DE3490035T1

DE3490035T1 - Optischer Speicher und Schalteinrichtung mit organischen Charge-transfer-Salzen

Info

Publication number: DE3490035T1
Application number: DE19843490035
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Columbia Benson, Md.; Theodore Otto Baltimore Poehler, Md.; Richard Stanley Potember
Original assignee: The Johns Hopkins University, Laurel, Md.
Priority date: 1983-02-07
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE3490035C2; WO1984003169A1; GB2149809B; GB2149809A; GB8411696D0; JPS60500587A; US4574366A

Description

- " ". 3Λ90Ό35

Optischer Speicher und Schalteinrichtungen mit organischen Charge-transfer-Salzen

Hintergrund und/oder Bereich der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Verwendung von organischen Charge-transfer-Salzen zur Herstellung von optischen Vorrichtungen und insbesondere die Verwendung organischer Charge-tranfer-Salze als Speichermedium für ein optisches Speichersystem und als Schaltmechanismus für einen optoelektronischen Schalter.

2. Beschreibung der gegenwärtigen und/oder bekannten Technik

Mit dem Aufkommen der Revolution im Informationswesen haben sich die jüngsten Untersuchungsaktivitäten auf die Entwicklung optischer Speichersysteme und optoelektronischen Schalter konzentriert. Die Wechselwirkung von Laserlicht mit Materie wurde wegen ihrer möglichen Anwendung in optischen Speichersystemen intensiv erforscht. Eine optische Speicherung kann möglicherweise Informationsspeicherdichten

2
von mehr als 100 Mio. Bits/cm hervorbringen. Gegenwärtig stützen sich optische Speichervorrichtung auf fotochemischem

- 28 -

Locheinbrennen (PHB), bei dem ein Laser in dem Bestreben, Daten zu speichern, die Materie durchlöchert. Ein Aufsatz mit dem Titel "Laser Marking of a Thin Organic Film" von J.J. Wroble et al in Applied Physics Letter 40, Vol. 11, 1. Juni 1982, beschreibt solch eine Technik, bei der mittels eines Laserstrahls Löcher in einen dünnen organischen Film gebrannt werden. In ähnlicher Weise wird von Mabosch et al in Applied Physics Letter 41, Vol. 1, 1. Juli 1982, über optisches Schreiben auf einem blauen gespritzten Iridiumoxid-Film berichtet. Diese Technik benützt einen optischen Schreibmechanismus, um thermisch eine Dehydration bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des optischen Mediums zu bewirken. Ein Artikel mit dem Titel "Light-induced' Phenomena in Dye-polymer Systems" von V. Novotny et al in The Journal of Applied Physics 50 (3), März 1979, beschreib^ einen optischen Markierungsprozeß, der sich auf die Diffusion in ein Farbpolymersystem stützt.

Die optischen Speichersysteme des Standes der Technik haben einen überwiegenden Nachteil - sie sind nicht löschbar. Aufgrund dessen hat die optische Speichertechnik in der Computer-Technologie, die sowohl Lese-, Schreibe- als auch Löscharbeitsvorgänge benötigt, eine geringe Anwendung gefunden.

- 29 -

Optoelektronische Hochgeschwindigkeits-FestStoffschalter werden gegenwärtig für eine Vielzahl von Datenverarbeitungs· anwendungen untersucht und entwickelt, die Schalten, synchrones Gleichrichten, Umwandeln von analog in digital und Probenahmen beinhalten. Zusätzlich besteht auch beträchtliches Interesse an der Entwicklung von integrierten optoelektronischen Vorrichtungen (IOED) zur Anwendung in Hochgeschwindigkeitskreisen. Kombiniert mit einem modulierten Laser bilden optoelektronische Schalter eine wirkungsvolle Gruppe an integrierten Schaltkreisen zur Verwendung im optischen Übertragungswesen und in der Computer-Technologie. Solche Einrichtungen werden gegenwärtig aus hochohmigen lichtempfindlichen Halbleitern hergestellt, die von der Rekombination lichterzeugter Ladungsträger abhängig sind. Die beiden Grundtypen an Halbleiter-Fotodetektoren sind Flächendioden und Fotoleiterdetektoren, die Materialien wie InP und GaAs verwenden. Die optoelektronischen Vorrichtungen des Standes der Technik sind schwierig und teuer herzustellen.

Zwei US-Patentanmeldungen von R.S. Potember, T.O. Poehler und D.O. Cowan offenbaren eine Klasse organischer Charge-transfer-Salze, wie z.B. CuTCNQ, die ein stabiles und reproduzierbares Schalten zwischen einem

- 30 -

- »σ - ■ '" 3A9Ü035

Gleichgewichts- oder ersten Zustand und einem zweiten Zustand in Gegenwart eines angewandten elektrischen Feldes zeigen. Diese Anmeldungen sind:

(1) "Current Controlled Bistable Electrical Organic Thin Film Switching Device (TCNQ)", angemeldet H.März 1980, Ser.No. 340,400, und

(2) "Method of Fabricating a Current Controlled Bistable Electrical Organic Thin Film Switching Device (TCNQ)", angemeldet 7. Juni 1982, Ser.No. 385,523.

Diese Anmeldungen offenbaren insbesondere, daß die organischen Charge-transfer-Salze eine reversible elektrochemische topotaktische Redox-Reaktion in der Gegenwart eines angewandten elektrischen Feldes eingehen, wobei sie von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand schalten und daß ein nachweisbarer Impedanzunterschied zwischen dem Gleichgewichts- oder ersten Zustand und dem zweiten Zustand erfolgt. Es wird ein elektrisches Feld über einen, dünne η ■■ Film von CuTCNQ oder ein gleichwertiges organisches Chargetransfer-Salz angelegt. "überschreitet das angelegte elektrische Feld einen Schwellwert, so fällt die Impedanz über dem organischen Film von einem relativ hohen zu einem relativ niedrigen Wert ab. Die Anmeldung offenbart weiterhin, daß sowohl bistabiles als auch Schwellwert-Schalten möglich ist.

- 31 -

- vr - ■■;■ - - 3Ή90Ό35

Zwei Veröffentlichungen von R.S. Potember et al berichten, daß, wenn der organische Film elektrisch geschaltet wird, der zweite Zustand andere optische Eigenschaften als der Gleichgewichtszustand oder erste Zustand besitzt;

(1) "The Vibrational and X-ray Photoelectron Spectra of Semiconducting Copper-TCNQ Films" in Chemica Scripta, Vol. 17, Seiten 219-221 (1981); und

(2) "Electrial Switching and Memory Phenomena in Semiconducting Organic Thin Films" in American Chemical Society Symposium Series No. 184 (1982).

Diese Veröffentlichungen beschreiben Infrarot-Spektroskopie-Vorrichtungen und zitieren bekannte Raman-Spektroskopietechniken (S. Matsuzaki et al), "Raman Spectra of Conducting TCNQ Salts", Solid State Communications, Vol. 33, S.403-405 (1980), um zu bestimmen, ob sich der CuTCNQ-FiIm, nachdem er durch ein Gleich- oder Wechselstrom-Feld geschaltet wurde, im ersten oder im zweiten Zustand befindet. Daran anschi.essende Arbeiten wurden von E.I. Kamitsos .et al berichtet, die Raman-Spektroskopie-Techniken verwenden, um die elektrochemische Charge-transfer-Gleichung, die in den oben zitierten Artikeln beschrieben ist, zu verifizieren, die bewirkt, daß das CuTCNQ-SaIz vom ersten in den zweiten Zustand schaltet: "Raman study of the Mechanism of Electrical Switching in CuTCNQ films" in Solid State Communications, Vol. 42, Nr. 8, S. 561-565 (1982).

- 32 -

Diese Veröffentlichungen weisen darauf hin, daß spektroskopische Mittel benutzt werden können, um herauszufinden, ob ein Bereich des CuTCNQ, der durch ein angelegtes elektrisches Feld geschaltet wurde, sich im ersten oder zweiten Zustand befindet.

Weder diese Veröffentlichungen noch die zuvor aufgeführten US-Anmeldungen nennen speziell die Verwendung eines optischen Frequenzstrahls, um die Charge-transfer-Salze zu schalten, um'dadurch optoelektronisches Schalten und eine optische Speichertauglichkeit zu schaffen. Weiterhin verwenden die oben zitierten Veröffentlichungen nicht speziell die spektroskopische Analyse als Mittel zum "Lesen", ob ein Teil des organischen Charge-transfer-Salzes sich im ersten oder zweiten Zustand befindet. Weiterhin offenbaren die genannten Artikel und Anmeldungen nicht die Verwendung von optischem Schalten und spektroskopischer Analyse als Mittel zum optischen Speichern und Wiedererlangen von Informationen.

- 33 -

Hauptinhalt der Erfindung

Die Erfinder haben die Grenzen der optoelektronischen Schalter und optischen Speichereinrichtungen des Standes der Technik erkannt und haben verbesserte Einrichtungen erfunden, die organische Charge-transfer-Salze als Schalt- und Speichermediüm verwenden. Die Erfinder fanden heraus, daß organische Charge-transfer-Salze, wie z.B. CuTCNQ, durch optische Bestrahlung geschaltet werden können und daß spektroskopis'che Vorrichtungen und Impedanzmeßvorrichtungen dazu benutzt werden können, zu bestimmen, ob sich das Chargetransfer-Salz in seinem ersten Gleichgewichtszustand oder in seinem zweiten Zustand befindet.

Der optisch bestrahlte Bereich geht eine elektrochemische topotakti sehe Redox-Rea.ktion ein, die eine Ladungsverschiebung zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor und dem Donor verursacht. Wenn eine Schaltung erfolgt, zeigt die Analyse des Oxidationszustandes des Elektronen-Akzeptor-Bauteils, daß es sich im zweiten Zustand in einem erkennbar anderen Zustand befindet als es im ersten war. Es wird angenommen, daß der optische elektromagnetische Feldeffekt verursacht, die Bindungen zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor und dem Donor zu öffnen, um eine Ladungsverschiebung vom Donor auf den organischen Elektronen-Akzeptor zu ermöglichen. Das optische Feld erzeugt daher eine

- 34 -

3490Ü35

elektrochemische topotaktische Redox-Reaktion, die das organische Charge-transfer-Salζ veranlaßt, von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand zu schalten.

Spektroskopische und/oderauf Impedanz ansprechende Mittel werden verwendet, um zu bestimmen, ob ein Bereich des organischen Charge-transfer-Salzes sich im ersten oder zweiten Zustand befindet. Der erste Zustand ist durch eine relativ hohe und der zweite Zustand durch eine niedere Impedanz gekennzeichnet. Das optische Spektrum des organischen Charge-transfer-Salzes zeigt, daß ein wesentlicher Anteil des organischen Elektronen-Akzeptor-Bestandteils im zweiten Zustand ein höheres Oxidationsniveau aufweist als im ersten Zustand. Als Beispiel enthält CuTCNQ einen wesentlichen Anteil an optisch nachweisbaren neutralen TCNQ-Molekülen (TCNQ⁰) im zweiten Zustand; demgegenüber sind im ersten Zustand nahezu alle der TCNQ-Bautei1e in einem reduzierten Zustand (TCnQ^T).

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen löschbaren optischen Speicher, der organische Chargetransfer-Salze wie CuTCNQ als Speichermediumverwendet, zu schaffen. Die Erfinder haben festgestellt, daß, wenn die angewandte Strahlung einen ersten Schwellwert überschreitet, das organische Charge-transfer-Salζ in den

- 35 -

AO

zweiten Zustand schaltet und daß es in den ersten Zustand zurückkehrt, wenn der Strahl weggenommen wird. Weiterhin haben sie festgestelIt, daß, wenn die optische Strahlung weiter bis zu einem zweiten Schwellwert verstärkt wird; das organische Charge-transfer-Salz in den zweiten Zustand schaltet und nicht unmittelbar in den Gleichgewichtszustand oder ersten Zustand zurückkehrt. Sie haben weiterhin festgestellt, daß die Anwendung von Wärmeenergie, die entweder durch eine schwarze Strahlung oder durch optische Mittel erzeugt wird, das organische Charge-transfer-Salζ veranlaßt wird, in den ersten Gleichgewichtszustand zurückzukehren. Die jeweiligen verwendeten organischen Chargetransfer-Salze, die Dauer der Bestrahlung und die Größe des bestrahlten Bereichs beeinflussen die Intensität des Lichts, die benötigt wird, um den ersten oder zweiten Schwellwert zu erreichen. Deshalb enthalten ganz allgemein die erfindungsgemäßen optischen Speicher: einen Film eines organischen Charge-transfer-Salzes; einen optischen Schreibstrahl, der so gerichtet ist, daß er eine von vielen stellen auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salzes bestrahlt'und das bestrahlte Gebiet verursacht, in den zweiten Zustand zu schalten; eine spektroskopische Vorrichtung, um eine der Vielzahl der Stellen zu analysieren und zu bestimmen, ob diese analysierte Stelle sich im

- 36 -

ΛΑ

ersten oder zweiten Zustand befindet; und eine thermische Auslöschvorrichtung, um zumindestens eine der Vielzahl der Stellen zu veranlassen, in ihren ersten Zustand zurückzukehren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein optisches Medium zu schaffen, das mit dem bloßen menschlichen Auge gelesen werden kann. Die Erfinder haben festgestellt, daß eine Erhöhung der Intensität oder der Dauer der optischen Bestrahlung das organische Charge-transfer-Salz dazu veranlaßt, in dem bestrahlten Bereich seine Farbe zu ändern. Es wurde beobachtet, daß das Charge-transfer-Salz im zweiten Zustand eine ähnliche Farbe zeigt wie der organische Elektronen-Akzeptor-Baustein in seinem neutralen Zustand. Z.B. erscheint CuTCNQ im ersten Zustand blau/schwarz und in einem zweiten Zustand gelb (bei erhöhter Bestrahlungsintensität und Dauer), das ähnlich dem von neutralem TCNQ, das ebenfalls eine gelbe Farbe besitzt, ist. Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, um die sichtbaren Markierungen, die von dem optischen Strahl erzeugt werden, durch die Verwendung einer thermischen Auslöschvorrichtung zu löschen. Die thermische Auslöschvorrichtung kehrt die elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion um, wobei sie das organische Charge-transfer-Salz veranlaßt, in den ersten Zustand zurückzukehren.

- 37 -

# - 3490Ό35

AX

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen optoelektronischen Schalter zu schaffen, der organische Chargetransfer-Salze als Schaltmittel benutzt. Die Erfinder haben festgestellt, daß die Impedanz des organischen Chargetransfer-Salzes sich von hoch nach niedrig ändert, wenn die Bestrahlungsintensität einen gewissen Schwellwert überschreitet (Schwellwert-Schalten). Es wurde weiter festgestellt, daß das bestrahlte Gebiet nicht unmittelbar in den ersten Zustand zurückkehrt, wenn die Bestrahlungsintensität einen zweiten'.'Schwel !wert überschreitet (Bistabiles Schalten). Der erfindungsgemäße optoelektronische Schalter enthält: einen dünnen Film eines organischen Charge-transfer-Salzes, aufgebracht auf einem leitenden Substrat; einen halbdurchlässigen Leitungsfilm, der zumindest über einen Teil des

organischen Charge-transfer-Salzes aufgebracht ist und erlaubt, optische Strahlung auf das organische Salz durchzulassen; eine erste Elektrode, verbunden mit dem leitenden Substrat; und eine zweite Elektrode, verbunden mit dem halbdurchlässigen Film. Wird das organische Charge-transfer-Salz mit der geeigneten optischen Intensität bestrahlt, so wird die Impedanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode¹von hoch nach niedrig geschaltet.

- 38 -

- vs - "" ■ 319ÖÖ3&.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,, einen opto- \ elektronischen Schalter zu schaffen, der organische Chargen-! transfer-Salze als Schaltmittel verwendet und derdurch eine elektrische Spannung vorgespannt werden kann. Bei Anlegen einer Vorspannung zwischen der o.g. ersten und zweiten Elektrode kann die benötigte Lichtintensität, um ,' das organische Charge-transfer-Salz von seinem ersten in \ seinen zweiten Zustand zu triggern, eingestellt werden. Besonders vorteilhaft kann ein bistabiler Schalter geschaffen, werden, der in seinen ersten Zustand zurückgeschaltet werden kann, in dem die Vorspannung verringert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, einen optoelektronischen Analog/Digital-Schalter zu schaffen. Erfindungsgemäß muß das einfallende Licht einen Schwellwert überschreiten, bevor die Vorrichtung zwischen den beiden abgegrenzten Impedanzzuständen schalten kann. Auf diese Art und Weise wandelt der optoelektronische Schalter ein analoges optisches Signal in ein diskretes oder digitales elektrisches Signal um.

Obwohl verschiedene Merkmale der Erfindung optoelektronische Schalter und optische Speichereinrichtungen betreffen,

- 39 -

ist es selbstverständlich, daß die oben angeführten optischen Schaltfunktionen der organischen Charge-transfer-Salze Anwendungen in weiteren optischen Einrichtungen und optisch sensitiven Vorrichtungen finden können. Die oben aufgeführten Ziele sowie andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden Beschreibung einiger nicht begrenzender Ausführungsbeispiele und nach Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen sogleich verständlich. Es zeigt:

Figur 1 eine grafische Darstellung der verschiedenen Schalttypen, die als eine Funktion der optischen Strahldichte und des Redox-Potentials des organischen Charge-transferSalzes erfolgen,

Figur 2 das Raman-Spektrum von CuTCNQ,

Figur 3 eine Schwarz/Weiß-Elektronen-Mikroskopaufnahme eines mikroskopischen Bereichs von neutralem TCNQ, das gebildet wurde, nachdem ein optischer Strahl ausgewählter Intensität oder ausgewählter Dauer auf einem AgTCNQ-FiIm geschrieben hat,

- - 40 -

AS

Figur 4 eine Schwarz/Weiß-Fotografie mit dem hochkontrastigen Muster, das gebildet wird, nachdem ein Laserstrahl den AgTCNQ-FiIm abgetastet hat,

Figur 5 eine Tabelle mit den Farbwechseln verschiedener organischer Charge-transferSalze, nachdem sie vom ersten in den zweiten Zustand aufgrund eines intensiven oder lang .'dauernden optischen Strahls geschaltet wurden,

Figur 6 eine grafische Darstellung des Impedanzwechsels eines TCNQ-Films, wenn er vom ersten in den zweiten Zustand geschaltet wird,

Figur 7 eine Schwarz/Weiß-Elektronen-Mikroskopaufnahme der polykristallinen Struktur des organischen Charge-transfer-Salzes ,

Figur 8 schematisch das optische Speichermedium,

Figur 9 schematisch die spektroskopische Lesevorrichtung,

- 41 -

- ■·■ 349ÖÖ35

Ab

Figur 10 schematisch die thermische Auslöschvorrichtung,

Figur 11 schematisch einen optoelektronischen Schalter, der ein organisches Chargetransfer-Salz als Schaltmechanismus verwendet,

Figur 12 eine grafische Darstellung der Strom-/ ■.'Spannungsänderung eines AgTCNQ-Schal ters , der mit 5 Volt Gleichspannung vorgespannt . ist und durch optische Strahlung geschaltetwird.

Die grundlegende elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion, die abläuft, wenn ein organisches Charge-transferSalz, in diesem Falle CuTCNQ, mit einem Strahl an optischer Energie bestrahlt wird und von einem ersten in einen zweiten Zustand schaltet, ist folgende:

optische Energie

r , η
° +[M⁺(TCNQ-)J_n__x+(TCNQ°)_x (1)

Erster Zustand Zweiter Zustand

Es wird angenommen, daß ein Schalten erfolgt,.wei1■die elektromagnetische Feldstärke mit optischer Frequenz

- 42 -

bewirkt, daß die Bindungen zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor (in diesem Falle TCNQ) und dem Donor (dargestellt durch M) aufbrechen, wobei ein Ladungstransport vom Donor zum organischen Elektronen-Akzeptor ermöglicht wird. Die oben genannte Gleichung (1) zeigt in klarer Weise die Änderung der Ladungsverteilung, wenn das organische Salz von dem ersten in den zweiten Zustand schaltet. In dem ersten oder Gleichgewichtszustand wird der organische Elektronen-Akzeptor-Bauteil meist ausschließlich in der reduzierten Form (TCNQ") gefunden. In dem zweiten Zustand wird der organische Elektronen-Akzeptor-Bauteil jedoch sowohl in seiner reduzierten (TCNQ") als auch in der neutralen TCNQ°-Form gefunden. Wird die Intensität und die Dauer der einfallenden optischen Strahlung erhöht, so erhöht sich die Anzahl der neutralen organischen Elektronen-Akzeptor-Moleklile (TCNQ⁰). Die Gleichung (1) zeigt ebenfalls, daß die Reaktion durch Wärmeenergie umkehrbar ist. Es ist selbstvertändlich, daß Gleichung (1) TCNQ als organischen Elektronen-Akzeptor nur als Beispiel zeigt. An späterer Stelle in dieser Beschreibung werden verschiedene organische Charge-transfer-Salze aufgeführt, die verschiedene Donor und organische Elektronen-Akzeptor-Bauteile besitzen und die in der Gegenwart von optischer Strahlung schalten.

- 43 -

3 4 9 D O 3 δ

Wie in Fig. 1 aufgezeigt, verhält sich das organische Charge-transfer-Salz abhängig von der einfallenden optischen Energie wie ein Schwellwert- oder Speicherschalter. Die einfallende optische Energie muß eine erste Schwel lwerthb'he erreichen, bevor das organische Charge-transfer-Salz von dem ersten in den zweiten Zustand schaltet. Die erste SchwelIwertintensitätshöhe wird bestimmt durch (1) die Wahl des organischen Transfer-Salzes; (2) die Größe des einfallenden Strahles; (3) die Dauer des angewandten optischen Strahls; und (4) die Dicke des organischen Salzfilmes. Je größer die Bindungsenergie zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor und dem Donor ist, desto größer ist die Schwellwerthöhe, die benötigt wird, um ein Schalten von dem ersten in den zweiten Zustand zu initiieren. Beim Schwellwertschalten kehrt der bestrahlte Bereich, nachdem der optische Strahl weggenommen ist, schnell in den ersten Zustand zurück. Experimentieren mit CuTCNQ ergab, daß der Film bei Bestrahlung mit einem Argon-Laserstrahl in weniger als 4 ns von dem ersten in den zweiten Zustand schaltet. Der bestrahlte Bereich kehrt, wenn der Strahl weggenommen wird, in einer gleichen Zeitspanne in den ersten Zustand zurück.

Für ein Speicherschalten wird jedoch die Intenstität und die Dauer des optischen Strahles erhöht und der bestrahlte

- 44 -

Bereich widerstrebt, nachdem der optische Strahl weggenommen wird, in den thermodynamisch stabilen ersten Zustand zurückzukehren. In den meisten Fällen ist die thermische Energie der Umgebung nicht ausreichend, um die elektrochemische Reaktion in den ersten Zustand umzukehren und es ist eine beträchtliche Zeitspanne notwendig, bevor der bestrahlte Bereich in den ersten Zustand zurückkehren kann. Daher wird ein Speichermedium erzeugt, das zwei stabile Zustände aufweist: einen ersten Zustand (oder eine logische' "0") und einen zweiten oder Schaltzustand (odereine logische "1"). Die Zeitdauer, in der der Speicher gehalten werden kann, hängt ab von: (1) der Auswahl des organischen Chargetransfer-Salzes; (2) dem Durchmesser des einfallenden Strahls; (3) der Dauer und Intensität des angewandten optischen Feldes; und (4) von der Dicke des organischen SaIzfiIms.

Der Speicherschalter kann gelöscht oder zu dem ersten Zustand zurückgekehrt werden, indem Wärme auf dieses Gebiet des organischen Charge-transfer-Salzes angewendet wird. Die angewandte Wärme kann durch elektrische oder optische Vorrichtungen erzeugt werden. In einem später beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde Wärme, die durch einen

- 45 -

CO_?-Laser erzeugt wurde, verwendet, um einen Bereich auf dem Speichermedium in seinen ersten Zustand zurückkehren zu lassen.

Figur 1 stellt grafisch die Schalttypen dar, die als Funktion der optischen Strahl intensität und als Funktion der Bindungsenergie erfolgen (d.h. Redox-Potential der Akzeptoren für verschiedene organische Charge-transfer-Salze). Bevor ein Bereich geschaltet werden kann und als "Schwellwertschalter¹' reagiert, muß eine erste optische Schwellwerthöhe erreicht werden. Wird die Intensität erhöht, so ändert sich das Schalten bei einzelnen organischen Chargetransfer-Salzen von "Schwellwertschalten" in "Speicherschalten". Es versteht sich, daß die Zeichnung in Fig. 1 nur zum Zweck der Verdeutlichung vorhanden ist und daß die Schwellwerte von einer Vielzahl an Faktoren, wie bereits früher diskutiert, abhängig sind. Es sei noch angemerkt, daß die Frequenz des optischen Strahls aus dem ultravioletten sichtbaren und/oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgewählt werden kann.

Wie bereits vorhergehend aufgezeigt, können spektroskopische Vorrichtungen verwendet werden, um zu bestimmen, ob

- 46 -

eine Stelle auf der Oberfläche eines organischen Chargetransfer-Salzes sich im ersten oder zweiten Zustand befindet Es können sowohl Infrarot- als auch Raman-Spektroskopie-Vorrichtungen verwendet werden, um festzustellen, ob eine Stelle auf dem organischen Charge-transfer-Salζ im ersten oder zweiten Zustand ist. Obwohl in den bevorzugten Ausführungsbeispielen Raman-Spektroskopie-Techniken oder Techniken, die einen gewissen engen Bandenausschnitt des von dem organischen Charge-transfer-Salζ reflektierten Laserlichts ".'analysieren, angewandt und später beschrieben werden, ist es selbstverständlich, daß jegliche weitere bekannte spektroskopische oder ähnliche Techniken benutzt werden können, die in der Lage sind, eine Änderung im Oxidationszustand eines organischen Elektronen-Akzeptor-Bauteils oder eine Änderung im Reduktionszustand des Doηor-Bauteils festzustellen (d.h. entweder ESCA-Spektroskopie-, Röntgen-Fotoelektronen-Spektroskopie oder Raman- oder Infrarotspektroskopie-Vorrichtungen können die Änderung des Oxidationszustandes des Donorsund/oder des organischen Elektronen-Akzeptor-Bauteils bestimmen).

Figur 2 zeigt die Banden eines Raman-Spektrums des organischen Charge-transfer-Salzes CuTCNQ: Fig. 2a zeigt die

- 47 -

- * - -^:'~~' 3Ä9DÖ35 Il

Spektralbanden von neutralem TCNQ (d.h. TCNQ°); Fig. 2b zeigt die Spektralbanden von CuTCNQ im ersten Zustand, wobei im wesentlichen alle organischen Elektronen-Akzeptor-Bauteile in reduziertem Zustand sind (d.h. TCNQ"); Fig. 2c zeigt die Spektralbanden von CuTCNQ in dem zweiten oder geschalteten Zustand, in dem der organische Elektronen-Akzeptor-Bauteil sowohl im reduzierten (TCNQ") als auch im neutralen Zustand (TCNQ⁰) vorhanden ist. Die Raman-Spektrenbanden sind empfindlich gegenüber der Ladung auf dem organischen Elektronen-Akzeptor-Bauteil, das in unserem Beispiel TCNQ ist. Die Spektral banden ^₂, M₄, ^₆ und V₇ werden stark durch die elektronische Struktur des TCNQ beeinflußt. Die ^»-Schwingung, die die "C = C-Streckenschwingung" darstellt, erscheint für neutrales TCNQ (d.h. TCNQ⁰) bei einer Wellenzahl von 1451 cm. In Fig. 2a zeigt die Spektral bande 10 bei 1451 cm" für neutrales TCNQ (d.h. TCNQ°) zugehörig mit der ^₄-Schwingung eine hohe Intensität. In Fig. 2b, die das organische Charge-transferSalz CuTCNQ in seinem ersten Zustand zeigt, erscheint die TCNQV₄-Schwingung bei 1451 cm" nicht als Spektralbande 12. Das weist darauf hin, daß im ersten Zustand sich nahezu alle 'TCNQ-BauteiIe in der reduzierten oder TCNQ" Form befinden. In Fig. 2c jedoch, die das organische Charge-transfer-Salz

.-48-

349ÖÖ35

CuTCNQ in seinem zweiten oder geschalteten Zustand zeigt, zeigt die Anwesenheit der TCNQV^-Schwingung durch die Spektralbande 14 bei 1451 cm" . Der zweite Zustand besitzt daher ein optisches Spektrum, das durch das Auftreten einer starken Bande bei 1451 cm" gekennzeichnet ist, die wiederum ein Beweis für das Vorhandensein von neutralem TCNQ (d.h. TCNQ°) ist.

Die in Fig. 2a, b und c aufgezeigten Spektral banden verifizieren die'.'oben beschriebene elektrochemische Chargetransfer-Gleichung (1) und verschafft ein einfaches Mittel, um auf optischem Wege zu bestimmen, ob das organische CuTCNQ sich im ersten oder zweiten Zustand befindet. Wird CuTCNQ als organisches Charge-transfer-Salζ verwendet, muß man nur die Spektralbande bei 1451 cm" analysieren, um zu bestimmen, ob sich das organische Salz im ersten oder zweiten Zustand befindet. Befindet sich das organische Charge-transfer-Salz im ersten Zustand, so erscheint die Bande bei 1451 cm" mit sehr geringer Intensität; befindet es sich im zweiten Zustand, so ist die Intensität der Bande bei 1451 cm" stark. Es ist selbstverständlich, daß andere Banden zur Analyse des Zustandes von CuTCNQ ausgewählt werden können und daß, falls andere organische

- 49 -

Charge-transfer-Salze verwendet werden, andere Spektralbanden verwendet werden, um diese Analyse durchzuführen. Das Prinzip ist jedoch dasselbe, man verwendet spektroskopische Vorrichtungen, um die Änderung der ladungsverteilung des organischen Elektronen-Akzeptors zu beobachten, wenn das organische Charge-tranfer-Salζ yon dem ersten in den zweiten Zustand schaltet. Man wählt dann solch eine Spektralbande aus, die eine Raman-Schwingung zeigt, die im ersten Zustand, jedoch nicht im zweiten Zustand erscheint. Es können dann bekannte Techniken verwendet werden, um eine spektroskopische Vorrichtung aufzubauen und die Intensität der ausgewählten Spektralbande zu messen.

Die Änderung im optischen Spektrum, wenn das organische Charge-transfer-Salζ vom ersten in den zweiten Zustand schaltet, kann auch direkt mit dem bloßen menschlichen Auge beobachtet werden. Wird der optische Strahl intensiviert oder die Dauer erhöht, so können, wenn der Strahl über die Oberfläche streicht, Linien oder Muster auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salz-FiIms erzeugt werden. Diese Muster sind optisch als ein Ergebnis der Ausbildung von mikroskopischen Gebieten an neutralem organischem Elektronen-Akzeptor zu erkennen. Fig. 3 zeigt ein hochkontrastiges Muster, nach dem der optische Strahl mit

■ - 50 -

bekannten Abtastmaßen über einen organischen Charge-transferFilm mit AgTCNQ gestrichen ist. Beim Bestreichen der Filmoberfläche mit einem modulierten Laserstrahl wurde festgestellt, daß eine Bestrahlung im Mi11isekunden-Bereich ausreicht, um Linien wie in Fig. 4 aufgezeigt, zu schreiben. Fig. 5 zeigt tabellarisch die Farbwechsel, die bei zwei typischen organischen Charge-transfer-Salzen erfolgen, wenn sie von dem ersten in den zweiten Zustand geschaltet werden. Es kann ganz allgemein festgestellt werden, daß die Farbe des zweiten Zustandes sehr der Farbe des neutralen organischen Elektronen-Akzeptor-Bauteils ähnelt. CuTCNQ ist z.B. in seinem zweiten Zustand gelb, d.h. dieselbe Farbe wie neutrale TCNQ°-Moleküle. Der Farbwechsel verifiziert die oben beschriebene Gleichung und zeigt, daß neutrale Moleküle des organischen Elektronen-Akzeptors erzeugt werden, wenn das organische Charge-transfer-Salζ bestrahlt wird. Es wurde herausgefunden, daß, wenn Wärme auf die Oberfläche angewendet wird, die elektrochemische topotaktisehe Reaktion sich umkehrt, wodurch die beobachtbaren Linien "ausgelöscht" werden. Die Wärmeenergie kann direkt auf die Filmoberfläche durch einen gebündelten CC^-Laser zur Wärmeerzeugung angewendet werden.

- 51 -

Zusätzlich zur Messung des Übergangs zwischen den beiden Zuständen des organischen Charge-transfer-Salzes durch Anwendung spektroskopischer Vorrichtungen kann man die Änderungen der elektrischen Impedanz messen. Fig. 6 zeigt die elektrische Schaltcharakteristik eines organischen Charge transfer-Salzes aus AgTCNQ, wenn es mit einem Argon-Ionen-Laserstrahl bestrahlt wird. Die Impedanz des ersten Zustandesist, wie durch die Stromspannungskurve 16 gezeigt, hoch. Wird das organische Charge-transfer-Salζ aus AgTCNQ in den zweite'n Zustand geschaltet, so wird die Impedanz, wie durch die Stromspannungskurve 18 gezeigt, niedrig. Um die hohe oder niedere Impedanzhöhe zu bestimmen, können bekannte elektronische Schaltkreise als Vorrichtungen verwendet werden.

Es wurden eine Reihe organischer Charge-transfer-Salze gefunden, die von dem ersten in den zweiten Zustand in Gegenwart von Energie eines optischen Feldes, wie oben beschrieben, schalten. Es wurde festgestellt, daß verschiedene TCNQ-Derivate, falls sie mit einem metallischen Donator komplexiert werden, ein organisches Charge-transferSalz binden, das in der Lage ist, optisch zu speichern und/oder zu schalten.

- 52 -

Beispiele der TCNQ-Derivate werden in der folgenden Tabelle gezeigt:

TCNQ(OMe) TCNQ IMe TCNQ(OMe)₂ TCNQI TCNQ(OMe)(OEt) TCNQ(OMe)(OCH₃J₂ TCNQ(OMe)(O-I-Pr) TCNQ(CN)₂ TCNQ(OMe)(O-I-Bu) TCNQ(Me) TCNQ(O-I-C₂H₅) TCNQ(Et) TCNQ(OEt)(SMe) TCNQ(i-Pr)

TCNQ Cl TCNQ(i-Pr) ₂ TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me

Die Erfinder haben weiterhin festgestellt, daß, wenn ein organischer Elektronen-Akzeptor, der zumindest eine funktionelle Cyanomethylengruppe enthält, mit einem Donor-Bauteil, um ein organisches Salz zu bilden, komplexiert wird, dieses organische Salz Speicher- und Schaltfähigkeiten besitzt. Es wurde auch festgestellt, daß, wenn ein organischer Elektronen-Akzeptor, der zumindest eine Chinolineinheit enthält, mit einem Donor-Bautei1, um ein organisches Salz zu bilden, komplexiert wird, das organische Salz ebenso Speicher- und Schaltfähigkeiten besitzt. Wird ein organisches Salz aus den folgenden organischen Elektro-

- 53 -

nen-Akzeptoren gebildet, so ist das organische Salz in der Lage, op tisch zu-speichern und/oder zu schalten:

Tetracyanochinodimethan (TCNQ),

Tetracyanonaphthochinodimethan (TNAP), Tetracyanoethylen (TCNE),

2,3-Dichloro-5,6-dicyano-l,4-benzochinon (DDQ), Hexacyanobutadien (HCBD),

!i.Q.lO.lO-Tetracyano-l^-naphthochinodimethan (bento-TCNQ), 2,5-Bis-(dicyanomethylen)-2,5-dihydrothiophen, 2,5-Bis-(dicyanomethylen)-2,5-dihydroselenol, Thienyl-TCNQ (T-TCNQ),

Selenolyl-TCNQ (Se-TCNQ),

Tetracyano-chino-chinazoliη (TCQQ), Hexacyanotrimethylen cyclopropan (HCTMCP), 2,4-Bis (dicyanomethylen)-l,3-dithietan (BDDT), und eines der TCNQ-Derivate aus der oben gezeigten Tabelle.

Die Erfinder haben festgestellt, daß, wenn die folgenden Metalle mit den oben aufgeführten organischen Elektronen-Akzeptoren, um ein organisches Salz zu bilden, komplexiert werden, diese Salze optisch schalten:

Kupfer, Silber, Blei, Nickel, Lithium, Natrium, Kalium, Barium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Eisen, Antimon, Cäsium und Magnesium. Zusätzlich können auch die folgenden

- 54 -

3 43 003 29

organischen Substanzen als Donor fungieren, wenn sie mit einem organischen Elektronen-Akzeptor, um ein organisches Salz zu bilden, komplexiert werden, wobei das organische Salz in der Lage ist, optisch zu speichern und/oder zu schalten: Tetrathioethyl ene,Di thiodi aminoethylene,Di th.i odiseienoethylene,Tetraminoethylene,Azene und aromatische Heterozyklen. Es ist selbstverständlich, daß weitere organischeTransfer-Salze aufgefunden werden können, die mit organischen Elektronen-Akzeptoren gebildet werden können, wobei diese entweder funktionell Cyanomethylengruppen oder Chinolineinheiten aufweisen und andere organische Salze, die ähnliche Charakteristika aufweisen, wobei diese in Gegenwart optischer Strahlungvon dem o.g. ersten Zustand in den zweiten Zustand schalten können.

Eine Darstellungsmethode für das organische Charge-transfer-Salz ist ausführlich in der zuvor angeführten US-Patentanmeldung, beschrieben ("Method of Fabricating a Current Controlled Bistable Electrical Organic Thin Film Switching Device (TCNQ)", angemeldet 7. Juni 1982, Ser.No. 385,523). Das organische Charge-transferSalz wird durch Reaktion des Donors in einer Lösung des organischen Elektronen-Akzeptors gebildet. Es kann z.B.

- 55 -

* - - "■■■ 3A90Ü35 30

ein Metallsubstrat wie Kupfer in eine Lösung von TCNQ° in Acetonitril (CH₃CN) getaucht werden, bis sich die gewünschte Filmdicke an CuTCNQ auf dem Metal 1 substrat gebildet hat. Es wird empfohlen, das organische Charge-transfer-Salζ bis zu einer Filmdicke von 5μ anwachsen zu lassen. (Es wurde bereits zuvor angemerkt, daß die Filmdicke die benötigte Intensität des optischen Schwellwertes beeinflußt.) Die Aufnahme in Fig. 7 zeigt die polykristalline Struktur des organischen Charge-transfer-Salzes CuTCNQ, das nach diesen Verfahren dargestellt wurde, wobei eine derartige molekulare kristalline Struktur eine elektrische Leitfähigkeit ermöglicht und zum Schalten oder optischen Speichern verwendet werden kann. Weitere Verfahren wie das Aufdampfen des Kupferfilms auf ein Substrat und anschließendes Aufdampfen von TCNQ, um eine Komplexreaktion einzugehen, oder andere bekannte chemische Verfahren können zur Bildung von CuTCNQ- Salzen, die zur optischen Speicherung verwendet werden Es ist selbstverständlich, daß andere organische Chargetransf er-Sal ze als CuTCNQ auf diese Art und Weise hergestellt werden können. Es wurde festgestellt, daß die Herstellung von elektronischen Schaltkreisen, die organische Charge-transfer-Salze benutzen, vereinfacht werden kann, da das Salz im ersten oder Gleichgewichts-Zustand in orga-

- 56 -

- -^:- '■- 3430035 M

in organischem Lösungsmittel unlöslich ist, wohingegen es im zweiten Zustand in organischen Lösungsmitteln löslich

Fig. 8 zeigt schematisch ein optisches Speichersystem, das ein organisches Charge-transfer-Salz als Speichermedium verwendet. Das organische Charge-transfer-Salζ ist auf einem Basisträgermaterial 22 aufgebracht. Wie zuvor aufgezeigt, wurden gute Ergebnisse mit einer Filmdicke von 5μ des organischen Charge-transfer-Salzes gefunden. Ein optisch transparenter Schutzüberzug 24 kann auf die Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salz-FiIms aufgebracht werden. Ein optischer Schreibstrahl 26 wird auf eine bestimmte Stelle 28 auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-FiIms 20 konzentriert. Der optische Strahl kann aus einer hochintensiven Lichtquelleoder einer Laserquelle wie ein Argon- oder C0_?-Laser, bestehen, der so fokussiert ist, daß er ein Feld auf der Filmoberfläche erzeugt. Wie zuvor angeführt, ergibt die Intensität des Strahls folgendes Ergebnis:

(1) Ist die Strahlungsintensität unter dem Wert des ersten Schwellwertes, wie zuvor definiert, so verbleibt das organische Charge-transfer-Salz an der Stelle 28 im ersten Zustand; (2) wird die Strahlungsintensität über den

- 5 7 -

ersten Schwellwert erhöht, schaltet die Stelle 28 in den zweiten Zustand, schaltet jedoch in den ersten Zustand zurück, wenn deroptische Strahl weggenommen wird; (3) wird die Strahlungsintensität und/oder Dauer weiter erhöht, schaltet das organische Charge-transfer-Salζ an Stelle 28 für eine unbestimmte Zeitdauer in den zweiten Zustand; (4) wird die optische Strahlbreite, die Intensität und/oder die Dauer weiter erhöht, so erscheint eine sichtbare Farbänderung an der Stelle 28. Wie zuvor angeführt, hängt die benötigte optische Intensität, um die obigen Änderungen zu erzeugen, von der Wahl des organischen Charge-transfer-SalzeSj der Filmdicke und dem Bereich und der Intensität des einfallenden optischen Strahls ab. Bei einem Speichersystem kann ein optischer Strahl 26 mit ausreichender Intensität durch bekannte optische Vorrichtungen auf. andere Stellen auf der Oberfläche des organischen Charge-transferSalzes 20 gerichtet werden und kann diese anderen Stellen von dem ersten in den zweiten Zustand schalten. Durch "Ein- und Ausschalten" des Strahls an bestimmten Stellen kann der logische Zustand "1" oder ¹¹O" in dem optischen Speichermedium eingebracht werden. Alternativ dazu kann, wenn eine höhere optische Intensität oder längere Zeitdauer angewendet wird, der optische Strahl 26 durch bekannte

- 58 -

3490Ü35

optische Mittel so gerichtet werden, daß er sichtbare Muster auf das organische Charge-transfer-Salz 20 "zeichnet".

Sind einmal Daten in dem organischen Charge-transfer-Salz-Speichermedium gespeichert, so kann eine spektroskopische Vorrichtung verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine bestimmte Stelle auf dem organischen Film sich im ersten oder zweiten Zustand befindet. Fig. 9 zeigt schematisch einespektroskopische Vorrichtung und weist die Stellen und 30 auf, die zwei einer möglichen Vielzahl von Speicherstellen, die Daten enthalten, darstellen. Eine Lichtquelle oder ein optischer Lesestrahl 32 wird so gerichtet, daß eine der Stellen 28 mit einer Intensität, die genügend unterhalb der ersten Schwellwertintensität liegt, bestrahlt wird, so daß der Zustand an der Stelle 28 nicht zerstört wird. Die Lichtquelle 32 zur Raman-spektroskopisehen Analyse sollte eine monochromatische Quelle sein und es wird die Verwendung von Laserquellen vorgeschlagen. Das von der ausgewählten Stelle auf der Filmoberfläche 28 reflektierte Licht 34 wird durch den optischen Filter 36 gesammelt und gefiltert und durchläuft eine Vorrichtung 38, um die spektrale Intensität zu messen. Der optische Filter 36 läßt nur die gewünschte Spektralbande, die in der o.g. Art und Weise ausgewählt wurde, durch. Die spektrale Meßvorrichtung

- 59 -

zeigt an, ob der reflektierte Strahl 34, der den Filter 36 passiert hat, eine große oder kleine Amplitude aufweist. Das wiederum zeigt an, ob sich die Stelle 28 im ersten oder zweiten Zustand befunden hat. Der optische Lesestrahl 32 kann durch bekannte optische Vorrichtungen auf jede der Vielzahl der Stellen (d.h. 28, 30) auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salzes 20 gerichtet werden, um festzustellen, ob diese bestimmte Stelle sich im ersten oder im zweiten Zustand befindet, das bedeutet, ob die bestimmte Stelle eine logische "1" oder logische "0" speichert

Figur 10 zeigt schematisch die thermische Auslöschvorrichtung, die dazu verwendet wird, die elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion umzukehren und zumindestens eine der Vielzahl der Stellen auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salzes 20 veranlaßt, in den ersten Zustand zurückzukehren. Fig. 10 zeigt zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer thermischen Auslöschvorrichtung. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet thermische Strahlung eines optischen Strahls 40, der auf die Stelle 28 konezntriert ist, um genügend Wärme hervorzubringen, um diesen Bereich in den ersten Zustand zurückzuschalten. Es wurde herausgefunden, daß ein C0_?-Laser mit einer Intensität unterhalb des ersten

- 60 -

- se - " 3 490U3

Schwellwertes auf die Stelle 28 während einer Zeitspanne gerichtet werden kann, die ausreichend ist, um genügend Wärme zu erzeugen, um den Bereich in den ersten Zustand zurück zuschalten. Der optische Wärmestrahl 40 kann durch bekannte optische Vorrichtungen, um weitere Stellen auf der organischen Charge-transfer-Salz-Oberflache 20 auszulöschen, gerichtet werden. Ein anderes Ausführungsbeispiel verwendet ein elektrisches Heizelement 42, das unter dem Substrat angebracht ist, um genügend Wärmeenergie zu erzeugen, um ein Teil des Organischen Charge-transfer-Salz-FiIms 20 zu "löschen".

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können der optische Schreibstrahl 26, der optische Lesestrahl 32 und der optische Wärmestrahl 40 durch eine einzige Laserquelle durch Variation der Intensität und der Dauer des Strahls erzeugt werden. Es können weitere bekannte Vorrichtungen verwendet werden, um die gewünschten optischen Schreib-, Lese- und Löschstrahlen zu erzeugen und diese Strahlen auf die gewünschte Stelle auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salzes zu richten.

Figur 11 zeigt die schematische Darstellung eines optoelektronischen Schalters, der ein organisches Chargetransfer-Salz als Schaltmechanismus verwendet. Der opto-

- 61 -

elektronische Schalter enthält ganz allgemein: einen dünnen Film eines organischen Charge-transfer-Salzes 44, aufgebracht auf einem leitenden Substrat 46; einen halbdurchlässigen leitenden Film 48, der zumindest über einen Teil des organischen Films 44 aufgebracht ist; eine erste Elektrode 50 verbunden mit dem leitenden Substrat 46; eine zweite Elektrode 52 verbunden mit dem halbdurchlässigen leitenden Film 48. Wie bereits o.g., kann die Stärke des Charge-transfer-Salz-Films 44 annähernd 5μ betragen. Der halbdurchlässige leitende Film 48·'kann aus einem Metall wie Aluminium oder Chrom bestehen und kann direkt auf den organischen Film 44 bis zu solch einer Stärke aufgespritzt oder aufgedampft werden, die eine teilweise Transmission der optischen Strahlung 54 erlaubt. Es kann ein optisches Isoliermaterial 56 angewendet werden, um den organischen Film 44 zu isolieren, wenn die zweite Elektrode 52 mit dem halbdurchlässigen leitenden Film 48 verbunden ist. Im Betrieb, d.h. wenn der optische Strahl 54, wie oben beschrieben, den ersten Schwellwert überschreitet, schaltetder Oberflächenbereich 58, der durch den Strahl bestrahlt wird, in den zweiten Zustand und die.elektrische Impedanz, die zwischen den beiden Elektroden 50 und 52 gemessen wird, fällt von einer hohen Impedanz zu einer niederen ab. Wird der Strahl 54 weggenommen oder wenn die Intensität unter den ersten

- 62 -

- t* - ' 3A90U35

Schwellwert fällt, kehrt der bestrahlte Bereich 58 in den ersten Zustand zurück (d.h. Schwellwert-Schalten). Wird jedoch die Intensität und/oder die Dauer des optischen Strahls 54 erhöht, so wird der optoelektronische Schalter für einen unbestimmten Zeitraum in den zweiten Zustand geschaltet (d.h. bistabiles Schalten). Die Zeitspanne, die der Schalter im zweiten Zustand oderim Zustand geringer Impedanz bleibt, hängt ab von: (1) der Wahl des organischen Charge-transfer-Salzes; (2) der Dicke des Films; (3) der Zeitdauer und der Intensität des betrahlenden optischen Strahls; (4) des Bereichs des Strahls und (5) der vorhandenen oder angewandten thermischen Energie. Der bistabile Schalter wie oben beschrieben, kann durch die Anwendung von Wärmeenergie mittels der o.g. Verfahren oder durch äquivalente Verfahren in den ersten Zustand zurückgebracht werden.

Die Figuren 6 und 12 zeigen die elektrischen Charakteristika eines typischen optoelektronischen Schalters (vgl. Fig. 11), der dadurch hergestellt wurde, daß ein optischer Chargetransfer-Salz-Film 44 aus AgTCNQ, ein leitendes Substrat 46 aus Silber und ein halbdurchlässiger Aluminiumleitfilm 48 verqendet wird. Die Dicke des AgTCNQ-Filmes war annähernd

- 63 -

5μ. Der organische Film 44 wurde durch Anwendung einer

4 Strahlung von 488 nm mit einer Intensität von 10 V/cm aus einem Argonlaser geschaltet. Die Strahlungsintensität war ausreichend, um den ersten Schwellwert zu überschreiten und schafft einen Schwellwertschalter. Wird der AgTCNQ-FiIm bestrahlt, schaltet er in 4 ns von dem ersten in den zweiten Zustand. Wird der optische Strahl weggenommen, so kehrt der AgTCNQ-FiIm in einer gleichen Zeitspanne in seinen ersten Zustand zurück. Eine Gleichstromvorspannung 59 von 5 V wurde zwischen den beiden Elektroden 50, 52 (vgl. F ig. 11) angelegt, so daß der organische Film im ersten hochimpedanten Zustand gerade unterhalb des Schwel!wertes zum elektrischen Schalten gehalten wird (s. Stromspannungskurve 16 in Fig. 6). Die Anwendung des Argon-Laserstrahls veranlaßtden organischen Film, schnell in den zweiten niederimpedanten Zustand (vgl. Stromspanriungskurve 18 in Fig.6) überzuwechseln. Fig. 12 zeigt das elektrische Verhalten des oben gekannten AgTCNQ-Schalters. Es kann entnommen werden, daß, wenn der optische Strahl die erste Schwel 1-werthöhe überschreitet, das Spannungspotential zwischen den Elektroden 50, 52 (vgl. Fig. 11) abfällt und der Strom zwischen den Elektroden schnell zunimmt.

Es müssen verschiedene besondere Merkmale des optoelektronischen Schaltmechanismus hervorgehoben werden.

- 64 -

3A9GÜ35

Zum ersten muß die Intensität des optischen Strahls den ersten Schwellwert überschreiten, bevor die Vorrichtung schaltet. Auf diese Art und Weise kann ein optisches analoges Signal in ein diskretes digitales elektrisches Signal umgewandelt werden. Zum zweiten kann die Gleichstromvorspannung angewendet werden, um die Strahlungsintensität anzugleichen, die nötig ist, um das organische Charge-transfer-Salz zu schalten. Wie bereits erwähnt, schaltet das organische Charge-transfer-Salζ von dem ersten in den zweiten Zustand entweder aufgrund eines angewandten elektrischen Feldes oder eines optischen Feldes. Deshalb kann bei Anwendung der Gleichstromvorspannung die benötigte optische Intensität reduziert werden. Die angewandte Gleichstromspannung und der optische Strahl addieren einander, um das elektrische Feld zu erzeugen, das verursacht, das organische Charge-transfer-Salζ von dem ersten in den zweiten Zustand zu schalten. Auf diese Art und Weise ist es ebenfalls möglich, einen bistabilen optoelektronischen Schalter durch selbständiges Reduzieren der Vorspannung in seinen ersten Zustand zurückzuschalten. Es kann sowohl der optische Strahl als auch die Gleichspannungsspannung in verschiedenen Kombinationen, um das optische Charge-transfer-Salζ zu schalten, angewendet werden.

- 65 -

HO

Offensichtlich sind verschiedene Modifikationen und VariationenvorliegenderErfindung im Rahmen derobigen Lehre möglich. Es versteht sich deshalb, daß im Rahmen der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch in anderer Weise als hier speziell beschrieben, praktiziert werden kann.

- 66 -

Claims

Ihr ZeichenUnser ZeichenDatumYour Ref.Our Ref.Data2107-0027. Titel: Optischer Speicher und Schalteinrichtung mi'.t organischen Charge-transf er-Sal zen Patentansprüche

1. Optisch empfindliche Einrichtung, gekennzeichnet durch ein organisches Charge-transfer-Salz, das durch einen Donor, der mit einem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert ist, gebildet wird; und

eine Quelle elektromagnetischer Energie bei optischer Frequenz, .wobei die elektromagnetische Energie einen Bereich auf dem organischen Elektronen-Charge-transferSalz bestrahlt und bewirkt, daß der bestrahlte Bereich eine elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion eingeht, die eine Ladungsverschiebung zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor und dem Donor bewirkt, und dadurch

Hl

den bestrahlten Bereich von einem Gleichgewichtszustand in einen zweiten Zustand schaltet, wobei der zweite Zustand eine gegenüber dem Gleichgewichtszustand ^feststellbar verschiedene Ladungsverteilung aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zustand ein gegenüber dem Gleichgewichtszustand feststellbar verschiedenes optisches Spektrum aufweist.

3. Einrichtung nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zustand eine gegenüber dem Gleichgewichtszustand feststellbare verschiedene Farbe aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zustand eine gegenüber dem Gleichgewichtszustand feststellbar verschiedene elektrische Impedanz aufweist.

5. Einrichtung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Charge-transfer-Salζ im Gleichgewichtszustand in organischen Lösungsmitteln unlöslich und im zweiten Zustand in organischen Lösungsmitteln löslich ist.

- 9 —

6. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Wärmeenergiequelle, um die elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion umzukehren, wobei veranlaßt wird, Ladung vom Donor zum organischen Elektronen-Akzeptor zurückzuübertragen und dadurch der bestrahlte Bereich in den Gleichgewichtszustand zurückkehrt.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine spektroskopische Vorrichtung, die auf einen Bereich des organischen Charge-transfer-Salzes fokussiert ist, um zu bestimmen, ob sich dieser Bereich im Gleichgewichtszustand oder im zweiten Zustand befindet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, die spektroskopische Vorrichtung das Vorhandensein von neutralen Molekülen des organischen Elektronen-Akzeptors feststellt, wobei der zweite Zustand mehr neutrale Moleküle des Elektronen-Akzeptors aufweist als der Gleichgewichtszustand.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopische Vorrichtung die Stärke von zumindest einer Spektralbande mißt, die den neutralen Molekülen

des organischen Elektronen-Akzeptors zugehörig ist, wobei die zumindest eine Spektral bande im zweiten Zustand eine größere Stärke aufweist als im Gleichgewichtszustand.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopische Vorrichtung die Änderung des Oxidationszustandes des organischen Elektronen-Akzeptors feststellt und dadurch erkennt, ob sich der Bereich im Gleichgewichtszustand oder im zweiten Zustand befindet.

11. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die die Impedanz über einen Bereich des organischen Charge-transfer-Salzes feststellt und bestimmt, ob sich der Bereich im ersten oder zweiten Zustand befindet.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Feststellung der Impedanz für den zweiten Zustand eine geringere Impedanz feststellt als für den Gleichgewichtszustand oder ersten Zustand.

13. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbunterschied zwischen dem ersten und zweiten Zustand mit dem bloßen Auge wahrnehmbar ist.

Hb

14. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine organische Substanz enthält, die zumindest eine funktionelle Cyanomethylen-Gruppe beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung
eines organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor
komplexiert wird, ermöglichen.

15. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine organische Substanz erhält, die zumindest eine
Chinolineinheit beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor komplexiert wird, ermöglichen.

16. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz aus der Gruppe Tetracyanochinodimethan (TCNQ), Tetracyanonaphthochinodimethan (TNAP), Tetracyanoethylen (TCNE), 2■,3-Dichloro-5,6-dicyano-l,4-benzochinon (DDQ), Hexacyanobutadien (HCBD), 9,9,10,10 - Tetracyano-1,4-naphthochinodiiTiethan (bento-TCNQ),

2,5-Bis (dicyanomethyle n)-2,5-dihydrothiophen, 2,5-Bi s (dicyanomethylen)-2,5-dihydroselenol, Thienyl-TCNQ (T-TCNQ), Seienolyl-TCNQ (Se-TCNQ), Tetracyano-chino-chinazolin (TCQQ), Hexacyano-trimethylen-cyclopropan (HCTMCP), 2,4-Bis(dicyanomethylen)-l,3-dithietan (BDDT)

oder eines der folgenden TCNQ-Derivate ist:

TCNQ(OMe) TCNQ IMe

TCNQ(OMe)₂ TCNQI

TCNQ(OMe)(OEt) TCNq(OMe)(OCH₃)₂

TCNQ(0Me)(0-i-Pr) TCNQ(CN)₂

TCNQ(OMe)(O-I-Bu) TCNQ(Me)

TCNQ(O-I-C₂H₅) TCNQ(Et)

TCNQ(OEt)(SMe) TCNQ(i-Pr)

TCNQ Cl TCNQ(i-Pr) TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me

17. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tetracyanochinodimethan (TCNQ) und eines der TCNQ-Derivate

TCNQ (OMe) TCNQ (OMe)₂ TCNQ(OMe)(OEt) TCNQ Cl TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me TCNQ I Me TCNQ I TCNQ (CN)₂ TCNQ (Me) TCNQ (Et) TCNQ (i-Pr).

ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist und daß das Metall aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Silber, Blei, Nickel, Lithium, Natrium, Kalium, Barium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Eisen, Antimon, Cäsium, Magnesium, ausgewählt ist und chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn es mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert wird, ermöglichen.

19. Einrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor eine organische Substanz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrathioethylenen, Dithiodiaminoethylenen, Dithiodiselenoethylenen, Tetraminoethylenen, Azenen und aromatischen Heterozyklen ist und chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert wird, ermöglichen.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist, und daß das Metall Kupfer oder Silber ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Kupfer und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß eine Spektralanalyse im zweiten Zustand wesentlich mehr neutrale TCNQ-Moleküle als im Gleichgewichtszustand zeigt.

22. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Silber und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß eine Spektralanalyse im zweiten Zustand wesentlich mehr neutrale TCNQ-MoIeküle zeigt, als im Gleichgewichtszustand.

-119 -

23. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Kupfer und organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß der zweite Zustand eine niedrigere Impedanz als der Gleichgewichtszustand aufweist.

24. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Silber und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß der zweite Zustand eine
niedrigere Impedanz als der Gleichgewichtszustand
aufweist.'

25. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Donor Silber (Ag) und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß der Gleichgewichtszustand purpurn und der zweite Zustand gelb ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Kupfer und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist, und daß der Gleichgewichtszustand blau/schwarz und der zweite Zustand gelb ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe des zweiten Zustandes sehr ähnlich der Farbe der neutralen Moleküle des organischen Elektronen-Akzeptors ist.

- 10 -

28. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Reaktion irreversibel ist und daß der bestrahlte Bereich dauerhaft in den zweiten Zustand geschaltet ist.

29. Optischer Speicher, gekennzeichnet durch einen Film eines organischen Charge-transfer-Salzes, das durch einen Donor, der mit einem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert ist, gebildet wird;

einen optischen Schreibstrahl, um wahlweise zumindest eine von einer Vielzahl von Stellen auf der Oberfläche des organischenCharge-transfer-Salzes zu bestrahlen, um eine bestrahlte Stelle zu veranlassen, eine elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion einzugehen, wobei eine Ladungsverschiebung zwischen dem organischen Elektronen-Akzeptor und dem Donor verursacht wird, wodurch die bestrahlte Stelle von einem ersten in einen zweiten Zustand geschaltet wird, wobei der erste Zustand gegenüber dem zweiten Zustand ein verschiedenes optisches Spektrum aufweist; und

eine spektroskopische Vorrichtung, um wahlweise das optische Spektrum von zumindest einer der Vielzahl

-M-

von Stellen zu analysieren, um zu bestimmen, ob eine analysierte Stelle sich im ersten oder zweiten Zustand befindet.

30. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine organische Substanz enthält, die zumindest eine funktionelle Cyanomethylen-Gruppe beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor komplexiert wird, ermöglichen.

31. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine organische Substanz enthält, die zumindest eine Chinolin-Einheit beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor komplexiert wird, ermöglichen.

- 12 -

* - 3Λ90035

32. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz aus der Gruppe Tetracyanochinodimethan (TCNQ), Tetracyanonaphthochinodimethan (TNAP), Tetracyanoethylen (TCNE), 2,3-Dichloro-5,6-dicyano-l,4-benzochinon (DDQ), Hexacyanobutadien (HCBD), 9,9,10,1O₁ - Tetracyano-1,4-naphthochinodimethan (bento-TCNQ),

2,5-Bis (dicyanomethyle n)-2,5-dihydrothiophen, 2 ,5-Bi s (dicyanomethylen)-2,5-dihydroselenol, Thienyl-TCNQ (T-TCNQ), Selenolyl-TCNQ (Se-TCNQ), Tetracyano-chino-chinazolin (TCQQ), Hexacyano-trimethylen-cyclopropan (HCTMCP), 2,4-Bis(dicyanomethylen)-l,3-dithietan (BDDT)

oder eines der folgenden TCNQ-Derivate ist:

TCNQ(OMe) TCNQ IMe

TCNQ(OMe)₂ TCNQI

TCNQ(OMe)(OEt) TCNQ(OMe)(OCH₃)_£

TCNQ(OMe)(O-I-Pr) TCNQ(CN)₂

TCNQ(OMe)(O-I-Bu) TCNQ(Me)

TCNQ(O-I-C₂H₅) TCNQ(Et)

TCNQ(OEt)(SMe) TCNQ(i-Pr)

TCNQ Cl TCNQ(i-Pr) TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me

- 13 -

b'3

33. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetracyanochinodimethan (TCNQ) und eines der TCNQ-Derivate, abgeleitet durch die Formel:

TCNQ (OMe) TCNQ I Me TCNQ (OMe)₂ TCNQ I TCNQ(OMe)(OEt) TCNQ (CN)₂ TCNQ Cl TCNQ (Me) TCNQ Br TCNQ (Et) TCNQ ClMe TCNQ (1-Pr) TCNQ Br Me

ist.

34. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist und daß das Metall aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Silber, Blei, Nickel, Lithium, Natrium, Kalium, Barium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Eisen, Antimon, Cäsium, Magnesium, ausgewählt ist und solche chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn es mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert wird, ermöglichen. .

- 14 -

35. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor eine organische Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrathioethylenen, Dithiodiaminoethylenen, Dithiodiselenoethylenen, Tetraminoethylenen, Azenen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und aromatischen Heterozyklen ist und chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert wird, ermöglichen.

36. Optischer Speicher nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist und daß das Metall Silber oder Kupfer ist.

37. Optischer Speicher nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine thermische Auslöschvorrichtung derart mit dem organischen Charge-transfer-Salζ in Verbindung gebracht, daß eine Stelle, nachdem sie bestrahlt wurde, verursacht wird, vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zurückzukehren.

38. Optischer Speicher nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Auslöschvorrichtung einen optischen Heizstrahl aufweist, der so fokussiert ist, daß

- 15 -

Wärme auf einem Teil des organischen Salzes erzeugt wird.

39. Optischer Speicher nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Auslöschvorrichtung ein elektrisches Heizelement ist, das Wärme auf einem Teil des organischen Salzes erzeugt.

40. Optischer Spei eher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schreibstrahl eine solche Intensität aufweist, die dauerhaft die wahlweise bestrahlte Stelle in den zweiten Zustand schaltet.

41. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schreibstrahl eine erste und eine zweite Intensität aufweist, wobei die erste Intensität eine Reaktion hervorruft, die verursacht, daß die wahlweise bestrahlte Stelle, wenn sie bestrahlt wird, vom ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltet, und daß die zweite Intensität eine irreversible Reaktion hervorruft, die verursacht, die Stelle für eine unbestimmte Zeit vom ersten in den zweiten Zustand zu schalten, nachdem er optische Schreibstrahl nicht mehr diese Stelle bestrahlt.

- 16 -

42. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopische Vorrichtung einen optischen Lesestrahl aufweist, der wahlweise zumindest eine der Vielzahl der Stellen bestrahlt, wobei der optische Lesestrahl eine Intensität aufweist, die nicht ausreicht, eine durch ihn bestrahlte Stelle in den Schaltzustand zu bringen; und

eine Vorrichtung zum Filtern und Messen des bei wahlweiser Bestrahlung durch den optischen Lesestrahl von einer Stelle reflektierten Spektral 1ichtes, und zum Bestimmen, ob die Stelle sich im ersten oder im zweiten Zustand befindet.

43. Optischer Speicher nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Lesestrahl monochromatisches Licht ist.

44. Optischer Speicher nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Lesestrahl ein Laser ist.

45. Optischer Speicher nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schreibstrahl und der optische Lesestrahl durch eine einzige optische Strahlungsquelle bereitgestellt werden, die zumindest zwei Energiestufen aufwei st.

- 17 -

46. Optischer Speicher nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, um den optischen Schreibstrahl auf eine ausgewählte Stelle der Vielzahl der Stellen zu richten.

47. Optischer Speicher nach Anspruch 42, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, um den optischen Lesestrahl auf eine ausgewählte Stelle der Vielzahl der Stellen zu richten.

48. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zustand die Speicherung einer logischen "1" und daß der zweite Zustand die Speicherung einer logischen "0" darstellt.

49. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopische Vorrichtung das Vorhandensein von neutralen Molekülen des organischen Elektronen-Akzeptors feststellt, wobei der zweite Zustand mehr neutrale Moleküle des Elektronen-Akzeptors vorweist als der erste Zustand.

- 18 -

" ·■ 3A90035 5%

50. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopische Vorrichtung die Amplitude ν ο η zumindest einer Spektralbande, die zugehörig zu neutralen Molekülen des organischen Elektronen-Akzeptors ist, mißt, wobei diese zumindest eine Spektralbande im zweiten Zustand eine größere Stärke aufweist als im ersten Zustand.

51. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,·¹ daß die spektroskopische Vorrichtung die Änderung im Oxidationszustand des organischen Elektronen-Akzeptors erkennt und dadurch feststellt, ob die Stelle sich im ersten oder zweiten Zustand befindet.

52. Optischer Speicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Kupfer und der organische Elektronen-Akzeptor TCNQ ist und daß die spektroskopisehe Vorrichtung das reflektierte Spektrum bei der Wellenzahl von 1451 cm" - 25 cm feststellt, wobei das Feststellen dieser Spektral 1inie anzeigt, daß die Stelle im zweiten Zustand ist.

53. Vom Menschen lesbare optische Einrichtung, gekennzeichnet durch einen Film des organischen Charge-transfer-

- - 19 -

Salzes, das durch einen Donor, der mit einem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert ist, gebildet wird;

einen optischen Schreibstrahl, der eine von einer Vielzahl von Stellen auf der Oberfläche des organischen Charge-transfer-Salzes bestrahlt und eine Intensität und Bestrahlungsdauer aufweist, die ausreichend ist, diese eine der Vielzahl von Stellen zu veranlassen, von einer ersten in eine zweite Farbe zu wechseln.

54. Einrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Farbe nahezu der Farbe der neutralen Moleküle des organischen Elektronen-Akzeptors ähnelt.

55. Einrichtung nach Anspruch 53, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, um den optischen Schreibstrahl derart zu lenken und zu modulieren, daß ein sichtbares hochkontrastiges Muster erzeugt werden kann.

56. Einrichtung nach Anspruch 53, gekennzeichnet durch eine thermische Auslöschvorrichtung, derart mit dem organischen Charge-transfer-Salz in Verbindung gebracht, daß zumindest eine der Vielzahl der Stellen verursacht wird, in die erste Farbe zurückzukehren.

- 20 -

6c?

57. Optoelektronischer Schalter, gekennzeichnet durch einen Film eines organischen Charge-transfer-Salzes, wobei der Film eine elektrochemische topotaktisehe Redox-Reaktion eingeht, wenn er durch optische Strahlung bestrahlt wird und dadurch von einem ersten Gleichgewichtszustand in einen zweiten Zustand schaltet, wobei der zweite Zustand gegenüber dem Gleichgewichtszustand eine andere elektrische Impedanz aufweist; und

eine Verbindungsvorrichtung über diesen Film, um diesen Film elektrisch mit einem externen Schaltkreis zu verb i nden.

58. Schalter nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung enthält: ein elektrisch leitendes Substrat, wobei der organische Salz-Film auf dem leitenden Substrat ausgebildet ist;

einen halbdurchlässigen elektrisch leitenden Film, der zumindest über einen Teil des organischen Salz-Films aufgebracht ist, wobei der halbdurchlässige leitende Film den Durchtritt von optischer Strahlung zum organischen Salz-Film ermöglicht;

- 21 -

3A9 0

eine erste Elektrode, verbunden mit dem leitenden Substrat; und

eine zweite Elektrode, verbunden mit dem halbdurchlässigen leitenden Film, wobei die Impedanz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode von einem hohen in einen niederen Zustand geschaltet wird, wenn der organische Salz-Film mit optischer Strahlung bestrahlt wird.

59. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,

daß die Impedanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode zur hohen Impedanz zurückkehrt, wenn die optische Strahlung den organischen Salz-Film nicht mehr bestrahlt

60. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Substrat durch den Donor gebildet wird und daß der organische Charge-transfer-Salzfilm auf dem leitenden Substrat durch Komplexierung des leitenden Substrats mit dem organischen Elektronen-Akzeptor gebildet wird.

61. Schalter nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet daß der organische Elektronen-Akzeptor

- 22 -

eine organische Substanz enthält, die zumindest eine funktionelle Cyanomethylen-Gruppe beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor komplexiert wird, ermöglichen.

62. Schalter nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeich· net, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine organische Substanz enthält, die zumindest eine Chin.ol in-Einheit beinhaltet und die chemischen Eigenschaften aufweist, die die Bildung des organischen Salzes, wenn sie mit dem Donor komplexiert wird, ermöglichen.

- 23 -

63. Schalter nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz aus der Gruppe
Tetracyanochinodimethan (TCNQ),
Tetracyanonaphthochinodimethan (TNAP), Tetracyanoethylen (TCNE),

2,3~Dichloro-5,6-dicyano-l,4-benzochinon (DDQ), Hexacyanobutadien (HCBD),

9,9,10,10 - Tetracyano-1,4-naphthochinodimethan (bento-TCNQ), V

2,5-Bis (dicyanomethylen)-2,5-dihydrothiophen, 2,5-Bis (dicyanomethylen)-2,5-dihydroselenol, Thienyl-TCNQ (T-TCNQ), Selenolyl-TCNQ (Se-TCNQ), Tetracyano-chino-chinazolin (TCQQ), Hexacyano-trimethylen-cyclopropan (HCTMCP), 2,4-Bis(dicyanomethylen)-l,3-dithietan (BDDT)

oder eines der folgenden TCNQ-Derivate ist:

TCNQ(OMe) TCNQ IMe

TCNQ(OMe)₂ TCNQI

TCNQ(OMe)(OEt) TCNQ(OMe)OCH₃)

TCNQ(OMe)(O-I-Pr) TCNQ(CN)

TCNQ(OMe)(O-I-Bu) TCNQ(Me)

TCNQ(O-I-C₂H₅) TCNQ(Et)

TCNQ(OEt)(SMe) TCNQ(i-Pr)

TCNQ Cl TCNQ(i-Pr)

TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me

- 24 -

64. Schalter nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Elektronen-Akzeptor eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetracyanochinodimethan (TCNQ) und eines der TCNQ-Derivate

TCNQ (OMe) TCNQ (OMe)₂ TCNQ(OMe)(OEt)

TCNQ Cl TCNQ Br TCNQ ClMe TCNQ Br Me TCNQ I Me TCNQ I TCNQ [CH)₂ TCNQ (Me) TCNQ (Et) TCNQ (i-Fr).

ist.

65. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist und daß das Metall aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Silber, Blei, Nickel, Lithium, Natrium, Kalium, Barium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Eisen, Antimon, Cäsium, Magnesium, ausgewählt ist und chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn es mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert wird, ermög 1 i chen .

- 25 -

66. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor eine organische Substanz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrathioethylenen, Dithiodiaminoethylenen,Dithiodiselenoethylenen, Tetraminoethylenen, Azenen und aromatischen Heterozyklen ist und chemische Eigenschaften aufweist, die die Bildung eines organischen Salzes, wenn sie mit dem organischen Elektronen-Akzeptor komplexiert sind, ermöglichen.

67. Schalter nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor ein Metall ist, wobei das Metall Silber oder Kupfer ist.

68. Schalter nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, daß der Film im ersten Gleichgewichtszustand eine hohe Impedanz und im zweiten Zustand eine niedere Impedanz aufweist.

69. Schalter nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Schwellwertschalter ist.

70. Schalter nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß er ein bistabiler Schalter ist.

- 26 -

71. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,

daß das organische Charge-transfer-Salz in den zweiten Zustand schaltet, während die optische Interval I-Strahlung einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

72. Schalter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,

daß das organische Charge-tränsfer-Salz in den zweiten Zustand für einen unbestimmten Zeitraum schaltet, nachdem die optische Strahlung, die einen zweiten höheren Schwellwert überschreitet, weggenommen wurde.

73. Schalter nach Anspruch 58, gekennzeichnet durch eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angelegte Gleichstromvorspannung.

74. Schalter nach Anspruch 69, gekennzeichnet durch eine Gleichstromvorspannung, angelegt zwischen der ersten und zweiten Elektrode, um die Höhe der Strahlungsintensität anzugleichen, die nötig ist, um das organische Charge-transfer-Salζ in den zweiten Zustand zu schalten.

75. Schalter nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet,

daß die akkumulierende Wirkung der Vorspannung und der optischen Strahlung das organische Charge-transfer-Salζ veranlaßt, in Impedanz-Zustände zu schalten.

- 27 -