DE4214975A1 - Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche mit Hilfe einer Elektrode, deren akti­ ve Oberfläche der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche zugekehrt ist und eine Feinstruktur aufweist, deren Struktu­ relemente Ausgangspunkte einer Koronaladung sind.

Aus der EP 0295431 B1 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der die aktiven Elemente die Spitzen nichtme­ tallischer, elektrisch leitfähiger Fasern sind, die büsche­ lartig einzeln längs nebeneinander angeordnet sind, und zwar zu etwa 100 000 Faserenden pro Quadratzentimeter. Auf diese Weise erzielt man in der aktiven Oberfläche eine Fein­ struktur, die das Entstehen einer Koronaentladung, die von der gesamten aktiven Oberfläche ausgeht, begünstigt. Eine solche Koronaentladung ist für eine gesteuerte Potentialver­ änderung günstig.

Um die angestrebte Wirkung zu erzielen, ist es wichtig, daß einzelne aktive Elemente hinsichtlich des Potentials gleich günstig liegen, damit sich die Koronaentladung gleichmäßig verteilt und nicht auf günstig gelegene lokale Bezirke konzentriert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einer möglichst hohen Feinstruktur in der aktiven Oberfläche unter Berücksichtigung der zuvor genann­ ten Funktionsbedingungen zu schaffen, die möglichst einfach reproduzierbar herstellbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Strukture­ lemente Fullerenmoleküle sind.

Unter Fullerenen werden sogenannte Käfigmoleküle aus sphä­ risch angeordneten C-Atomen verstanden, vorzugsweise mit der chemischen Summenformel C_2n, wobei sich n = 30, also die Summenformel C₆₀ besonders bewährt hat.

Nach der Erfindung übernehmen einzelne Fullerenmoleküle die Funktion der Faserenden bei der bekannten Vorrichtung. Ful­ lerenmoleküle kann man, einfacher jedenfalls als Faserbüschel, in der gewünschten Struktur anordnen und man kann auch die Leitfähigkeit sehr differenziert steuern, in dem man die Fullerene durch Dotierung in der gewünschten Weise leitfähig macht.

Für ein dotiertes Fullerenmolekül ergibt sich die Summenfor­ mel X_rC_2n
mit X = H, Li, Na, K, Rb, Cs und/oder Fr
mit r = 0, 1, 2, . . ., vorzugsweise 1
mit n = 16, 17, 18, . . ., vorzugsweise 30.

Die Fremdatome X sind dem Fulleren durch Dotierung, Einlagerung, Anlagerung und/oder Beimischung zugefügt. Ein dotiertes Fulleren mit der Summenformel K₃C₆₀ ist besonders bevorzugt.

Man kann die Fullerene unterschiedlich auftragen, zum Bei­ spiel mit Hilfe von Laser. Vorteilhaft ist elektrolytischer Auftrag, weil er einfach zu handhaben ist und den Auftrag der Käfigmoleküle leicht steuerbar macht, beispielsweise durch elektrische Felder.

Vorteilhaft und leicht sehr präzise steuerbar ist es auch, wenn man die Fullerene, die die aktive Oberfläche bilden, auf den Kristallflächen eines Halbleiters, vorzugsweise Galliumarsenid, Gallium-Aluminiumarsenid, Aluminium- Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Indiumgalliumarsenid, aufwachsen läßt. Der Halbleiter kann dann gleichzeitig als Stromzuleitung zu den Fullerenen dienen.

Die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene sind vorzugs­ weise in Form einer monomolekularen Schicht mit Kristall­ struktur aufgetragen. Dann ergibt sich über die ganze aktive Oberfläche ein gleichförmiges Muster der elektrisch aktiven Elemente.

Die Fullerene einer monomolekularen Schicht können in einer einzigen Ebene angeordnet sein, es kann sich um gleichgroße Moleküle handeln, es kann sich um gleichdotierte Moleküle handeln und/oder diese Moleküle können hinsichtlich ihrer Dotierung sphärisch identisch in der Schicht angeordnet sein.

Man kann die monomolekulare Schicht aber auch hinsichtlich der aufgeführten Kriterien unterschiedlich gestalten, aller­ dings unter Wahrung eines Rasters, das eine gleichmäßige Verteilung der aktiven Elemente bedingt. Eine dementspre­ chende Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in mehrere Gruppen un­ terteilt sind, daß die Fullerene der einzelnen Gruppen gemischt, ein Raster bildend angeordnet sind, daß die Fulle­ rene einer Gruppe unter sich gleichgroß, gleichdotiert und mit Bezug auf ihre Dotierung sphärisch gleich orientiert an­ geordnet sind und daß die Fullerene unterschiedlicher Grup­ pen sich hinsichtlich Größe, Dotierung, sphärischer Anord­ nung und/oder ihrer Anordnung in verschiedenen Ebenen vonei­ nander unterscheiden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung nä­ her erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung abge­ brochen perspektivisch,

Fig. 2, 3 und 4 ein Rasterbild und

Fig. 5 eine Tabelle.

In Fig. 1 ist mit 1 ein metallisch leitender Tragkörper bezeichnet, der mit einer halbleitfähigen, kristallinen Galliumarsenid-Schicht 2 beschichtet ist. Auf die Schicht 2 ist eine monomolekulare Schicht 3 aus Fullerenmolekülen 4, 5 aufgewachsen oder elektrolytisch aufgetragen, deren Molekül­ anordnung eine Kristallstruktur, im vorliegenden Fall ein regelmäßiges Spalten- und Zeilenmuster, zugrundeliegt, be­ dingt durch die Kristallstruktur der Galliumarsenid-Schicht 2.

Die einzelnen Fullerenmoleküle sind durch Dotierung leitfä­ hig gemacht und bilden, jedes für sich, Ausgangspunkt einer Koronaentladung, die hervorgerufen wird durch eine Poten­ tialdifferenz zwischen der Schicht 3 und der gegenüberlie­ genden Oberfläche 6 eines aus Isoliermaterial gebildeten Elementes 7, deren statisches elektrisches Potential durch die Koronaentladung verändert werden soll.

Gemäß einiger Abänderungen bestehen die die aktive Oberflä­ che bildenden Fullerenmoleküle aus zwei oder drei Gruppen, von denen diejenigen der ersten Gruppe gemäß Fig. 2, 3 und 4 mit A, diejenigen der zweiten Gruppe mit B und diejenigen der dritten Gruppe mit C bezeichnet sind. Die Moleküle sind im Raster angeordnet wie das in Fig. 2 bis 4 durch die An­ ordnung der Buchstaben angedeutet ist. Die Moleküle der ein­ zelnen Gruppen können sich unterscheiden, wie dies nun an­ hand der Fig. 5 erläutert wird.

In Zeile I aus Fig. 5 sind drei unter sich gleiche und gleichdotierte Fullerenmoleküle angezeigt, die sich jedoch hinsichtlich ihrer durch einen schwarzen Punkt gekennzeich­ neten Dotierung in ihrer sphärischen Anordnung unterscheiden.

In Zeile II sind drei unter sich gleiche Fullerenmoleküle dargestellt, die jedoch unterschiedlich dotiert sind; das eine Molekül mit einem Dotierungselement, das nächste mit zwei Dotierungselementen und das letzte mit drei Dotierungselementen.

In Zeile III sind Fullerenmoleküle dargestellt, die sich durch ihre Größe unterscheiden.

In Zeile IV sind Fullerenmoleküle dargestellt, die sich durch die Art der eingesetzten Dotierung unterscheiden, was zeichnerisch zum Ausdruck gebracht ist, indem die Dotierung einmal durch einen Kreis, einmal durch ein Dreieck und ein­ mal durch ein Viereck dargestellt ist.

In Zeile V sind identische Fullerenmoleküle dargestellt, die jedoch in unterschiedlichen Ebenen 10, 11, 12 angeordnet sind, wobei die beiden außen gelegenen Ebenen 10 und 12 ei­ nen Abstand in der Größenordnung des Durchmessers eines Ful­ lerenmoleküls aufweisen.

In Zeile VI sind die Fullerenmoleküle mit dem Leitfähig­ keitstyp p, n und p dotiert.

Der ersten Gruppe, gekennzeichnet durch den Buchstaben A, sind diejenigen Moleküle der Zeilen I bis V zugeordnet, die in Spalte A stehen und so fort für Spalte B und Spalte C. Die Zeilen I bis VI definieren in Verbindung mit Fig. 2 je­ weils ein Ausführungsbeispiel für sich. Entsprechendes gilt für die Fig. 3 und 4. Bei diesen sich daraus ergebenden 3×6 = 18 Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die Fulle­ rene immer nur durch ein einziges Kriterium. Es sind weitere Ausführungsbeispiele möglich, bei denen sich die Moleküle der einzelnen Gruppen A, B und C durch zwei, drei oder mehr derjenigen durch die Zeilen I bis V definierten Kriterien unterscheiden.

Weitere Abänderungen sind möglich, indem man mehr als drei Gruppen einsetzt. Man kann auch in Abänderung des Rasters nach Fig. 2 den einzelnen Gruppen eine unterschiedliche An­ zahl von Mitgliedern zuordnen. Wesentlich ist nur, daß sich in der aktiven Oberfläche ein durchgehend gleichförmiges Ra­ ster ergibt, so daß die aktiven Elemente gleichmäßig über die aktive Oberfläche verteilt sind. Es können dann sämtli­ che eingesetzte Fullerenmoleküle einer monomolekularen Schicht aktive Elemente bilden, es können aber auch, je nach der Anordnung, nur ausgewählte Moleküle einer monomolekula­ ren Schicht aktive Elemente bilden, zum Beispiel nur die Mo­ leküle A bei den Ausführungsbeispielen gemäß Zeile V aus Fig. 3.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Po­ tentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche mit Hilfe einer Elektrode, deren aktive Oberfläche der aus Iso­ liermaterial gebildeten Oberfläche zugekehrt ist und eine Feinstruktur aufweist, deren Strukturelemente Ausgangspunkte einer Koronaladung sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (4, 5) Fullerenmoleküle sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Dotierung leitfähig gemachte Fullerene einge­ setzt sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fullerene elektrolytisch aufgetragen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fullerene auf die Kristallflächen eines Halbleiters, vorzugsweise Galliumarsenid, Gallium- Aluminiumarsenid, Aluminium-Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Indiumgalliumarsenid, aufgewachsen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in Form einer monomolekularen Schicht (3) aufgetragen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der monomolekularen Schicht (3) eine Kristallstruk­ tur zugrundeliegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß für die aktive Oberfläche gleichgroße Fullerene ein­ gesetzt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß für die aktive Oberfläche gleichdotierte Fullerene eingesetzt sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene hin­ sichtlich ihrer Dotierung mit gleicher sphärischer Orientie­ rung angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in meh­ rere Gruppen unterteilt sind,
daß die Fullerene der einzelnen Gruppen gemischt, ein Ra­ ster bildend angeordnet sind,
daß die Fullerene einer Gruppe unter sich gleichgroß, gleichdotiert und mit Bezug auf ihre Dotierung sphärisch gleich orientiert angeordnet sind und
daß die Fullerene unterschiedlicher Gruppen sich hin­ sichtlich Größe, Dotierung, sphärischer Anordnung und/oder ihrer Anordnung in verschiedenen Ebenen voneinander unterscheiden (Fig. 2-5).