) und (42a-42m) können senkrecht zur X-Richtung nebeneinander oder sich überdeckend untereinander liegen. Die Bereiche (51a-51m) und (52a-52m) können senkrecht zur X-Richtung nebeneinander oder sich überdeckend untereinander liegen.

Es kann bevorzugt sein, die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und, oder Hilfselektrode (5a-5m) so herzustellen, daß im wesentlichen kein Übergangswiderstand zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden Bereichen auftritt.

Es kann bevorzugt sein, die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so herzustellen, daß im wesentlichen ein ohmscher oder durchtunnelbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden Bereichen entsteht.

Es kann bevorzugt sein, die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so herzustellen, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung beeinflußbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden Bereichen entsteht.

Es kann bevorzugt sein, für die Bereiche (41a-41m) und/oder (51a-51m) und deren Umgebung Material mit kleiner reeller Brechzahl n zu verwenden. Es kann bevorzugt sein, für die Bereiche (41a-41m) und/oder (51a-51m) Material mit höherem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante als in den Bereichen (42a-42m) und/oder (52a-52m) zu verwenden. Es kann bevorzugt sein, die Bereiche (41a-41m) und oder (51a-51m) durch Ionenimplantation, MBE, Legieren, Diffundieren, Aufwachsen und eventuell anschließendem Ätzen zu erzeugen. Es kann bevorzugt sein, die niedrigleitenden Bereiche (42a-42m) und oder (52a-52m) ausgehend von einer homogenen z. B. homogen n-dotierten Schicht durch Ionenimplantation, MBE, Legieren, Diffundieren von p- Dotierstoffen zu erzeugen. Es kann dabei bevorzugt sein, daß p-Leitung entsteht.

Es kann bevorzugt sein, die hoch- (51a-51m) und niedrigleitenden (52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in den Hilfselektroden (5a-5m) so herzustellen, daß im wesentlichen ein hochohmiger nicht tunnelbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden Bereich entsteht.

Es kann bevorzugt sein, die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden (51a-51m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so herzustellen, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung nicht beeinflußbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden Bereichen entsteht.

Es kann bevorzugt sein, die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so herzustellen, daß im wesentlichen kein Übergangswiderstand zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) auftritt.

Es kann bevorzugt sein, die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so herzustellen, daß im wesentlichen ein ohmscher oder durchtunnelbarer Übergang zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) auftritt.

Es kann bevorzugt sein, die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so herzustellen, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung beeinflußbarer Übergang zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) auftritt.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Steuerelektroden (4a-4m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (42a-42m) Material mit hoher Beweglichkeit vorzusehen, die geeignet sind, das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante bzw. den komplexen Antennenlastwiderstand dieser Bereiche mit Ladungsträgerkonzen trationsänderung zu steuern, in erster Linie Halbleiter, Supraleiter oder Metall. Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke d in X-Richtung auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Speziallfällen auch darüberhinaus entspricht.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₁ eine Länge, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Steuerelektrode senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₁ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₄ eine Länge, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Steuerelektrode senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₄ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist ebenfalls bevorzugt die Steuerelektroden (4a-4m) senkrecht zur X-Richtung als leitende Inseln, deren durchschnittliche Durchmesser unterhalb der halben Materienwellenlänge der zu modulierenden elektromagnetischen Welle liegen, wie in Fig. 7b z. B. durch ein- oder mehrmaliges Aufdampfen bei unterschiedlichen Drücken, Temperaturen und Materialien, Einbetten in Nichtleiter oder wie in Fig. 7c durch Laserinterferenzstrukturierung herzustellen und mit einem transparenten leitfähigen Film (6a-6m) derart zu bedecken, daß diese Struktur geeignet ist, ihr Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung durch ein Feld und/oder Generation zu ändern.

Es kann bevorzugt sein, die Bereiche (41a-41m, 51a-51m) in Steuer- (4a-4m) und, oder Hilfselektrode (5a-5m) zur Kapazitätsverminderung durch z. B. Oxydation zu passivieren. Die Passivierung kann die gesamte Fläche mit Ausnahme der zur Modulation nötigen aktiven Bereiche einschließen. Es kann ebenso bevorzugt sein, vor dem Aufdampfen der Inseln eine geschlossene leitfähige Schicht aufzutragen. Es kann ebenso bevorzugt sein, diese und die folgenden Schritte auch in unterschiedlichen Ausgestaltungen zu wiederholen.

Es ist bevorzugt, die aktiven Bereiche (42a-42m) und/oder (52a-52m) aus einkristallinem Halbleitermaterial zu fertigen.

Es kann bevorzugt sein für die Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektroden (5a-5m) insgesamt oder deren aktive Bereiche Halbleitermaterial mit einem kleineren Bandabstand als der Energie der zu Modulierenden Welle entspricht, zu verwenden. Es kann bevorzugt sein, die zur Modulation nicht oder nur geringfügig beitragenden niedrigleitenden Bereiche in Steuer- und oder Hilfselektrode durch z. B. Ätzen abzutragen.

Es kann bevorzugt sein die aktiven Bereiche oder Teilbereiche (42a-42m), (52a-52m) in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) vor- oder umzudotieren. Es kann bevorzugt sein, die aktiven Bereiche (42a-42m) und/oder (52a-52m) mit einer Dotierung zu versehen, die nicht höher als die mit Feld abbaubare ist. Es kann hierbei ein Dotierungsgradient und/oder Sprung in X-Richtung vorgesehen sein. Es kann bevorzugt sein die aktiven Bereiche (42a-42m), (52a-52m) in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) bei Verwendung von Materialien (Metalle, Legierungen) deren Ladungsträgerkonzentration in einer oder wenigen Atomlagen höher als die mit Feld beeinflußbare ist, bevorzugt sein eine Verdünnung mit Nicht- oder Halbleitern bei geringer Änderung der Beweglichkeit durchzuführen. Das gleiche gilt um die Langmuirfrequenz zu verschieben.

Es kann bevorzugt sein, Steuerelektrode (4a-4m) und Hilfselektrode identisch auszuführen. Es kann bevorzugt sein, den Lastwiderstand in der Größenordnung des Strahlungswiderstandes auszuführen. Es ist bevorzugt, die Lastwiderstände in mit Feld auf Null senkbaren Leitwert auszuführen. Es ist bevorzugt, die Lastimpedanz konjugiert komplex zur Antennenimpedanz auszuführen. Es ist bevorzugt, die Lastreaktanz konjugiert komplex zur Antennenreaktanz auszuführen (Ein Dipol ist mit wachsender Länge abwechselnd kapazitiv, ohmsch, induktiv).

Es ist bevorzugt, zur Kapazitätsverringerung eine Raumladungszone innerhalb der Zwischenelektroden (3a-3m) wie z. B. in Fig. 8c auszubilden. Es ist bevorzugt, für die hoch leitenden Bereiche der Steuer- (4a-4m) und/oder der Hilfselektroden (5a-5m) Material zu verwenden, dessen Langmuierfrequenz nicht der Frequenz der zu modulierenden Welle entspricht, zu verwenden.

Es ist ebenso bevorzugt, durch Strukturierung der Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektroden (5a-5m) Polarisations- oder Antennenstrukturen mit durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung mittels Feld oder Welle steuerbaren Lastimpedanzen zu erzeugen. Dabei können Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-6m) als gekreuzte Polarisatoren oder Antennen ausgeführt werden. Es ist bevorzugt, für die hochleitenden Bereiche in Steuer- und oder Hilfselektrode Abmessungen und Abstände sowohl in X-Richtung als auch senkrecht dazu vorzusehen, die mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung in den aktiven Bereichen neben einer Absorptionsmodulation Modulation durch Änderung der Strahlungscharakteristik und/oder Interferenz ermöglichen, vorzusehen.

Es kann bevorzugt sein, innerhalb der Zwischenelektroden (3a-3m) weitere Antennen zur Reflexverminderung oder Steigerung in dafür geeigneten Abständen vorzusehen. Es kann ebenfalls bevorzugt sein, einen leitfähigen transparenten Film (6a-6m) in der Zwischenelektrode vorzusehen um die Elektronen- und/oder Lochwellenfunktionen zu entkoppeln.

Es kann bevorzugt sein, das gesamte Lichtventil gitterangepaßt einkristallin auszuführen. Es ist ebenfalls bevorzugt, für die Steuerelektroden (4a-4m) insgesamt oder den aktiven Bereichen (42a-42m) Material zu verwenden oder durch geeignete technologische Maßnahmen zu schaffen, dessen komplexe Brechzahl für die zu modulierenden Wellenlängen Resonanz (Langmuirfrequenz, Exitonenresonanz, Aufspaltung der Bandkanten in einzelne Resonanzterme) aufweist, oder in der Nähe einer solchen Zone liegt, die geeignet ist, durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung geändert bzw. verschoben zu werden und das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante dabei ändert.

Es ist ebenfalls bevorzugt, für die Hilfselektroden (5a-5m) insgesamt oder deren aktive Bereiche (52a-52m) Material zu verwenden oder durch geeignete technologische Maßnahmen zu schaffen, dessen komplexe Brechzahl für die zu modulierenden Wellenlängen Resonanz (Langmuirfrequenz, Exitonenresonanz Aufspaltung der Bandkanten in einzelne Resonanzterme) aufweist, oder in der Nähe einer solchen Zone liegt, die geeignet ist, durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung verschoben zu werden und das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante dabei ändert.

Des weiteren kann bevorzugt sein, die Phasengrenzen der Zwischenelektroden (3a-3m) durch geeignete Verfahren so zu modifizieren, daß mit anliegendem Feld die Beweglichkeit und das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante beeinflußt wird.

Für die Hilfselektroden (5a-5m) der Zwischenelektroden (3a-3m), deren Ausdehnung in X-Richtung bei homogener Ausführung nur eine oder wenige Atomlagen umfaßt, können Materialien und Auftragungstechniken zur Anwendung kommen, die geeignet sind den Realteil und/oder Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante dieser Schichten mit einem Feld nur unwesentlich zu ändern. In erster Linie Metalle, Metallegierungen, Halbmetalle, Halbleiter, Metall-Halbleiterlegierungen oder Elektrolyte.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Inhomogenitäten in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektroden (5a-5m) so auszubilden, daß sie innerhalb der Antennenwirkfläche liegen. Es kann bevorzugt sein, senkrecht zur X-Richtung nebeneinander liegende, oder Gruppen von Antennenwirkflächen gegeneinander elektrisch und optisch zu isolieren.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (51a-51m) Material mit hoher Leitfähigkeit vorzusehen, insbesondere Metalle, Supraleiter oder hochdotierte Halbleiter. Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Spezialfällen auch darüberhinaus entspricht. Es ist hierbei bevorzugt, für l₂ Längen, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Hilfselektrode senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₂ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₃ Längen, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Hilfselektrode senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₃ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist bevorzugt, die Hilfselektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (51a-51m) ein regelmäßiges Muster bilden. Es kann bevorzugt sein, die Hilfselektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (51a-51m) kein regelmäßiges Muster bilden.

Es kann bevorzugt sein, Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) im wesentlichen ohmsch zu verbinden. Es kann bevorzugt sein, Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode nicht ohmsch zu verbinden. Es kann bevorzugt sein, die Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) im wesentlichen ohmsch zu verbinden. Es kann bevorzugt sein, die Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) nicht ohmsch zu verbinden.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (52a-52m) Material mit hoher Beweglichkeit vorzusehen, die geeignet sind, das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante bzw. die Antennenlastimpedanz dieser Bereiche mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung zu steuern, in erster Linie Halbleiter, Supraleiter oder Metall. Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Speziallfällen auch darüberhinaus entspricht.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₁ eine Länge, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Hilfselektrode senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₁ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₄ eine Länge, die zwischen 1 nm und der gesamten Ausdehnung der Hilfselektrode senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₄ können dabei unterschiedlich sein.

Es kann ebenfalls bevorzugt sein, für die freie Ladungsträgerkonzentration der Hilfselektrode (5a-5m) ohne Feld jede beliebige technisch realisierbare Form vorzusehen.

Es ist ebenfalls bevorzugt, für die Hilfselektroden (5a-5m) Material zu verwenden oder durch geeignete technologische Maßnahmen zu schaffen, dessen komplexe Brechzahl für die zu modulierenden Wellenlängen keine Resonanz aufweist. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung als leitende Inseln, deren durchschnittliche Durchmesser weit unterhalb der halben Materienwellenlänge der zu modulierenden elektromagnetischen Welle liegen, mit genügend großem Abstand untereinander auszubilden und mit einem transparenten leitfähigen Film (6a-6m) derart zu bedecken, daß diese Struktur geeignet ist, ihr Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung durch ein Feld nicht oder nur geringfügig zu ändern.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (51a-51m) Material mit geringer Leitfähigkeit vorzusehen, insbesondere Metalle, oder dotierte Halbleiter (z. B. oberhalb der Relaxationsfrequenz). Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Spezialfällen auch darüberhinaus entspricht. Es ist hierbei bevorzugt, für l₂ Längen, die zwischen 1 nm und der halben Wellenlänge senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₂ können dabei unterschiedlich sein.

Es ist hierbei bevorzugt, für l₃ Längen, die zwischen 1 nm und der halben Wellenlänge senkrecht zur X-Richtung liegen, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₃ können dabei unterschiedlich sein. Es ist bevorzugt, die Hilfselektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (51a-51m) ein regelmäßiges Muster bilden. Es kann bevorzugt sein, die Hilfselektroden so zu strukturieren, daß die Bereiche (51a-51m) kein regelmäßiges Muster bilden.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung inhomogen auszubilden. Es ist dabei bevorzugt, für die Bereiche (52a-52m) Material mit geringer Beweglichkeit vorzusehen, die geeignet sind, das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder den Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante bzw. die Antennenlastimpedanz dieser Bereiche mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung nicht oder nur geringfügig zu ändern, in erster Linie Halbleiter, Isolatoren oder Metall. Es ist hierbei bevorzugt, diese Bereiche in einer Dicke auszuführen, die einer Atomlage bis zu zwei Eindringtiefen der zu steuernden Welle in Speziallfällen auch darüberhinaus entspricht. Es ist hierbei bevorzugt, für l₁ eine Länge, die zwischen 1 nm und der halben Wellenlänge senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₁ können dabei unterschiedlich sein. Es ist hierbei bevorzugt, für l₄ eine Länge, die zwischen 1 nm und der halben Wellenlänge senkrecht zur X-Richtung liegt, vorzusehen. Die einzelnen Längen l₄ können dabei unterschiedlich sein.

Es kann bevorzugt sein, daß die Längen l₂ und l₃ in Steuer- und Hilfselektroden andere Winkel als 90 Grad einschließen. Es kann bevorzugt sein, daß die Längen l₁ und l₄ in Steuer- und Hilfselektroden andere Winkel als 90 Grad einschließen. Es kann bevorzugt sein, daß die Längen l₁ und l₂ und/oder l₃ und l₄ in Steuer- und Hilfselektroden nicht senkrecht aufeinander stehen. Es kann bevorzugt sein, daß die Längen l₁ und/oder l₂ und/oder l₃ und/oder l₄ in Steuer- und Hilfselektroden nicht deckungsgleich und/oder gleich sind.

Es kann bevorzugt sein, die Bereiche (41a-41m, 51a-51m) in Steuer- und/oder Hilfselektrode so auszuführen, das der Strahlungswiderstand für die zu modulierende Welle und/oder Hilfswelle ein Maximum ergibt und/oder sich komplex konjugierte Anpassungen der Impedanzen und/oder Reaktanzen ergeben.

Es kann ebenfalls bevorzugt sein, Phasengrenzen als Hilfselektroden (5a-5m) zu verwenden. Es kann bevorzugt sein, für die leitende Verbindung (6a-6m) transparente leitende Oxyde einzusetzen. Es kann bevorzugt sein, für die leitende Verbindung (6a-6m) dotiertes Halbleitermaterial einzusetzen. Es kann bevorzugt sein, für die leitende Verbindung (6a-6m) eigenleitende Halbleiter einzusetzen.

Es kann bevorzugt sein, die leitende Verbindung (6a-6m) in einer Dicke in X-Richtung aufzutragen, die zu einer Homogenisierung der Schichtdicken der Steuer- (4a-4m) und Hilfselektroden (5a-5m) führt. Es kann bevorzugt sein, die leitende Verbindung (6a-6m) in einer Dicke in X-Richtung aufzutragen, die in etwa den Raumladungen oder Passivierungsschichten entspricht. Es kann bevorzugt sein, die leitende Verbindung (6a-8m) in einer Dicke in X-Richtung aufzutragen, die zu einer Reflexionsminderung oder Steigerung führt. Es kann bevorzugt sein, die leitenden Verbindung (6a-6m) durch zwei oder mehrere Schichten mit unterschiedlicher Brechzahl auszubilden. Es kann bevorzugt sein, Teile der leitenden Verbindung (6a-6m) durch ein Dielektrikum zu ersetzen.

Im übrigen kann bevorzugt sein, Steuer- und Hilfselektrode (5a-5m) komplementär aufzubauen. Dabei kann eine geschlossene dünne Metallschicht innerhalb der Zwischenelektroden (3a-3m) vorgesehen sein. Desweiteren kann bevorzugt sein, die Isolierschichten (2a-2m+1) und/oder die leitenden Verbindungen (6a-6m) zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) und/oder die Anschlußelektroden als λ/(2n) und oder angepaßten λ/(4n) Strukturen und oder Brechzahlgradientenfilme auszubilden. Es kann dabei bevorzugt sein, einen Teil des Dielektrikums (2a-2m+1) in X-Richtung durch eine leitende Schicht gleicher oder ähnlicher Brechzahl zu ersetzten. Es kann bevorzugt sein, eine Anschlußelektrode oder das Substrat als Spiegel auszubilden.

Desweiteren kann bevorzugt sein, zur Minimierung von Ein- und Auskoppelverlusten Antireflexschichten auf Substrat (S) und/oder Anschlußelektroden (1a, 1b) aufzutragen. Es ist bevorzugt alle Schichten in Dicken und Abständen auszuführen bzw. anzuordnen, die zu kleinen Wellenwiderständen für die Umgebung der Steuer- und/oder Hilfselektroden führen und/oder kleine Grundreflexion bewirken und/oder maximale Überlagerung der durch Absorption und/oder Brechzahländerung bewirkten Reflexion bewirken.

Es ist bevorzugt, eine durch blaues, violettes oder ultraviolettes Licht anregbare Leuchtschicht auf oder in der Nähe der Anschlußelektroden, auf oder in der Nähe des Substrats aufzutragen (auch örtlich getrennt), die Lichtventilstruktur durch Verfahren nach dem Stand der Technik in beliebig viele geeignet passivierte Einzelstrukturen aufzuteilen, die hierbei durch als Kreuzgitter ausgebildete Anschlußelektroden einzeln angesteuert werden können, und die Leuchtschicht abwechselnd entsprechend den Überkreuzungspunkten der Anschlußelektroden mit eine oder mehr Farben einschließlich Weiß ergebenden Stoffen zu dotieren.

Es ist stark bevorzugt, die bis hierhin vorgeschlagenen Ausführungen sinnvoll zu kombinieren. Die hier vorgestellten Möglichkeiten sind nur ein Bruchteil der nach der Erfindung möglichen und habe nur beispielhaften Charakter. Weitere Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dem Fachmann sind durch die Beschreibung und die bevorzugten Ausführungsformen genügend Hinweise zur Herstellung und Optimierung eines den Einsatzzwecken entsprechenden Bauteils nach der Erfindung gegeben.

Abkürzungen

α Intensitätsabsorptionskoeffizient
γ Fortpflanzungsfaktor
δ Eindringtiefe
ε_r relative Dielektrizitätskonstante
ε_rISO relative Dielektrizitätskonstante des Isolators
ε₀ Vakuumdielektrizitätskonstante
η komplexer Brechungsindex
λ Vakuumwellenlänge
µ_n Elektronenbeweglichkeit
µ_p Löcherbeweglichkeit
σ Leitfähigkeit
τ Zeitkonstante
ω Lichtkreisfrequenz
Δ Differenz
Ω Einheit: Widerstand
c Lichtgeschwindigkeit
d Dicke in X-Richtung
j Imaginäre Einheit
k Extinktionskoeffizient
l Länge senkrecht zur X-Richtung
m_e Elektronenmasse
n reeller Brechungsindex
q Elementarladung
C Kapazität
E_a Feldstärke der transmittierten Welle
E_g Bandabstand
E_i Feldstärke der einfallenden Welle
E_r Feldstärke der reflektierten Welle
E_max Durchbruchfeldstärke des Isolators
G Leitwert
I Intensität
N_e Elektronendichte
N_p Löcherdichte
P Leistung
U Spannung
R Reflexionskoeffizient Widerstand in Gleichung (35)
R_Last Antennenlastwiderstand
R_S Antennenstrahlungswiderstand
S Strahlungsdichte
jX Reaktanz
X Koordinate
Z Wellenwiderstand
Z₀ Vakuumwellenwiderstand
* Größe mit anliegendem Feld

Claims

1. Lichtventil mit Kondensatorstruktur bestehend aus zwei transparenten Anschlußelektroden, mindestens einem transparentem Dielektrikum und mindestens einer Zwischenelektrode, in denen durch Anlegen einer Spannung an die Anschlußelektroden, und/oder durch Ladungsträgergeneration durch eine Hilfswelle und/oder durch die zu modulierende Welle Ladungsträgerkonzentrationsänderung in mindestens einer Steuerelektrode Modulation hindurchtretender elektromagnetischer Wellen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerelektrode mindestens teilweise senkrecht zur Dicke eine inhomogene Zusammensetzung und/oder inhomogene Dicke und/oder inhomogenes Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder inhomogene komplexe Brechzahl aufweist, wobei im wesentlichen angrenzende unterschiedlich leitende und/oder leitfähige Bereiche und/oder Bereichen mit unterschiedlichem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante einen funktionalen Verbund bilden, dessen Modulationsgrad überwiegend durch die Ladungsträgerkonzentrationsänderung durch ein an die Anschlußelektroden angelegtes elektrisches Feld, und/oder durch Ladungsträgergeneration durch eine Hilfswelle und/oder durch die zu modulierende Welle in den niedrigleitenden und/oder leitfähigen Bereichen und/oder Bereichen mit niedrigem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante änderbar ist.

2. Lichtventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M (mit M1) Zwischenelektroden (3a-3m) vorhanden sind.

3. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß, die Zwischenelektrode(n) (3a-3m) in Steuerelektrode(n) (4a-4m) und Hilfselektrode(n) (5a-5m) aufgeteilt sind.

4. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ladungsträgerkonzentrationsänderung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) oder deren aktive Bereiche durch ein an die Anschlußelektroden angelegtes Feld und/oder eine elektromagnetische Steuerwelle und/oder durch die zu modulierende Welle bewirkt wird.

5. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch inhomogene Leitfähigkeitsänderung und/oder inhomogene Widerstandsänderung und/oder inhomogene Änderung des Produktes aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder inhomogene Änderung des Realteils der komplexen Dielektrizitätskonstante senkrecht zur X-Richtung durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung mindestens einer Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m).

6. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Extinktionskoeffizient k und reeller Brechzahl n und/oder die Leitfähigkeit und/oder der Widerstand und/oder der Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstante mindestens einer Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) zur Modulation einer hindurchlaufenden elektromagnetischen Welle mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung räumlich ganz, teilweise oder inhomogen änderbar ist.

7. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerelektrode homogen, mit Ausnahme von als Halbleiterquantenfilmen ausgebildeten nicht Brechzahlangepaßter Zwischenelektroden die in der Nähe der Absorptionskante betrieben werden, ist.

8. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder alle Zwischenelektroden (3a-3m) komplementär aufgebaut sind.

9. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfs- (5a-5m) und Steuerelektrode (4a-4m) im wesentlichen gleich aufgebaut sind.

10. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden im wesentlichen entsprechend den Steuerelektroden hergestellt sind, und als Steuerelektroden wirken.

11. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden im wesentlichen homogen hergestellt sind.

12. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden im wesentlichen inhomogen hergestellt sind und sich mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung keine wesentliche Änderung des Real- und/oder Imaginärteils der komplexen Dielektrizitätskonstante einstellt.

13. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) von Speziallfällen abgesehen eine Atomlage bis drei Eindringtiefen der zu modulierenden Welle beträgt. Die Schichtdicke kann dabei senkrecht zur X-Richtung variieren.

14. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke in X-Richtung der Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) inhomogen ist.

15. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) einer Zwischenelektrode (3a-3m) durch eine leitende Schicht (6a-6m) örtlich getrennt und elektrisch leitend verbunden sind.

16. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zwischenelektroden (3a-3m) untereinander durch unterschiedliche Kombinationen von und Materialien und Dicken für Steuerelektrode (4a-4m), leitender Verbindung (6a-6m) und Hilfselektrode (5a-5m) ausgeführt sind.

17. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundstrukturen von Steuerelektrode, leitender Verbindung, Hilfselektrode und/oder deren Kombinationen auch in unterschiedlichen Ausgestaltungen in mindestens einer Zwischenelektrode (3a-3m) ein- oder mehrfach wiederholt sind.

18. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektrodenstrukturen in Glas, Glaskeramik, Keramik oder Plastik oder flüssigen Dielektrika eingebettet sind.

19. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (1a, 1b) Steuerelektroden, bzw. Steuer- und Hilfselektrode sind.

20. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Antireflexschichten auf Substrat (S) und/oder Anschlußelektroden (1a, 1b) aufgetragen sind, bzw. die Schichtdicken von Antireflexschichten, Substrat, Anschlußelektroden, Dielektrikum, Elektroden und gegebenenfalls weiteren Schichten in einer Dicke in X-Richtung gefertigt sind, die zu einem niedrigen Wellenwiderstand für die Umgebung der Steuer- und/oder Hilfselektroden führen und/oder ohne Ladungträgerkonzentrationsänderung Reflexionsminimierung bewirken. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

21. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußelektrode oder das Substrat als Spiegel ausgebildet ist.

22. Lichtventile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden ein Gitterraster mit beliebig vielen steuerbaren Elementen bilden.

23. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6a-6m) Raumladungen und/oder Passivierungsschichten und/oder Bereiche zur Kapazitätsverringerung enthält.

24. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6a-6m) in einer Dicke ausgeführt ist, die ohne Ladungsträgerkonzentrationsänderung Reflexionssteigerung oder Minimierung bewirkt. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

25. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6a-6m) in einer Dicke ausgeführt ist, die mit Ladungträgerkonzentrationsänderung Reflexionssteigerung oder Minimierung bewirkt. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

26. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung zwischen Steuer- und Hilfselektrode (5a-5m) eine Ausdehnung von einem ganzzahligem Ein- oder Vielfachem von etwa einem Viertel der Materienwellenlänge der transmittierten Welle hat und/oder als Brechzahlgradientenfilm ausgeführt ist. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

27. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (2a-2m+1) eventuell mit Zwischenschichten in einer Dicke ausgeführt ist, die ohne Ladungträgerkonzentrationsänderung Reflexionssteigerung oder Minimierung bewirkt. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

28. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (2a-2m+1) eventuell mit Zwischenschichten in einer Dicke ausgeführt ist, die mit Ladungträgerkonzentrationsänderung Reflexionssteigerung oder Minimierung bewirkt. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

29. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (2a-2m+1) eventuell mit Zwischenschichten eine Ausdehnung von einem ganzzahligem Ein- oder Vielfach ein von etwa einem Viertel der Materienwellenlänge der transmittierten Welle hat und/oder als Brechzahlgradientenfilm ausgeführt ist. Die einzelnen Schichtdicken können dabei unterschiedlich sein.

30. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen und in den einzelnen dielektrischen Schichten (2a-2m+1) verschiedene Materialien, Dicken und Auftragungsarten verwendet werden.

31. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum mindestens einer der Lagen (2a-2m+1) durch einen p-n-Halbleiterübergang, Metall-Halbleiterübergang, eigenleitendes Halbleitermaterial, Salz, Karbid, Oxyd oder Nitrid gebildet ist.

32. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (4a-4m) bzw. Steuer- und Hilfselektroden untereinander bzw. alle Schichten einen Abstand haben, und/oder aus Material bestehen der/das ohne Ladungträgerkonzentrationsänderung durch ein angelegtes Feld und/oder Hilfswelle und/oder der zu modulierenden Welle Reflexionsminimierung oder Maximierung bewirkt. Die einzelnen Abstände und Dicken können dabei unterschiedlich sein.

33. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (4a-4m) bzw. Steuer- und Hilfselektroden untereinander bzw. alle Schichten einen Abstand haben, der für die mit Ladungträgerkonzentrationsänderung durch ein angelegtes Feld und/oder Hilfswelle und/oder der zu modulierenden Welle bewirkten Reflexionsänderungen Reflexionssteigerung oder Minimierung bewirkt. Die einzelnen Abstände können dabei unterschiedlich sein.

34. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (4a-4m) bzw. Steuer- und Hilfselektroden untereinander einen Abstand von einem ganzzahligem Ein- oder Vielfachem von etwa einem Viertel der Materienwellenlänge der transmittierten Welle haben. Die einzelnen Abstände können dabei unterschiedlich sein.

35. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der transmittierten elektromagnetischen Welle einer Resonanzfrequenz mindestens einer der Steuerelektroden (4a-4m) oder deren aktiven Bereichen, insbesondere der Plasmafrequenz entspricht, oder in der Nähe einer solchen liegt.

36. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5a-5m) aus Metall, Halbmetall, Halbleiter, Oxyd, transparenten Isolatoren, Legierungen oder physikalische Mischungen dieser untereinander und miteinander besteht oder diese enthält, oder ein Elektrolyt oder eine Phasengrenze ist.

37. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (4a-4m) aus Metall, Halbmetall, Halbleiter, Oxyd, Legierungen oder physikalische Mischungen dieser untereinander und miteinander besteht oder diese enthält.

38. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung (6a-6m) aus Halbleiter, Oxyd, transparenten Isolatoren, Legierungen oder physikalische Mischungen dieser untereinander und miteinander oder einem Elektrolyt besteht oder diese enthält.

39. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbereich, Teilbereiche oder das gesamte Ventil einkristallin ist.

40. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektroden (5a-5m) hoch- und niedrigleitende Bereiche als Metall-Metall-, Metall-Halbleiter- und/oder Halbleiter-Halbleiterübergang und/oder Supraleiter-Halbleiterübergang und/oder Halbleiterheteroübergang ausgebildet sind.

41. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder alle Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektroden (5a-5m) senkrecht zur X-Richtung aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Komponenten bestehen.

42. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bereiche (41a-41m) und/oder (51a-51m) Material mit hoher Leitfähigkeit verwendet ist.

43. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bereiche (42a-42m) und/oder (52a-52m) Material mit hoher Beweglichkeit oder mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung hohe Beweglichkeit ergebenden Material verwendet ist.

44. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden oder leitfähigen (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so hergestellt sind, daß im wesentlichen kein Übergangswiderstand zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden oder leitfähigen Bereichen auftritt.

45. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden oder leitfähigen (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein ohmscher oder durchtunnelbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden oder leitfähigen Bereichen entsteht.

46. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch- (41a-41m, 51a-51m) und niedrigleitenden oder leitfähigen (42a-42m, 52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung beeinflußbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden oder leitfähigen Bereichen entsteht.

47. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch- (51a-51m) und niedrigleitenden (52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung in Hilfselektrode (5a-5m) so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein hochohmiger nicht tunnelbarer Übergang zwischen benachbarten hoch- und niedrigleitenden oder leitfähigen Bereichen entsteht.

48. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch- (51a-51m) und niedrigleitenden (52a-52m) Bereiche senkrecht zur X-Richtung der Hilfselektrode (5a-5m) so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung nicht beeinflußbarer Übergang zwischen benachbarten unterschiedlich leitenden oder leitfähigen Bereichen entsteht.

49. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so hergestellt sind, daß im wesentlichen kein Übergangswiderstand zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) oder deren aktive Bereiche auftritt.

50. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein ohmscher oder durchtunnelbarer Übergang zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) oder deren aktive Bereiche auftritt.

51. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektroden (3a-3m) in X-Richtung so hergestellt sind, daß im wesentlichen ein mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung beeinflußbarer Übergang zwischen Steuer- (4a-4m) und Hilfselektrode (5a-5m) oder deren aktive Bereiche auftritt.

52. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Bereiche (42a-42m) und/oder (52a-52m) mit einer Dotierung versehen sind, die nicht höher als die mit Feld abbaubare ist. Es kann hierbei ein Dotierungsgradient und/oder Sprung in X-Richtung vorgesehen sein.

53. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhomogenitäten senkrecht zur X-Richtung mindestens einer Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) innerhalb der Antennenwirkflächen liegen.

54. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhomogenitäten senkrecht zur X-Richtung mindestens einer Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) im wesentlichen homogen auf die zu modulierende Welle wirken.

55. Lichtventil nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende oder Gruppen von Antennenwirkflächen elektrisch und optisch isoliert sind.

56. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- (5a-5m) und/oder Steuerelektrode (4a-4m) eine Polarisationsstruktur bilden, deren Antennenimpedanzen und/oder Antennenlastimpedanzen mit Ladungträgerkonzentrationsänderung änderbar sind.

57. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- (5a-5m) und/oder Steuerelektrode (4a-4m) eine Antennenstruktur bilden, deren Antennenimpedanzen und/oder Antennenlastimpedanzen mit Ladungträgerkonzentrationsänderung änderbar sind.

58. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß hochleitende Bereiche in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) als Antennen, und Bereiche dazwischen als Ladungsträgerkonzentrationsabhängige steuerbare komplexe Antennenlastwiderstände wirken.

59. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß hochleitende Bereiche in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) als Polarisatoren, und Bereiche dazwischen als Ladungsträgerkonzentrationsabhängige steuerbare komplexe Antennenlastwiderstände wirken.

60. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Bereiche in Hilfs- (5a-5m) und Steuerelektrode (4a-4m) im wesentlichen gleiche komplexe Antennenlastwiderstände besitzen.

61. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenlastwiderstände in Steuer- (4a-4m) und/ oder Hilfselektrode (5a-5m) den Strahlungswiderständen der hochleitenden Bereiche entsprechen oder mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung dessen Wert erreichen.

62. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Bereiche in Hilfs- (5a-5m) und Steuerelektrode (4a-4m) im wesentlichen ungleiche Antennenlastwiderstände besitzen, die Antennenlastwiderstände der Hilfselektroden (52a-52m) kleiner und die der Steuerelektroden (42a-42m) größer wie die zugehörigen Strahlungswiderstände sind, oder die Antennenlastwiderstände der Hilfselektroden (52a-52m) größer und die der Steuerelektroden (42a-42m) kleiner wie die zugehörigen Strahlungswiderstände sind.

63. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenlastimpedanzen und/oder Antennenlastwiderstände und/oder Antennenlastreaktanzen in Hilfs- (5a-5m) und Steuerelektrode (4a-4m) mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung gleichsinnig oder gegensinnig änderbar sind.

64. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitenden Bereiche in Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) in Abmessungen ausgeführt und/oder mit Umgebungen versehen sind, die hohe Strahlungswiderstände ergeben und/oder mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung hohe Regelbereiche für die Antennenlastimpedanzänderung erlauben.

65. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen in Abmessungen ausgeführt sind, deren Strahlungswiderstände für die zu modulierende Welle ein Maximum oder Minimum ergeben und/oder deren Antennenimpedanzen konjugiert komplex zu den Antennenlastimpedanzen sind und/oder deren Antennenreaktanzen konjugiert komplex zu den Antennenlastreaktanzen sind.

66. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 65, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungswiderstand und/oder Antennenlastimpedanz und/öder die Antennenimpedanz in mindestens einer Steuer- (4a-4m) und/oder Hilfselektrode (5a-5m) durch Ladungsträgerkonzentrationsänderung änderbar ist.

67. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 66, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsrichtungen der zu modulierenden Welle unterschiedlich beeinflußbar sind.

68. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 67, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen in Abmessungen ausgeführt sind, die mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung Absorptionsmodulation und/oder Modulation durch Änderung der Strahlungscharakteristik und/oder Modulation durch Streuung bewirken.

69. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen in Abmessungen ausgeführt und in Abständen in X-Richtung und senkrecht dazu angeordnet sind, die mit Ladungsträgerkonzentrationsänderung Absorptionsmodulation und/oder Modulation durch Änderung der Interferenz bewirken.

70. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 69, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Ladungsträgerverteilung ohne Feld der Steuer- und Hilfselektrode jede technisch realisierbare Form hat.

71. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 70, dadurch gekennzeichnet, daß Phasengrenzen zur Beeinflussung der Beweglichkeit modifiziert sind.

72. Lichtventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 71, dadurch gekennzeichnet, daß differentiell kleine Lichtventilstrukturen zu beliebigen räumlichen Strukturen zusammengesetzt sind.

73. Anzeige-Projektionsvorrichtung gekennzeichnet, durch die Verwendung eines Lichtventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72.

74. Anzeige-Projektionsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 73, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Leuchtschicht auf oder in der Nähe der Anschlußelektroden, auf oder in der Nähe des Substrats befindet.

75. Anzeige-Projektionsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtschicht abwechselnd entsprechend den Überkreuzungsflächen der Anschlußelektroden mit einer oder mehr Farben, einschließlich Weiß ergebenden Stoffen dotiert ist.

76. Modulator zur Intensitäts-, Phasen-, Polarisations- und/oder Frequenzmodulation elektromagnetischen Welle im Reflexions- und/oder Transmissionsbetrieb gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lichtventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72.

77. Optischer Speicher, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lichtventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72.

78. Filter, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lichtventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72.

79. Steuerbarer Spiegel, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lichtventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72.

80. Intensitäts-Bilderkennungsvorrichtung, Detektor, bzw. Demodulator unter Verwendung eines Lichtventils, Modulators oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 76 dadurch gekennzeichnet, daß an die Lichtventilimpedanz eine Lastimpedanz, eine Spannungsquelle und Amperemeter und/oder an einer der Impedanzen ein Voltmeter angeschlossen ist.