DE4423782A1 - Funktionelles Kunststoffelement - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein funk
tionelles Kunststoffelement bzw. ein Funktionselement
aus Kunststoff mit einer Speicherfunktion und einer
Operationsfunktion, das durch Lichtbestrahlung und/oder
elektrische Felder gesteuert wird, und insbeson
dere auf ein organisches Speicherelement und ein or
ganisches Operationselement.
Auf dem Gebiet eines Elementes mit einer organischen
Membran, die mit einer sowohl durch Lichtbestrahlung
als auch durch elektrische Felder steuerbaren Spei
cherfunktion und Schaltfunktion versehen ist, wurden
Elemente, die auf dem Isolator-Metallübergang basie
ren, der aus dem Dotieren von leitendem Polymer re
sultiert, schon erfunden und hergestellt. In diesem
Fall kann, da das Verfahren zur Steuerung des Dotie
rens mit Licht oder elektrischen Feldern arbeitet,
ein elektrochemisches Verfahren unter Verwendung ei
nes festen Elektrolyts oder einer wäßrigen Elektro
lytlösung oder eines optischen Zerfalls des festen
Elektrolyts verwendet werden. Dann kann das leitende
Polymer für ein Speicherelement und ein Schaltelement
verwendet werden, die auf einer merkbaren Änderung im
Absorptionsspektrum und der Leitfähigkeit aufgrund
des Isolator-Metallübergangs durch Dotieren basieren.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel zum Beschreiben des Aufbaus
des oben erwähnten organischen optischen Speicherele
mentes oder organischen optischen Schaltelementes
basierend auf der Dotierung von leitendem Polymer,
wie es von Katsumi Yoshino et al. in Japanese Journal
of Applied Physics, Vol. 24, S. L373, 1985 vorge
schlagen wurde.
In der Figur besteht das Element aus einer Elektrode
1 aus einer mit Indium-Zinn beschichteten Glasplatte,
einer leitenden Polymermembran 2 aus Polyacetylen,
einer Polymermatrixmembran 13 aus Polystyren oder
dergleichen, die Triphenylsulfoniumhexafluorarsenat
salz oder dergleichen enthält, und einer transparen
ten Elektrode 4, die eine Indium-Zinn-beschichtete
Quarzplatte umfaßt.
Die Funktion eines solchen in Fig. 1 beschriebenen
Elements wird beschrieben. Bei Bestrahlung von Licht
5 mit einer Wellenlänge, die vom sichtbaren bis zum
ultravioletten reicht, von einer Hg-Lampe auf das
Element wird das in der Polymermembran 3 enthaltene
Triphenylsulfoniumhexafluorarsenatsalz optisch dis
soziiert, Hexafluorarsenatione in das in der leiten
den Polymermembran 2 enthaltene Polyacethylen dotiert
und die Farbe ändert sich von Rot zu Blau. Die blaue
Farbe wird für drei Monate oder mehr bei offenem
Schaltkreis in Luft aufrechterhalten. Durch Anwendung
einer negativen Vorspannung (1,2 V) auf das Polya
cethylen der leitenden Polymermembran 2 werden die in
das Polyacethylen dotierten Hexafluorarsenatione
elektrochemisch dissoziiert und die Farbe wandelt
sich wieder ins Rote. Auf der Grundlage dieses Mecha
nismus kann das Element als löschbarer optischer
Speicher verwendet werden.
Bei Anlegen einer positiven Vorspannung an die lei
tende Polymermembran 2 aus Polyacethylen wird das
Triphenylsulfoniumhexafluorarsenatsalz in der Poly
mermembran 3 elektrisch dissoziiert, um das
Polyacethylen in der leitenden Polymerschicht 2 mit
Hexafluorarsenationen zu dotieren und die Farbe än
dert sich von Rot zu Blau. Durch Kurzschließen oder
Anlegen einer negativen Vorspannung an die leitende
Polymermembran 2 aus Polyacethylen ändert sich die
Farbe von Blau zu Rot aus dem gleichen Grund wie oben
erwähnt. Auf der Grundlage dieses Mechanismus wird
ein durch Lichtbestrahlung oder elektrische Felder
steuerbares Schaltelement zur Verfügung gestellt.
Da das bekannte organische Speicherelement oder das
organische Schaltelement auf der Dotierung von Trä
gern oder geladenen Teilchen, die durch den Ionen
transfer, wie oben beschrieben, bewirkt werden, ba
siert, ist die Schreib- und Lesezeit begrenzt, wenn
dieses Element als Speicherelement verwendet wird und
die Schaltzeit für ein Schaltelement ist begrenzt. Da
zusätzlich diese Art von Element in seinen Abmessun
gen nicht klein gemacht werden kann aufgrund der Ma
terialeigenschaften von Polymer, hat dieses Element
Grenzen in der Verwendung für einen integrierten
Schaltkreis aufgrund dieser Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
funktionales Kunststoffelement bzw. ein Funktionsele
ment aus Kunststoff, insbesondere ein organisches
Speicherelement und ein organisches Operationselement
zu schaffen, das eine kleine Abmessung, eine hohe
Dichte und eine große Operationsgeschwindigkeit auf
der Grundlage des intermolekularen Elektronentrans
fers zum Dotieren von Trägern oder geladenen Teilchen
aufweist, und durch Lichtbestrahlung oder Spannungs
anlegung steuerbar ist und das auf der Verwendung der
monomolekularen Membrantechnologie basiert.
Um den oben erwähnten Zweck zu erfüllen, ist nach dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Funk
tionselement aus Kunststoff vorgesehen mit einer er
sten Membran aus einem ersten Oxidationsreduktions
material, einer zweiten Membran in Kontakt mit der
ersten Membran aus einem zweiten Oxidationsreduk
tionsmaterial, das ein zu dem des ersten Oxidations
reduktionsmaterials unterschiedliches Oxidationsre
duktionspotential aufweist, einer mit der ersten Mem
bran in Kontakt stehenden ersten Elektrode, einer mit
der zweiten Membran in Kontakt stehenden zweiten
Elektrode, wobei die erste und zweite Membran zwi
schen der ersten und der zweiten Elektrode geschich
tet sind, um steuerbar den Elektronenzustand in min
destens einem der Oxidationsreduktionsmaterialien in
einem geänderten Zustand durch Lichtbestrahlung und/oder
Spannungsanlegung auf der Grundlage der Diffe
renz der Oxidationsreduktionspotentiale zwischen den
zwei Oxidationsreduktionsmaterialien für einen be
stimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Er
findung werden durch Lichtbestrahlung auf die Kon
taktfläche der zwei Membranen aus Oxidationsreduk
tionsmaterialien mit unterschiedlichen Oxidationsre
duktionspotentialen oder durch Anlegen einer Spannung
zwischen der unteren und der transparenten oberen
Elektrode senkrecht zu der Kontaktfläche der Membra
nen die Erzeugungs- und Erholungsprozesse der Träger
bzw. geladenen Teilchen gesteuert. Somit kann der
Elektronenzustand in mindestens einer Membran steuer
bar in einem geänderten Zustand (Modulation) für ei
nen bestimmten Zeitraum gehalten werden. Da der Me
chanismus auf dem intermolekularen Elektronentransfer
basiert, der durch Lichtbestrahlung oder Spannungs
anlegung zur Dotierung von Trägern oder Teilchen
steuerbar ist, und da die monomolekulare Membrantech
nologie verwendet wird, sind die Minimierung der Ab
messungen, eine hohe Dichte und eine große Opera
tionsgeschwindigkeit möglich.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann durch Steuern des Elektronenzustandes
in mindestens einem der zwei Oxidationsreduktionsma
terialien des oben erwähnten Funktionselementes aus
Kunststoff das zeitveränderliche Signal von zugeführ
tem Licht oder zugeführter Spannung gespeichert wer
den und ein Lichtimpuls oder eine Stufenspannung wird
als Auslesesignal verwendet.
Die Speicherkapazität der Eingabeinformationen wird
durch Steuern der Wellenlänge oder Intensität des
bestrahlenden Lichts oder der angelegten Spannung
gesteuert, um den Elektronenzustand in dem ersten
oder dem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial zu
steuern.
Die Eingabeinformationen werden durch Anlegen einer
Spannung gelöscht, um zu ermöglichen, daß das Element
eine Fähigkeit zum wiederholten Einschreiben und Aus
lesen aufweist.
Der Elektronenzustand in dem ersten oder dem zweiten
Oxidationsreduktionsmaterial wird durch Anlegen einer
Spannung zwischen einer Source-Elektrode und einer
Drain-Elektrode, die entfernt voneinander auf der
Kontaktfläche der ersten und der zweiten Membran an
geordnet sind, gesteuert. Wie oben erwähnt wurde,
kann entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung durch Vorsehen einer unteren Elektrode und
einer transparenten oberen Elektrode, zwischen denen
zwei Membrane mit unterschiedlichen Oxidationsreduk
tionspotentialen angeordnet sind und durch Bestrahlen
von Licht auf die Kontaktfläche zwischen den zwei
Membranen durch die obere Elektrode, der Erzeugungs
prozeß und der Erholungsprozeß der Träger bzw. der
geladenen Teilchen gesteuert werden, um Informationen
des einfallenden Lichts aufgrund der Änderung in dem
Elektronenzustand in mindestens einer der zwei Mem
branen zu steuern. Auf andere Weise können durch An
legen einer Spannung zwischen die Elektroden der oben
erwähnten zwei Membranen mit unterschiedlichen Oxida
tionsreduktionsmaterialien die Erzeugungs- und Rela
xationsprozesse der geladenen Teilchen ebenfalls ge
steuert werden, um Informationen der angelegten Span
nung auf der Grundlage der Änderung in dem Elektro
nenzustand in mindestens einer der zwei Membranen zu
speichern. Zusätzlich kann ein organisches Speicher
element erhalten werden, das Informationen sowohl des
einfallenden Lichts als auch der angelegten Spannung
auf bzw. an der Kontaktfläche speichert.
Durch Steuern der Wellenlänge oder der Intensität der
Lichtbestrahlung oder durch Steuern der zwischen den
Elektroden liegenden Spannung können der Erzeugungs- und
Relaxationsprozeß der geladenen Teilchen gesteu
ert werden und somit der Elektronenzustand in minde
stens einer der zwei Membrane gesteuert werden.
Durch Anlegen einer Spannung wird das in der ersten
oder zweiten Membran gespeicherte Teilchen bzw. die
Teilchen gelöscht, so daß die Eingangsinformation
gelöscht wird, wodurch das Element die Fähigkeit des
Überschreibens erhält, das heißt, das Element hat die
Fähigkeit des wiederholten Einschreibens und Ausle
sens von Eingabeinformationszyklen.
Die Erzeugungs- und Erholungsprozesse der geladenen
Teilchen können durch Anlegen einer Spannung an die
Source-Elektrode und die Drain-Elektrode, die beide
entfernt voneinander an der Kontaktfläche zwischen
der ersten und zweiten Membran angeordnet sind, ge
steuert werden. Der Elektronenzustand in dem ersten
oder dem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial wird
geändert, um Informationen des einfallenden Lichts
und der angelegten Spannung zu speichern. Das bedeu
tet, daß das Element mit einer erhöhten Speicherkapa
zität versehen ist.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein organisches Operationselement vor
gesehen mit einer ersten Membran aus einem ersten
Oxidationsreduktionsmaterial, einer zweiten mit der
ersten Membran in Kontakt stehenden Membran aus einem
zweiten Oxidationsreduktionsmaterial, das ein zu dem
des ersten Oxidationsreduktionsmaterial unterschied
liches Oxidationsreduktionspotential aufweist, einer
ersten in Kontakt mit der ersten Membran liegenden
ersten Elektrode und einer mit der zweiten Membran
verbundenen zweiten Elektrode, wobei die erste und
die zweite Membran zwischen der ersten und zweiten
Elektrode schichtweise angeordnet sind, um den Elek
tronenzustand in mindestens einer der zwei Membranen
durch Bestrahlung von Licht und/oder Spannungsanle
gung auf der Grundlage der Differenz der Oxidations
reduktionspotentiale zwischen dem ersten und dem
zweiten Oxidationsreduktionsmaterial zu steuern und
dann ein Ausgangssignal einer Operation in bezug auf
die Zeit durch Eingabe eines zeitveränderlichen Span
nungssignals vorzusehen.
Die Operationsfunktion des Elementes wird durch Steu
ern mindestens der Wellenlänge oder der Intensität
des bestrahlenden Lichts oder der angelegten Spannung
gesteuert, um den Elektronenzustand in dem ersten und
dem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial zu steuern.
Die Eingangs-Ausgangsbeziehung der Operation kann
durch Anlegen einer Spannung gelöscht werden, um das
Element mit einer Fähigkeit des wiederholten Ausge
bens der Operationsergebnisse als Antwort auf wieder
holte Eingaben zu versehen.
Der Elektronenzustand in mindestens einem der zwei
Oxidationsreduktionsmaterialien wird durch Anlegen
einer Spannung zwischen einer Source- und einer
Drain-Elektrode, die entfernt voneinander auf der
Kontaktfläche der ersten und der zweiten Membran an
geordnet sind, gesteuert.
Das oben erwähnte organische Speicherelement und das
organische Operationselement können eine Mehrzahl von
ersten Oxidationsreduktionsmembranen und zweiten Oxi
dationsreduktionsmaterialien umfassen, die abwech
selnd laminiert sind.
Monomolekulare Membranen oder in die monokulare Mem
bran eingebaute Schichten, die durch das Langmuir-
Blodgett-Verfahren oder das Vakuumverdampfungsverfah
ren oder das organische ICB-Verfahren hergestellt
werden, werden als Oxidationsreduktionsmaterialmem
branen des Elementes verwendet.
Wie oben erwähnt, wird bei dem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung durch Vorsehen der unteren
Elektrode und der oberen transparenten Elektrode und
durch Bestrahlen von Licht beispielsweise senkrecht
auf die Kontaktfläche der zwei Oxidationsreduktions
materialien mit unterschiedlichen Oxidationsreduk
tionspotentialen über die obere Elektrode die Erzeu
gungs- und der Relaxationsprozeß der Träger bzw. ge
ladenen Teilchen gesteuert, wodurch die Erfindung ein
organisches Operationselement zur Verfügung stellt,
das die Fähigkeit einer Operationsfunktion abhängig
von einer eingegebenen Spannung auf der Grundlage der
Änderung in dem Elektronenzustand in mindestens einer
der zwei Membranen aufweist.
Durch Steuern der Wellenlänge oder Intensität des
bestrahlenden Lichts oder durch Steuern der an die
Elektroden angelegten Spannung können die Erzeugungs- und
Relaxationsprozesse der geladenen Teilchen ge
steuert werden und somit kann der Elektronenzustand
in mindestens einer der Membranen gesteuert werden.
Durch Anlegen einer Spannung werden die in der ersten
oder zweiten Membran gespeicherten Träger bzw. gela
denen Teilchen gelöscht, so daß die Eingangsinforma
tion gelöscht wird, wodurch das Element mit einer
Fähigkeit des Überschreibens versehen wird, das
heißt, das Element hat die Fähigkeit des wiederholten
Einschreibens und des wiederholten Auslesens von Ein
gangsinformationszyklen.
Die Erzeugungs- und Relaxationsprozesse der Träger
können durch Anlegen einer Spannung an die Source-
Elektrode und an die Drain-Elektrode, die beide ent
fernt voneinander auf der Kontaktfläche der ersten
und der zweiten Membran angeordnet, gesteuert werden.
Dabei wird der Elektronenzustand in mindestens einem
der zwei Oxidationsreduktionsmaterialien geändert und
das Element weist die Fähigkeit einer auf einer Ein
gangsspannung antwortenden Operationsfunktion auf und
hat darüber hinaus verbesserte Operationsfunktionen.
Dieses Operationselement kann als Teil einer elektri
schen Schaltung vorgesehen werden, um Differential
operationen oder Integraloperationen mit nichtinte
gralem Rang (rank) durchzuführen und darüber hinaus
sind durch Kombinieren dieser Operationsschaltungen
die Differential- und Integraloperationen mit dem
Rang unendlicher realer Zahlen möglich.
Bei dem oben erwähnten organischen Speicherelement
oder dem organischen Operationselement kann durch
abwechselndes Schichten der ersten Membranen und der
zweiten Membranen, wodurch zum Beispiel die Dicke der
ersten und zweiten Membranen in der Einheit der mono
molekularen Membran gesteuert wird, um zu einer Viel
zahl von Kontaktflächen zu kommen, die Speicherkapa
zität des Speicherelementes erhöht werden und die
Operationsfunktion des Operationselementes wird ver
größert.
Durch Bilden der oben erwähnten Oxidationsreduktions
materialmembranen durch das Langmuir-Blodgett-Verfah
ren wird die Membran in der Einheit der monomolekula
ren Membran gesteuert und das organische Speicherele
ment und das organische Operationselement werden mit
verbesserten Funktionen versehen.
Durch Herstellen der oben erwähnten Membranen aus
Oxidationsreduktionsmaterial durch Vakuumverdampfung
oder das organische ICB-Verfahren ist eine genaue
Verarbeitbarkeit der Membrane möglich, wodurch das
organische Speicherelement und das organische Opera
tionselement mit verbesserter Integration zur Verfü
gung gestellt werden können.
Entsprechend dem vierten Aspekt der vorliegenden Er
findung wird eine Differenzier- und Integrierschal
tung für Differential- und Integraloperationen mit
dem Rang unendlicher realer Zahlen zur Verfügung ge
stellt, die die oben erwähnten organischen Opera
tionselemente und RC-Kreise umfassen, wobei der Elek
tronenzustand in dem ersten oder dem zweiten Oxida
tionsreduktionsmaterial durch Lichtbestrahlung und/oder
Spannungsanlegung gesteuert wird und danach ein
zeitveränderliches Eingangsspannungssignal zugeführt
wird, um Ausgangssignale der Differential- oder Inte
graloperationen mit dem Rang unendlicher realer Zah
len zu erhalten.
Entsprechend dem fünften Aspekt der vorliegenden Er
findung wird ein Chaossignal-Erzeugungselement zur
Verfügung gestellt, das das oben erwähnte organische
Speicherelement oder organische Operationselement als
Teil der elektrischen Schaltung enthält, die die Er
zeugung und Unterdrückung von Chaossignalen durch
Lichtbestrahlung und/oder Spannungsanlegung steuert.
Entsprechend dem sechsten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Informationsverarbeitungssystem
mit einer Informationssortierfunktion, einer Spei
cherfunktion oder einer Schaltfunktion zur Verfügung
gestellt, das das Chaossignal von dem oben erwähnten
Chaoselement verwendet.
Entsprechend dem siebenten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Bildspeicherelement mit der Fähig
keit eines Bildspeichers, einer Bildidentifikation
und Bildinformationsverarbeitungsfunktionen auf der
Grundlage der Verwendung von eindimensionalen zeit
veränderlichen Lichtimpulsen oder Spannungsimpulsen,
die aus der Bildinformation als Eingangssignal zu dem
oben erwähnten organischen Speicherelement umgewan
delt wurden, vorgesehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be
schreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Darstellung des Aufbaus eines
organischen Lichtspeicherelementes
oder eines organischen Lichtschaltele
mentes nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstel
lung des Aufbaus eines organischen
Speicherelementes entsprechend einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 3 eine Kennlinie, die die Abhängigkeit
des Ausgangsstroms des organischen
Speicherelements nach einem Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung von der Anzahl der einfallenden
Lichtimpulse zeigt,
Fig. 4A und 4B Darstellungen von Wellenformen von
zwei Beispielen von Eingangslichtim
pulsen für das organische Speicherele
ment der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des organischen
Speicherelements nach Fig. 2,
Fig. 6 Kennlinien, die die Beziehung zwischen
Strom und Zeit in dem Ersatzschaltbild
nach Fig. 5 zeigen,
Fig. 7 eine Darstellung, die ein praktisches
Beispiel der Modulation des Elektro
nenzustands beim Kontakt entsprechend
einem Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung erläutert,
Fig. 8 eine logarithmische Kennlinie zur Dar
stellung der Beziehung zwischen Strom
und Zeit in dem organischen Speicher
element nach Fig. 2,
Fig. 9 ist eine andere logarithmische Kenn
linie, die die Beziehung zwischen
Strom und Zeit in dem organischen
Speicherelement nach Fig. 2 darstellt,
Fig. 10A und 10B Wellenformen, die zwei Beispiele einer
Eingangsrechteckspannung für das orga
nische Element der vorliegenden Erfin
dung darstellt,
Fig. 11A und 11B Schaltbilder, die organische Opera
tionselemente nach zwei Ausführungsbei
spielen der vorliegenden Erfindung
darstellen,
Fig. 12A und 12B Schaltbilder, die organische Opera
tionselemente nach zwei anderen Aus
führungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung darstellen,
Fig. 13 eine schematische Querschnittsdarstel
lung, die den Aufbau eines organischen
Speicherelementes nach einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt,
Fig. 14 eine schematische Querschnittsdarstel
lung, die den Aufbau eines organischen
Speicherelementes nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt,
Fig. 15A ein Blockschaltbild eines Chaossignal
erzeugungskreises entsprechend einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 15B eine Kennlinie, die die Beziehung zwi
schen der Ausgangsspannung des oben
erwähnten Chaossignalerzeugungskreises
und ihrem Zeitdifferential zeigt,
Fig. 16 eine Darstellung, die ein Bildspei
chersystem nach einem weiteren Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung erläutert,
Fig. 17 eine Darstellung, die ein Bildverar
beitungssystem nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung er
läutert,
Fig. 18A und 18B sind Schaltungen, die organische Ope
rationselemente nach einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
stellen, und
Fig. 19A und 19B Schaltbilder, die organische Opera
tionselemente nach einem anderen Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Er
findung darstellen.
Ein Ausführungsbeispiel eines organischen Speicher
elementes der vorliegenden Erfindung wird im folgen
den unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 2 stellt die Querschnittsansicht eines Beispiels
des Aufbaus eines funktionalen Kunststoffelementes
nach der vorliegenden Erfindung oder ein Ausführungs
beispiel eines organischen Speicherelementes nach der
vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 2 besteht eine
untere Elektrode 11, die eine erste Elektrode dar
stellt, aus leitendem Material, beispielsweise Me
tall, eine erste Membran 12 (im folgenden als erste
molekulare Membran bezeichnet) besteht aus einem er
sten Oxidationsreduktionsmaterial, das auf der unte
ren Elektrode 11 ausgebildet ist, eine zweite Membran
13 (im folgenden als zweite molekulare Membran be
zeichnet) besteht aus einem zweiten Oxidationsreduk
tionsmaterial, das ein Oxidationsreduktionspotential
aufweist, das zu dem des für die erste molekulare
Membran 12 verwendeten Oxidationsreduktionsmaterials
unterscheidet, wobei es auf der ersten molekularen
Membran 12 ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode
14 ist auf der zweiten molekularen Membran 13 aufge
bracht und in diesem Fall ist sie eine transparente
obere Elektrode. Als transparente obere Elektrode 14
wird typischerweise zum Beispiel eine halbtransparen
te Aluminiumelektrode mit einer Dicke von 10 nm oder
eine transparente Elektrode aus ITO (Indium-Zinnoxid)
verwendet. Licht 15 wird auf die erste Molekularmem
bran 12 und über die transparente obere Elektrode 14
auf die zweite Molekularmembran 13 von einer äußeren
Lichtquelle gestrahlt.
Die Herstellung eines in Fig. 2 dargestellten Elemen
tes wird im folgenden beschrieben.
Durch das Vakuumverdampfungsverfahren wird beispiels
weise eine Membran aus verdampftem Aluminium mit ei
ner Dicke von 100 nm als untere Elektrode 11 auf ei
nem Substrat gebildet und darauf werden beispielswei
se durch das Langmuir-Blodgett-Verfahren (im folgen
den als LB-Verfahren bezeichnet) neun Schichten einer
monomolekularen Membran aus Hematoporphyrin(IX)-bis
(Tridecanoylether)Ru(P(OCH₃)₃)₂Br (im folgenden als
RuHP(ph)₂ bezeichnet) ausgebildet oder es wird mit
dem Vakuumverdampfungsverfahren eine RuHP(ph)₂ Mehr
schichtmembran mit einer Dicke von 20 nm gebildet
oder es wird mit dem organischen ICB-Verfahren eine
RuHP(ph)₂ Mehrschichtmembran mit einer Dicke von 20 nm
als erste Molekularmembran 12 gebildet, die eine Oxi
dationsreduktionspotential aufweist.
Auf der ersten Molekularmembran 12 werden als zweite
Molekularmembran 13 zehn Schichten des zweiten Oxida
tionsreduktionsmaterials durch das LB-Verfahren auf
gebracht, wobei das Oxidationsreduktionspotential sich
von dem des ersten Oxidationsreduktionsmaterials
RuHP(ph)₂ unterscheidet. Die zweite Molekularmembran
13 besteht beispielsweise aus 7,8-Dimethyl-3,10-Dino
nylisoalloxiazin (im folgenden als DNI bezeichnet).
Durch das Verdampfungsverfahren wird Aluminium ver
dampft, um eine Aluminiummembran mit einer Dicke von
10 nm als obere Elektrode auf der zweiten Molekular
membran 13 zu bilden.
Die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten Ele
mentes wird im folgenden beschrieben.
Impulslicht 15 mit einer Wellenlänge von 360 nm oder
450 nm, dies ist eine Anregungswellenlänge von DNI,
und mit einer Halbbreite von 6 nsec und einer Inten
sität von 25 mJ/cm²·Impuls wird durch die obere Elek
trode 14 gestrahlt. Basierend auf dem inneren elek
trischen Feld in der Kontaktfläche zwischen der er
sten Molekularmembran 12 aus RuHP(ph)₂ und der zwei
ten Molekularmembran 13 (im folgenden als Heterokon
taktfläche bezeichnet) wird die Strahlungsanregung
(Fotoanregung) des DNI bewirkt, die durch die elek
trische Ladungstrennung und einen elektrischen La
dungstransfer gefolgt wird und die Erzeugung eines
Trägers wird induziert. Aufgrund der weiten Vertei
lung der Erholungszeit kann die transiente Stromant
wort als Potenzfunktion ausgedrückt werden. Das
heißt:
i(t) = i(0)t-a 0 < a < 1,
wobei
logi(0) = logi(t) + i′²/(ii′′-i′²) logii′/(i′²-ii′′) a = i′²/(ii′′-i′²).
wobei
logi(0) = logi(t) + i′²/(ii′′-i′²) logii′/(i′²-ii′′) a = i′²/(ii′′-i′²).
Der Anfangswert des Stroms i(0) und der Exponent a
können mit dem Stromwert i(t) im Zeitbereich der Po
tenzfunktion, der ersten Ableitung i′(t) und der
zweiten Ableitung i′′(t) ausgelesen werden und sie
können auch unter Verwendung von drei Stromwerten zu
drei verschiedenen Zeitpunkten ausgelesen werden. Der
Anfangsstromwert i(0) und der Exponent a haben eine
nahe Beziehung zu dem Erzeugungs- und Erholungsmecha
nismus der Träger bzw. geladenen Teilchen, die aus
der Strahlungsanregung an der Heterokontaktfläche
induziert werden und sie werden durch die Intensität,
die Wellenlänge des einfallenden Impulslichtes und
den Zeitablauf gesteuert.
Fig. 3 ist eine Darstellung der Abhängigkeit des An
fangsstromwertes von der Intensität des einfallenden
Lichtimpulses. Wie in der Figur gezeigt wird, steigt
der Anfangswert des Stroms mit der Erhöhung der In
tensität des einfallenden Lichtimpulses. Auf der
Grundlage dieser Beziehung wird ein Speicherelement
mit der Fähigkeit des Speicherns eines zeitveränder
lichen Signals, das durch Licht geändert wird, vor
gesehen.
Beispielsweise sieht das Speicherelement bei der Zu
führung einer Reihe von Lichtimpulsen, die die
gleiche Lichtintensität haben und zu unterschiedli
chen Zeitpunkten entsprechend Fig. 4A einfallen, bei
Verwendung eines Impulslichts oder einer Stufenspan
nung als Lesesignal bei der gleichen Bedingung eine
Stromantwort mit einem Anfangswert des Stroms ent
sprechend eins zu eins zu den individuellen Licht
impulsen als Ausgangssignal vor. Somit ist eine Iden
tifikation der Lichtimpulsreihe möglich. In ähnlicher
Weise sieht das Speicherelement bei einer Eingabe
einer Reihe von Lichtimpulsen mit denselben Einfall
szeitpunkten und unterschiedlichen Intensitäten, wie
in Fig. 4B gezeigt wird, unter Verwendung eines Lese
signals eines Impulslichts oder einer Stufenspannung
bei der gleichen Bedingung ein Ausgangssignal der
Stromantwort mit einem Anfangsstromwert entsprechend
eins zu eins zu den individuellen Lichtimpulsen vor,
so daß die Identifikation der Lichtimpulsreihe mög
lich ist. Auch ist bei einem Einfall einer Reihe von
Impulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen (in der
Figur nicht dargestellt) auf der Grundlage der ausge
gebenen Stromantwort mit einem Anfangsstromwert ent
sprechend eins zu eins zu den individuellen Lichtim
pulsen, eine Identifikation der Reihen der Lichtim
pulse möglich.
Durch Anlegen einer Spannung in der umgekehrten Rich
tung zu dem inneren elektrischen Feld an der Hetero
kontaktfläche werden die in der Heterokontaktfläche
gespeicherten Träger gelöscht und ein Löschen des
Speichers ist möglich. Durch die Löschfähigkeit wird
ein Speicherelement mit der Fähigkeit des Überschrei
bens zur Verfügung gestellt.
Das oben erwähnte Ausführungsbeispiel 1 wird genauer
im folgenden beschrieben. Bei der vorliegenden Erfin
dung treten die folgenden zwei Eigenschaften, die
nicht bei der fotoelektrischen Umwandlung bei PN-Ver
bindungen der üblichen Halbleiter gefunden werden,
auf.
Die erste Eigenschaft ist die, daß der Erholungspro
zeß des durch Lichtbestrahlung oder Spannungsanlegung
erzeugten Trägers nicht als eine einzige Exponential
funktion ausgedrückt werden kann, sondern mit einer
Potenzfunktion dargestellt wird, das ist der Unter
schied im Zeitverhalten (Zeitantwort). Diese Art des
Zeitverhaltens ist als elektrische Streuungs-Leitfä
higkeit (Zerlegungsleitfähigkeit) bekannt. Bei ande
ren Systemen als das der vorliegenden Erfindung ist
dieses Phänomen bei dem System mit regellosem Aufbau,
wie amorphes Silizium zu finden. Wie oben beschrie
ben, kann auf der Grundlage dieses Phänomens der An
fangsstromwert und der Exponent ausgelesen werden.
Die Zeitkonstante des Erholungsprozesses der Teilchen
beträgt einige 10 µsec im Falle des funktionalen
Kunststoffelementes nach der vorliegenden Erfindung.
Die zweite Eigenschaft ist die, daß der Erzeugungs
prozeß der Träger durch Bestrahlen mit Licht oder
Anlegen einer Spannung moduliert wird. Diese Modula
tion rührt von der Tatsache her, daß die Erzeugungs
geschwindigkeit und die erzeugte Menge der Träger auf
der Grundlage der Änderung des Elektronenzustandes in
den Grundmolekülen des Elementes durch Lichtbestrah
lung, wie bei Photochromie, geändert werden. Die
Zeitkonstante, die bei der Rückkehr des Elektronenzu
standes in Molekülen beim Erholungsprozeß auftritt,
ist sehr lang und erstreckt sich von einigen Stunden
bis zu einigen Tagen.
Wie oben erwähnt, verwendet das funktionale Kunst
stoffelement nach der vorliegenden Erfindung den Er
holungsprozeß der Träger zum Auslesen und verwendet
darüber hinaus den Erzeugungsprozeß von Trägern für
die Eingabe von Informationen, im Falle, daß das
funktionale Element als Speicherelement verwendet
wird. Zum Auslesen wird Lichtbestrahlung oder eine
Spannungsanlegung unter bestimmten Bedingungen als
Lesesignal verwendet. Im Falle, daß das funktionale
Element als Operationselement, wie später beschrieben
wird, verwendet wird, wird der Erholungsprozeß der
Träger für eine Operation von Signalen und der Erzeu
gungsprozeß von Trägern für die Steuerung einer Ope
ration verwendet.
Die oben erwähnte Beschreibung wird unter Verwendung
eines Ersatzschaltbildes noch einmal wiederholt. Fig.
5 ist ein äquivalenter Kreis des funktionalen Kunst
stoffelementes nach Fig. 2. Es umfaßt zahllose, par
allelgeschaltete RC-Kreise mit unterschiedlichen
Zeitkonstanten. Ein RC-Kreis mit einer einzigen Zeit
konstante weist eine Zeitantwort in der Form einer
Exponentialfunktion auf, aber in dem Fall eines funk
tionalen Kunststoffelementes weist der Kreis, ent
sprechend Fig. 6, als ein Ergebnis einer gewichteten
Summierung von Exponentialfunktionen mit individuel
len Zeitkonstanten die Zeitantwort in Form einer Po
tenzfunktion (Fractal time response) auf. Dieses Ge
wicht ist der sich auf den oben erwähnten Anfangs
stromwert i(0) und den Exponenten a beziehende Wert.
Durch Modulation dieses Wertes durch Lichtbestrahlung
oder Spannungsanlegung kann der Anfangszustand und
der Exponent moduliert werden. Die Abhängigkeit des
Gewichts von der Zeit (Erholungszeit) erstreckt sich
von einigen Stunden bis zu einigen Tagen, wie oben
erwähnt, und dies wird als Speicher verwendet.
Ein praktisches Beispiel der Modulation hinsichtlich
des Anfangszustandes und des Exponenten ist Fig. 7
dargestellt. In Fig. 7 wird Porphyrin als zweite Mo
lekularmembran nach Fig. 2 und Flavin als erste Mole
kularmembran verwendet und die Änderung im Elektro
nenzustand bei Bestrahlung von Licht auf die Kontakt
fläche der Molekularmembranen wird gezeigt. Der in
termolekulare, durch die Pfeile dargestellte Elektro
nentransfer oben links in der Figur, wird abhängig
vom Zustand der Molekularmembran, wie durch Symbole
"X" auf der oberen rechten Seite der Figur darge
stellt, gestoppt. In Fig. 7 unten wird die oben er
wähnte Situation unter Verwendung eines Ersatzschalt
bildes dargestellt, das heißt, die obenerwähnte Si
tuation entspricht der Situation der Ersatzschaltung,
bei der ein Teil der RC-Kreise entfernt ist und dies
ist die modulierte Situation.
Fig. 8 stellt ein Diagramm dar, das die Zeitantwort
von Strömen entsprechend unterschiedlicher Stromwerte
nach der Darstellung nach Fig. 6 zeigt und Fig. 9 ist
ein Diagramm für die Beschreibung der Zeitantwort von
Strömen entsprechend unterschiedlichen Exponenten.
Als Schlußfolgerung kann entsprechend der vorliegen
den Erfindung eine Funktion einer Kombination einer
elektrischen Zerlegungsleitfähigkeit und eine Steue
rung des Zustandes von Elektronen durch Bestrahlung
mit Licht oder Anlegen einer Spannung durch ein ein
ziges Element realisiert werden, das als ein neues
funktionales Element verwendet werden kann.
Ein organisches Speicherelement nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
in dem Folgenden beschrieben. In dem oben erwähnten
Ausführungsbeispiel 1 wird gepulstes Licht als Mittel
zur Erzeugung von Trägern verwendet, während in die
sem Ausführungsbeispiel 2 eine Spannung senkrecht zur
Membran aufgebracht wird, um Träger auf der Hetero
kontaktfläche und eine Stromausgangsantwort einer
Potenzfunktion zu erzeugen. Durch Steuern des elek
trischen Feldes der Heterokontaktfläche mit der ange
legten Spannung ist eine Steuerung des Anfangsstroms
und des Exponenten möglich. Somit ist es dem Spei
cherelement möglich, ein zeitveränderliches Signal
der angelegten Spannung zu speichern.
Beispielsweise liefert das Element im Falle einer
Eingangsspannung mit drei rechteckigen Wellenformen
unterschiedlicher Zeitverläufe entsprechend Fig. 10A
bei Verwendung von gepulstem Licht oder gestufter
Spannung als Lesesignale bei derselben Bedingung ein
Stromantwortausgangssignal mit einem Anfangsstromwert
entsprechend eins zu eins zu jeder Rechteckspannung
und dadurch ist die Identifikation der Rechteckspan
nung möglich.
Im Fall von Rechteckspannungen als Eingabesignal mit
unterschiedlichen Intensitäten mit den Wellenformen
entsprechend Fig. 10B liefert das Element bei Verwen
dung von Impulslicht oder Stufenspannungen bei der
gleichen Bedingung als Lesesignale Stromantwortaus
gangssignale mit einem Anfangsstromwert entsprechend
eins zu eins zu jeder Rechteckspannung und dann ist
die Identifizierung der Rechteckwellenform möglich.
Durch Anlegen einer zu der Richtung des inneren elek
trischen Feldes in der Heterokontaktfläche umgekehr
ten Spannung, um den in der Heterokontaktfläche ge
speicherten Träger zu löschen, ist ein Löschen des
Speichers möglich. Durch Anwendung dieser Eigenschaft
kann ein überschreibbarer Speicher realisiert werden.
In Fig. 11A ist eine Schaltung dargestellt, die ein
organisches Operationselement in Übereinstimmung mit
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt, wobei das Element für eine Differen
tialoperation verwendet wird. Das organische Opera
tionselement 16 weist den gleichen Aufbau auf, wie er
in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist,
und das Bezugszeichen 17 stellt einen Widerstand dar.
Im folgenden wird als Mittel zur Darstellung der
transienten Antwort dieses Kreises eine Laplacetrans
formation verwendet. Die transiente Stromantwort auf
eine Stufenvorspannung vom organischen Operationsele
ment 16 wird geschrieben als
i(s) = i(0) Γ(1 - a) sa
wobei Γ(1-a) eine Gammafunktion darstellt.
Wenn der Widerstandswert R des Widerstandes 17 in der
Schaltung dieses Beispiels ausreichend klein ist,
kann die Ausgangsspannung Vout(s) als Antwort auf die
Eingangsspannung Vin(s) geschrieben werden als
Vout(s) = i(0)Γ(1 - a)Rsa/{i(0)Γ(1 - a)Rsa + 1}Vin(s) ∼ i(0)Γ(1 - a)RsaVin(s)
Durch inverse Laplacetransformation kann die Aus
gangsspannung Vout(t) als Antwort auf die Eingangs
spannung Vin(t) geschrieben werden als
Es kann daher gesehen werden, daß die Ausgangsspan
nung in Form einer Differentialoperation dargestellt
ist mit einer nichtintegralen a-Reihe (a-Rang) in
bezug auf die Zeit der Eingangsspannung.
In ähnlicher Weise ist in Fig. 11B eine Schaltung
dargestellt, die ein anderes Beispiel für eine Diffe
rentialoperation zeigt. In dieser Schaltung hat das
organische Operationselement 16 den gleichen Aufbau
wie das Element nach Ausführungsbeispiel 1 und das
Bezugszeichen 18 stellt einen Kondensator dar. Wenn
die Kapazität C des Kondensators 18 ausreichend klein
ist, kann die Ausgangsspannungszeitantwort V′out(t)
als Antwort auf die Eingangsspannung V′in(t) geschrie
ben werden als
Somit kann gesehen werden, daß die Ausgangsspannung
in Form einer Differentialoperation mit einer nicht
integralen (1-a) Reihe ((1-a) Rang, (1-a) rank)) in
bezug auf die Zeit der Eingangsspannung dargestellt
ist. Auf der Grundlage dieser Eigenschaften der
Schaltung ist durch Steuern des Exponenten a über die
Intensität, Wellenlänge und den Zeitverlauf der ein
fallenden Lichtimpulse die Differentialoperation mit
nichtintegralen verschiedenen Reihen in bezug auf die
Zeit eines zeitveränderlichen Spannungssignals mög
lich.
Fig. 12A ist eine Schaltung, die ein organisches Ope
rationselement entsprechend einem vierten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, in
dem das Element zur Durchführung einer Integrations
operation dient. Das organische Operationselement 16
ist entsprechend dem des Ausführungsbeispiels 1 auf
gebaut und das Bezugszeichen 18 stellt einen Konden
sator dar. Im folgenden wird als Mittel zur Darstel
lung der transienten Antwort dieser Schaltung die
Laplacetransformation wie im oben erwähnten Beispiel
verwendet. Die transiente Stromantwort auf eine Stu
fenvorspannung des organischen Operationselementes
kann geschrieben werden als
i(s) = i(0)Γ(1 - a)sa
Wenn die Kapazität C des Kondensators 18 in der
Schaltung dieses Beispiels ausreichend groß ist, kann
die Ausgangsspannung Vout(s) als Antwort auf die Ein
gangsspannung Vin(s) geschrieben werden als
Vout(s) = i(0)Γ(1 - a)sa-1/(i(0)Γ(1 - a)Sa-1 + C)Vin(s) ∼ i(0)Γ(1 - a)/Csa-1Vin(s)
Bei inverser Laplacetransformation kann die Ausgangs
spannungszeitantwort Vout(t) als Antwort auf die Ein
gangsspannung Vin(t) geschrieben werden als
Es kann daher gesehen werden, daß die Ausgangsspan
nung in Form einer Integrationsoperation mit einer
nichtintegralen (1-a) Reihe in bezug auf die Zeit der
Eingangsspannung dargestellt ist.
In ähnlicher Weise stellt die Schaltung nach Fig. 12B
ein anderes Beispiel für eine Integrationsoperation
dar, wobei in dieser Schaltung das organische Opera
tionselement 16 den gleichen Aufbau wie das Element
nach dem Ausführungsbeispiel 1 aufweist und das Be
zugszeichen 17 einen Widerstand darstellt. Wenn der
Widerstandswert R groß genug ist, kann die Ausgangs
spannungszeitantwort V′out(t) als Antwort auf die Ein
gangsspannung V′in(t) geschrieben werden als
Es kann daher gesehen werden, daß die Ausgangsspan
nung in Form einer Integrationsoperation mit einer
nichtintegralen a-Reihe in bezug auf die Zeit der
Ausgangsspannung dargestellt ist. Auf der Grundlage
dieser Eigenschaft der Schaltung ist durch Steuern
des Exponenten a über die Intensität, die Wellenlänge
und den Zeitverlauf der einfallenden Lichtimpulse die
Integrationsoperation mit nichtintegralen unter
schiedlichen Reihen in bezug auf die Zeit des zeit
veränderlichen Spannungssignals möglich.
In Fig. 13 ist ein schematischen Querschnitt darge
stellt, der den Aufbau eines funktionalen Kunststoff
elementes oder eines organischen Speicherelementes
nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegen
den Erfindung zeigt. Im Falle des Elementenaufbaus
nach dem Ausführungsbeispiel 1 wird als Oxidations
reduktionsmaterial-Membran eine Zweischichtenmembran
verwendet, die eine Schicht von neun laminierten mo
nomolekularen Membranen aus RuHP(ph)₂ (die ersten
Molekularmembran 12) und eine Schicht von zehn lami
nierten DNI Molekularmembranen (die zweite Molekular
membran 13) aufweist. Dagegen wird in diesem Beispiel
das LB-Verfahren angewandt, um die Dicke der Membran
in der monomolekularen Einheit zu steuern, das heißt,
RuHP(ph)₂ Molekularmembranen und DNI Molekularmembra
ne sind abwechselnd laminiert, um eine Mehrschicht
membran zu bilden, die eine erhöhte Anzahl von Hete
rokontaktflächen umfaßt und einen verbesserten Trä
gererzeugungswirkungsgrad pro Flächeneinheit liefert.
Die Erholungszeit der Träger ist durch Änderung der
Dicke der Molekularmembran steuerbar, wodurch die
Empfindlichkeit auf das zeitveränderliche Signal des
Lichts oder der angelegten Spannung und die Speicher
kapazität verbessert werden kann.
In Fig. 14 ist ein schematischen Querschnitt darge
stellt, der den Aufbau eines organischen Operations
elementes in Übereinstimmung mit einem anderen Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In
der Figur besteht die untere Elektrode 11 aus einem
leitenden Material, typischerweise Metall, die erste
Molekularmembran 12 aus einem Oxidationsreduktions
potential ist auf der unteren Elektrode 11 ausgebil
det, eine Source-Elektrode 19 besteht aus leitendem
Material, typischerweise Metall, und ist auf der er
sten Molekularmembran 12 geformt und teilweise in ihr
verankert, eine Drain-Elektrode 20 aus leitendem Ma
terial, typischerweise Metall, ist auf der ersten
Molekularmembran 12 ausgebildet und teilweise in ihr
verankert, die zweite Molekularmembran 13 mit einem
zu dem der ersten Molekularmembran 12 unterschiedli
chen Oxidationsreduktionspotential ist auf der ersten
Molekularmembran 12, der Source-Elektrode 19 und der
Drain-Elektrode 20 ausgebildet, die transparente obe
re Elektrode 14 besteht typischerweise beispielsweise
aus einer halbtransparenten Aluminiummembran mit ei
ner Dicke von 10 nm oder aus einer transparenten ITO
(Indium-Zinnoxid)-Membran und ist auf der zweiten
Molekularmembran 13 geformt, und Licht 15 wird auf
die erste Molekularmembran 12 und die zweite Moleku
larmembran 13 durch die transparente obere Elektrode
von einer äußeren Lichtquelle (nicht dargestellt)
gestrahlt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Elementes nach
Fig. 14 wird im folgenden beschrieben.
Es wird beispielsweise mit einem Vakuumverdampfungs
verfahren eine Membran aus verdampftem Aluminium mit
einer Dicke von 100 nm auf einem Substrat als untere
Elektrode 11 geformt und darauf werden beispielsweise
mit dem Langmuir-Blodgett-Verfahren (im folgenden als
LB-Verfahren bezeichnet) neun Schichten des Hemato
porphyrin(IX)-bis(Tridecanoylether)Ru(P(OCH₃)₃)₂Br (im
folgenden als RuHP(ph)₂ bezeichnet) ausgebildet oder
es wird mit dem Vakuumverdampfungsverfahren eine
RuHP(ph)₂ Mehrschichtmembran mit einer Dicke von
20 nm geformt oder es wird mit dem organischen
ICB-Verfahren eine RuHP(ph)₂ Mehrschichtmembran mit einer
Dicke von 20 nm als erste Molekularmembran 12 herge
stellt.
Dann wird die erste Molekularmembran 12 teilweise
weggeätzt in einer Tiefe von 10 nm, um die Source-Elek
trode 19 und die Drain-Elektrode 20 als Membran aus
verdampftem Aluminium herzustellen. Auf die erste
Molekularmembran 12, die Source-Elektrode 19 und die
Drain-Elektrode 20 werden beispielsweise zehn Schich
ten von 7,8-Dimethyl-3,10-Dinonylisoalloxazin (im
folgenden als DNI bezeichnet) mit dem LB-Verfahren
laminiert oder DNI wird mit einer Dicke von 20 nm mit
dem Vakuumverdampfungsverfahren laminiert oder DNI
mit einer Dicke von 20 nm wird mit dem organischen
ICB-Verfahren laminiert und dies bildet die zweite
Molekularmembran 13 mit einem zu dem der ersten Mole
kularmembran 12 unterschiedlichen Oxidationsreduk
tionspotential. Dann wird auf die zweite Molekular
membran 13 eine Aluminiummembran mit einer Dicke von
10 nm als obere Elektrode mit dem Verdampfungsverfah
ren aufgebracht.
Die Wirkungsweise des Elementes nach Fig. 14 wird im
folgenden beschrieben.
Durch Aufbringen einer Spannung zwischen der Source-
Elektrode 19 und der Drain-Elektrode 20 ist es mög
lich, das elektrische Feld parallel zu der Heteroflä
che zu steuern, um so die Trägererzeugung und die
Erholung zu steuern. Unter Verwendung von einfallen
dem Licht oder unter Verwendung von zwei Parametern
der elektrischen Felder, d. h. eines steht senkrecht
auf und das andere ist parallel zu der Heterofläche,
kann die transiente Anfangsstromantwort der Potenz
funktion und der Exponenten gesteuert werden.
Fig. 15A ist ein Blockschaltbild einer Schaltung ei
nes Chaossignalerzeugungselementes, das ein funktio
nales Kunststoffelement in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung ist und das als Teil eines
elektrischen Schaltkreises verwendet wird. In der
Figur wird das funktionale Kunststoffelement 32 in
der gleichen Weise wie das in den Ausführungsbeispie
len 1 bis 5 verwendete Element hergestellt und es hat
den gleichen Elementenaufbau wie in diesen Ausfüh
rungsbeispielen. Ein Eingang 31 stellt eine periodi
sche Eingangsspannung oder einen periodischen Licht
einfall auf das funktionale Kunststoffelement 32 dar
und in einigen Fällen gibt es keinen Eingang 31. Eine
elektrische Schaltung 30 besteht aus Widerstandsele
menten (R), Kondensatorelementen (C), Spulenelementen
(L) oder nichtlinearen Elementen wie Dioden oder ak
tiven Elementen wie Transistoren oder Operationsver
stärker und wegen der Rückkopplung durch das funktio
nale Kunststoffelement arbeitet der elektrische
Schaltkreis 30 als Oszillator. An einem Ausgang 33
werden Spannungsausgangssignale geliefert.
Die Funktionsweise des Chaossignalerzeugungselementes
nach Fig. 15A wird im folgenden beschrieben. Das
funktionale Kunststoffelement weist in bezug auf die
durch Fotoanregung erzeugten elektrischen Ladungen
die elektrische Leitfähigkeitseigenschaft auf, die
sich mit dem Exponenten des die Zeit widerspiegelnden
fraktalen Merkmals der Membranstruktur ändert. In
bezug auf die über die Elektrode anstelle der Fotoan
regung eingegebenen elektrischen Ladungen weist das
Element die gleiche elektrische Leitfähigkeitseigen
schaft auf. Wenn ein funktionales Kunststoffelement
mit dieser Art der Leitfähigkeitscharakteristik in dem
Rückkopplungszweig eines elektrischen Schaltkreises
eingesetzt ist, ist die Frequenz der von dem elektri
schen Schaltkreis erzeugten Schwingung zwischen drei
Arten abhängig von den Werten von LCR des Kreises
änderbar, nämlich konstante Frequenz, periodisch sich
änderende Frequenz oder chaotisch sich ändernde Fre
quenz. Im Falle der Schwingungen mit einer chaotisch
sich ändernden Frequenz werden Chaossignale abgegeben
und der Schaltkreis kann als Chaossignalerzeugungs
element betrieben werden. In Fig. 15B ist das Aus
gangssignal der Abszisse und ein Zeitdifferentialwert
der Ausgangsspannung ist der Ordinate zugeordnet und
die Werte werden intermittierend bei bestimmten Zeit
intervallen aufgezeichnet. Es kann gesehen werden,
daß das Ausgangssignal chaotisch ist.
Fig. 16 ist eine Darstellung eines Bildspeichersy
stems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, bei dem ein organisches Speicherelement
dieser Erfindung als Bildspeicherelement verwendet
wird. In der Figur ist das eingegebene Bild 24 ein
zweidimensionales Bild und eine CCD-Kamera 25 wandelt
die Information der zweidimensionalen Lichtintensität
in Zeitreihensignale um. Ein organisches Speicherele
ment 26 ist in der gleichen Weise hergestellt und hat
den gleichen Aufbau wie die in Zusammenhang mit den
Ausführungsbeispielen 1 bis 5 beschriebenen Elemente.
Die Funktionsweise des Bildspeichersystems nach Fig.
16 wird im folgenden beschrieben. Die CCD-Kamera 25
wandelt die zweidimensionalen Lichtinformationen des
eingegebenen Bildes 24 in eindimensionale elektrische
Zeitreihensignale um. Die elektrischen Signale werden
dem organischen Speicherelement für ihre Speicherung
zugeführt und dann werden Ausgangsströme entsprechend
den elektrischen Zeitreihensignalen unter Verwendung
von Lichtimpulsen oder Stufenspannungen als Auslese
signale ausgelesen. Dabei kann das eingegebene Bild
24 gespeichert und ausgelesen werden. Der Speicher
des Eingangsbildes 24 ist durch Aufbringen einer Vor
spannung löschbar. Somit wird das System als wieder
einschreibbarer oder überschreibbarer zweidimensiona
ler Bildspeicher verwendet.
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung eines Bild
verarbeitungssystems nach einem anderen Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung. In der Figur ist
das Eingabebild 24 ein zweidimensionales Bild und die
CCD-Kamera 25 wandelt die Information der zweidimen
sionalen Lichtintensität in zeitabhängiges serielles
Signal um. Ein Schaltkreis 27 wird in der gleichen
Weise wie in dem Ausführungsbeispiel 3 betrieben und
das Bezugszeichen 28 stellt eine Bildausgabeeinheit
dar.
Die Funktionsweise des Bildverarbeitungssystems nach
Fig. 17 wird im folgenden beschrieben. Die zweidimen
sionale Lichtinformation des Eingabebildes 24 wird in
eindimensionale elektrische zeitabhängige serielle
Signale über die CCD-Kamera 25 umgewandelt. Durch
nichtintegrale Differenzierung der elektrischen se
riellen Signale wird das einfache Bild in ein reales
Bild umgewandelt und das reale Bild wird als Ausgang
der Bildausgabeeinheit 28 hergeleitet.
Fig. 18A ist ein Schaltbild eines organischen Opera
tionselementes, bei dem das Element als nichtintegra
le Reihen-Differentialoperation nach einem anderen
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbei
tet. In der Figur stellt das Bezugszeichen 16 ein
organisches Operationselement mit dem gleichen Aufbau
wie der des Elementes des Ausführungsbeispiels 1 dar
und das Bezugszeichen 28 ist ein RC-Differenzierkreis
mit n Paaren, wobei jedes Paar aus einem Widerstand R
und einem Kondensator C besteht, und das Bezugszei
chen 17 stellt einen Widerstand dar. Im folgenden
wird die Laplacetransformation für die Darstellung
der transienten Antwort dieses Kreises verwendet. Die
transiente Stromantwort auf die Stufenvorspannung des
in dem Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Elementes
kann geschrieben werden als
i(s) = i(0)Γ(1 - a)sa
Wenn der Widerstandswert R in dem Kreis dieses Aus
führungsbeispiels ausreichend klein ist, kann die
Ausgangsspannung Vout(s) als Antwort auf die Eingangs
spannung Vin(s) geschrieben werden als
V′out(s) = i(0)Γ(1 - a)Rsa/(i(0)Γ(1 - a)Rsa + 1)s-nVin(s) ∼ i(0)Γ(1-a)RsaVin(s)
Durch inverse Laplacetransformation kann die Aus
gangsspannungszeitantwort Vout(t) als Antwort auf die
Eingangsspannung Vin(t) geschrieben werden als
Es ist zu erkennen, daß die Ausgangsspannung ein Er
gebnis einer Differentialoperation mit einer nicht in
tegralen (a+n) Reihe in bezug auf die Zeit der Ein
gangsspannung ist.
In ähnlicher Weise ist Fig. 18B einen Schaltungsdar
stellung für eine Differentialoperation mit Reihen
unendlicher realer Zahlen. In der Figur stellt das
Bezugszeichen 16 ein organisches Operationselement
mit dem gleichen Aufbau wie dasjenige des ersten Aus
führungsbeispiels dar, das Bezugszeichen 28 ist ein
RC-Differentialkreis mit n RC-Paaren und 18 stellt
einen Kondensator dar. Wenn die Kapazität C ausrei
chend klein ist, kann die Ausgangsspannungszeitant
wort V′out(t) als Antwort auf die Eingangsspannung V′in(t)
geschrieben werden als
Es kann gesehen werden, daß die Ausgangsspannung ein
Ergebnis einer Differentialoperation mit nichtinte
graler (1-a+n) Reihe (Rang) in bezug auf die Zeit der
Eingangsspannung ist. Basierend auf derartigen Schal
tungseigenschaften wird der Exponent a durch Änderung
der Intensität, der Wellenlänge und des Zeitverlaufs
der einfallenden Lichtimpulse gesteuert und dann kann
der Kreis für Differentialoperation mit Reihen unend
licher realer Zahlen in bezug auf die Zeit des zeit
veränderlichen Spannungssignals verwendet werden.
Fig. 19A ist ein Schaltbild eines organischen Opera
tionselementes, bei dem das Element für eine Integra
tionsoperation mit einer Reihe (einem Rang) unendli
cher realer Zahlen nach einem weiteren Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In der Figur stellt das Bezugszeichen 16 ein organi
sches Operationselement mit dem gleichen Aufbau wie
in bezug auf Ausführungsbeispiel 1 beschrieben dar,
das Bezugszeichen 18 stellt einen Kondensator und das
Bezugszeichen 29 stellt einen RC-Integrationskreis
dar, der n Paare aus Widerstand R und Kondensator C
umfaßt. Es wird im folgenden die Laplacetransforma
tion als Mittel zur Darstellung der transienten Ant
wort dieses Kreises in der gleichen Weise wie in den
Ausführungsbeispielen 3 und 5 verwendet. Die tran
siente Stromantwort auf die Stufenvorspannung des
Elementes in dem Ausführungsbeispiel 1 wird gegeben
durch
i(s) = i(0)Γ(1 - a)sa
Wenn die Kapazität C des Kondensators 18 in dem Kreis
dieses Beispiels ausreichend groß ist, kann die Aus
gangsspannung Vout(s) als Antwort auf die Eingangs
spannung Vin(s) geschrieben werden als
Vout(s) = i(0)Γ(1 - a)sa-1/(i(0)Γ(1 - a)sa-1 + C)snVin(s) ∼ i(0)Γ(1-a)/Csa+n-1Vin(s)
Durch inverse Laplacetransformation kann die Aus
gangsspannungszeitantwort Vout(t) als Antwort auf die
Eingangsspannung Vin(t) geschrieben werden als
Es kann gesehen werden, daß die Ausgangsspannung eine
Integrationsoperation mit einer nichtintegralen
(1-a+n) Reihe darstellt, die die Zeit der Eingangs
spannung enthält.
In ähnlicher Weise ist die Fig. 19B ein Schaltbild
für eine Integrationsoperation mit einer Reihe unend
licher realer Zahlen. In der Figur ist das Bezugszei
chen 16 ein organisches Operationselement mit dem
gleichen Aufbau, wie in dem Ausführungsbeispiel 1 be
schrieben wurde, das Bezugszeichen 29 stellt einen
RC-Integrationskreis mit n-Paaren eines Widerstands R
und eines Kondensators C dar und Bezugszeichen 17 ist
ein Widerstand. Wenn der Widerstandswert R ausrei
chend groß ist, kann die Ausgangsspannungszeitantwort
V′out(t) als Antwort auf die Eingangsspannung V′in(t)
geschrieben werden als
Es kann erkannt werden, daß das Ausgangssignal das
Ergebnis einer Integrationsoperation mit nichtinte
graler (a+n) Reihe in bezug auf die Zeit der Ein
gangsspannung ist. Basierend auf einer solchen
Schaltkreiseigenschaft wird der Exponent a durch Än
derung der Intensität, der Wellenlänge und des Zeit
verlaufs der einfallenden Lichtimpulse gesteuert,
wodurch der Schaltkreis für Integrationsoperationen
mit einer Reihe unendlicher realer Zahlen in bezug
auf die Zeit der zeitveränderlichen Spannung verwen
det werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
RuHP(ph)₂ als erstes Oxidationsreduktionsmaterial
verwendet, allerdings ist es auch möglich, andere
Substanzen zu verwenden, wie beispielsweise 7,12-
bis(1-oxitridecylethyl)-3,8,13,17-tetramethyl-2,18-
bis(2-methoxycarbonylethyl)21H, 23H-porphin, 7,12-
bis(1-(oxitridecylethyl)-3,8,13,17-tetramethyl-2,18-
bis(2-methoxycarbonylethyl)-porphinatrutheniumcarbo
nyl, 7,12-bis(1-(oxytridecylethyl)-3,8,13,17-tetrame
thyl-2,18-bis(2-methoxycarbonylethyl)porphinatruthe
nium(II)pyrizincarbonyl, 7,12-bis(1-(oxytridecyl)et
hyl)-8,13,17-tetramethyl-2,18-bis(2-methoxycarbony
lethyl)porphinatruthenium(II)-bis(phosphortrimethyl),
7,12-bis(1-(oxytridecylethyl)-3,8,13,17-tetramethyl-
2,18-bis(2-carboxyethyl)porphinateisen(III)monochlo
rid, 7,12-bis(5-(4′-n-pentylphenyl)-(1-n-penty
oxy))ethyl-3,8,13,17-tetramethyl-2,18-bis(2-carboxy
ethyl)-porphinatbrom-bis(trimethoxyphosphin)-ruthe
nium(III) und diese Substanzen haben die gleichen
Leistungsfähigkeiten und Funktionsweisen.
Als zweites Oxidationsreduktionsmaterial ist DNI als
Beispiel beschrieben, allerdings ist es auch möglich,
andere Substanzen zu verwenden, wie zum Beispiel 7,8-
dimethyl-3,10-dinonylisoalloxazin-8a-yl)thioacetat,
7,8-dimethyl-3,10-dinonylisoalloxazin-8a-yl)thiosucci
nat, 7,8-dimethyl-10-octadecylisoalloxazin, und diese
Substanzen weisen die gleiche Leistungsfähigkeit und
Funktionsweise auf.
Die vorliegende Erfindung ist so aufgebaut wie oben
beschrieben wurde und weist den im folgenden be
schriebenen Nutzen auf.
Ein funktionelles Kunststoffelement nach einem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine erste
Membran aus einem ersten Oxidationsreduktionsmateri
al, eine zweite Membran aus einem zweiten Oxidations
reduktionsmaterial, das ein zu dem Oxidationsreduk
tionspotential des ersten Oxidationsreduktionsmateri
als unterschiedliches Oxidationsreduktionspotential
aufweist und in Kontakt mit der ersten Membran, eine
erste mit der ersten Membran verbundene Elektrode und
eine zweite mit der zweiten Membran verbundene Elek
trode, wobei die beiden Membranen zwischen der ersten
und zweiten Elektrode liegen und wobei auf der Grund
lage der Differenz zwischen dem ersten und dem zwei
ten Oxidationsreduktionspotential der Elektronenzu
stand in dem ersten oder zweiten Oxidationsreduk
tionsmaterial durch mindestens eine Lichtbestrahlung
oder eine Spannungsanlegung gesteuert wird und die
Erzeugungs- und Erholungsprozesse der Träger bzw. der
geladenen Teilchen werden gesteuert. Dabei wird der
Elektronenzustand in der ersten oder der zweiten Mem
bran gesteuert (moduliert) und der geänderte Zustand
wird für einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten.
Um die Träger oder geladenen Teilchen zu dotieren,
wird der durch Licht oder Spannung steuerbare inter
molekulare Elektronentransfer verwendet und eine mo
nomolekulare Membran angewandt, wodurch eine Minimie
rung der Elementenabmessung möglich ist und ein
Element mit hoher Dichte und hoher Operationsge
schwindigkeit zur Verfügung gestellt werden kann.
Ein organisches Speicherelement in Übereinstimmung
mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
umfaßt eine erste Membran aus einem ersten Oxida
tionsreduktionsmaterial, eine zweite Membran aus ei
nem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial, das ein zu
dem des ersten Oxidationsreduktionsmaterial unter
schiedliches Oxidationsreduktionspotential aufweist,
wobei die zweite Membran in Kontakt mit der ersten
Membran ist, eine mit der ersten Membran verbundene
erste Elektrode und eine mit der zweiten Membran ver
bundenen zweiten Elektrode, wobei die beiden Membra
nen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode
schichtweise angeordnet sind und wobei auf der
Grundlage des Unterschiedes der Oxidationsreduktions
potentiale zwischen dem ersten und dem zweiten Oxida
tionsreduktionsmaterial der Elektronenzustand in dem
ersten oder dem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial
durch Lichtbestrahlung und/oder Spannungsanlegung
gesteuert wird, wodurch Zeitänderungssignale des ein
fallenden Lichts oder der eingegebenen Spannung ge
speichert werden und wobei ein Lichtimpuls oder eine
Stufenspannung zum Auslesen der Signale verwendet
wird. Dabei werden die Erzeugungs- und Erholungspro
zesse der Träger gesteuert und der Elektronenzustand
in der ersten oder der zweiten Membran geändert und
die einfallende Lichtinformation oder die Information
der angelegten Spannung wird gespeichert.
Durch Steuern der Wellenlänge oder der Intensität des
bestrahlenden Lichts oder durch Steuern der zwischen
den Elektroden angelegten Spannung und die Erzeugung
und Erholung der Träger oder geladenen Teilchen wird
gesteuert, das heißt, der Elektronenzustand in der
ersten oder zweiten Membran wird gesteuert und
gleichfalls wird die Speicherkapazität für ein Ein
gabeinformationen gesteuert.
Durch Anlegen von Spannung wird das in der ersten
oder zweiten Membran gespeicherte geladene Teilchen
gelöscht, das heißt, die Eingabeinformation wird ge
löscht und somit ist ein Überschreiben und ein wie
derholtes Schreiben und Lesen von Informationen mög
lich.
Durch Vorsehen einer Source-Elektrode und einer davon
entfernt liegenden Drain-Elektrode in der Ebene der
Kontaktfläche zwischen der ersten und zweiten Membran
und durch Anlegen einer Spannung zwischen der Source-
Elektrode und der Drain-Elektrode zur Steuerung des
Elektronenzustands in dem ersten oder dem zweiten
Oxidationsreduktionsmaterial kann eine große Menge an
einfallenden Lichtinformationen und Informationen von
angelegten Spannungen gespeichert werden und die
Speicherkapazität kann maximiert werden.
Ein organisches Speicherelement in Übereinstimmung
mit dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
umfaßt eine erste Membran aus einem ersten Oxida
tionsreduktionsmaterial, eine zweite Membran aus ei
nem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial, das ein zu
dem des ersten Oxidationsreduktionsmaterials unter
schiedliches Oxidationsreduktionspotential aufweist,
wobei die zweite Membran in Kontakt mit der ersten
Membran ist, eine mit der ersten Membran verbundene
erste Elektrode, eine mit der zweiten Membran verbun
dene zweite Elektrode, wobei die erste und zweite
Membran zwischen der zweiten und der ersten Elektrode
geschichtet sind und wobei auf der Grundlage der Dif
ferenz der Potentiale zwischen dem ersten und zweiten
Oxidationsreduktionsmaterial der Elektronenzustand in
dem ersten oder zweiten Oxidationsreduktionsmaterial
durch Lichtbestrahlung und/oder Spannungsanwendung
gesteuert wird und nach der Lichtbestrahlung oder
Spannungsanwendung wird der Eingang des Zeitände
rungsspannungssignals zugeführt, um ein Ausgangssi
gnal der sich auf die Zeit beziehenden Operation vor
zusehen. Dabei werden die Erzeugungs- und Relaxa
tionsprozesse der geladenen Teilchen gesteuert und
der Elektronenzustand in der ersten oder zweiten Mem
bran wird geändert, um das Element mit der Fähigkeit
einer Operationsfunktion als Antwort auf die Ein
gangsspannung zu versehen.
Durch Steuern der Wellenlänge oder Intensität des
bestrahlenden Lichts oder durch Steuern der zwischen
den Elektroden angelegten Spannung können die Erzeu
gungs- und Erholungsprozesse der geladenen Teilchen
leicht gesteuert werden, das heißt, der Elektronenzu
stand in der ersten oder zweiten Membran wird gesteu
ert und somit wird die Operationsfunktion gesteuert.
Durch Steuern der Bespannung wird der in der ersten
oder zweiten Membran gespeicherte Träger (geladenes
Teilchen) gelöscht, das heißt, die eingegebene Funk
tion wird gelöscht und somit ist ein mehrfaches Über
schreiben von Operationen möglich.
Eine Source-Elektrode und eine davon entfernt liegen
de Drain-Elektrode sind der Ebene der Kontaktfläche
zwischen der ersten und zweiten Membran vorgesehen
und durch Anlegen einer Spannung an die Source- und
Drain-Elektrode wird der Elektronenzustand in dem
ersten oder dem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial
gesteuert und die Operationsfunktion wird verbessert.
Beispielsweise sind Differentialoperationen und Inte
graloperationen mit nichtintegralem Rang und ver
schiedene Operationen, wie Differential- und Inte
graloperationen mit dem Rang unendlicher realer Zah
len möglich.
In den Fällen des oben erwähnten organischen Spei
cherelementes und des organischen Operationselementes
kann durch Laminieren einer Vielzahl von Schichten
der ersten Membran und der zweiten Membran abwech
selnd zur Bildung einer Vielzahl von Heterokontakt
flächen die Speicherkapazität für das Speicherelement
erhöht werden und die Operationsfunktion für ein Ope
rationselement verbessert werden.
Durch Verwenden des Langmuir-Blodgett-Verfahrens zur
Bildung der oben erwähnten Membran aus Oxidationsre
duktionsmaterial kann die Dicke der Oxidationsreduk
tionsmembran in monomolekulare Membraneinheiten ge
steuert werden, um ein organisches Speicherelement
und ein organisches Operationselement mit verbesser
ter Funktion zur Verfügung zu stellen.
Durch Anwenden des organischen ICB-Verfahrens oder
des Vakuumverdampfungsverfahrens zur Bildung der Oxi
dationsreduktionsmaterialmembran, ist eine genaue
Verarbeitbarkeit des Elementes möglich, wodurch ein
resultierendes organisches Speicherelement und ein
organisches Operationselement mit hoher Integration
vorgesehen werden können.
Ein Differenzier- und Integrierkreis im Rang unendli
cher realer Zahlen in Übereinstimmung mit dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das oben
erwähnte Operationselement und einen RC-Kreis und der
Elektronenzustand in dem ersten oder dem zweiten Oxi
dationsreduktionsmaterial wird durch Lichtbestrahlung
und/oder Spannungsanlegung gespeichert, worauf ein
zeitveränderliches Spannungseingangssignal zugeführt
wird und somit sieht der Kreis Ausgangssignale der
Differential- oder Integraloperation mit die Zeit
einbeziehendem Rang unendlicher realer Zahlen.
Ein Element zur Erzeugung eines Chaossignals in Über
einstimmung mit dem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfaßt das oben erwähnte organische Spei
cherelement oder das organische Operationselement als
einen Teil und durch Lichtbestrahlung oder Anlegung
von Spannung werden die Erzeugung und Unterdrückung
von Chaossignalen gesteuert.
Ein Informationsverarbeitungssystem in Übereinstim
mung mit dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfin
dung verwendet von dem oben erwähnten Chaoselement
erzeugte Chaossignale und das System ist mit einer
Informationssortierfunktion, Speicherfunktion oder
Schaltfunktion versehen.
Ein Bildspeicherelement in Übereinstimmung mit dem
siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet
die Eingabe von aus der Bildinformationen umgewandel
ten eindimensionalen zeitveränderlichen Lichtimpulsen
oder Spannungsimpulsen, wobei die Eingabe unter
schiedlich zu dem Fall des oben erwähnten organischen
Speicherelementes ist und somit ist eine Bildspei
cher-, Bildidentifikations- und Bildinformationsver
arbeitung möglich.
Claims (19)
1. Funktionselement aus Kunststoff mit
einer ersten Membran (12) aus einem ersten Oxi dationsreduktionsmaterial,
einer zweiten Membran (13) aus einem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial, das ein zu dem Oxidationsreduktionspotential der ersten Membran (12) unterschiedliches Oxidationsreduktionspo tential aufweist und das in Kontakt mit der er sten Membran (12) steht,
einer ersten Elektrode (11), die mit der ersten Membran (12) verbunden ist, und
einer zweiten Elektrode (14) die mit der zweiten Membran (13) verbunden ist, wobei die erste und zweite Membran zwischen der ersten und zweiten Elektrode (11, 14) geschichtet angeordnet sind, und
wobei basierend auf der Differenz der Oxida tionsreduktionspotentiale des ersten und zweiten Oxidationsreduktionsmaterials der Elektronenzu stand in mindestens einem der Oxidationsreduk tionsmaterialien durch Lichtbestrahlung und/oder Spannungsanlegung gesteuert wird.
einer ersten Membran (12) aus einem ersten Oxi dationsreduktionsmaterial,
einer zweiten Membran (13) aus einem zweiten Oxidationsreduktionsmaterial, das ein zu dem Oxidationsreduktionspotential der ersten Membran (12) unterschiedliches Oxidationsreduktionspo tential aufweist und das in Kontakt mit der er sten Membran (12) steht,
einer ersten Elektrode (11), die mit der ersten Membran (12) verbunden ist, und
einer zweiten Elektrode (14) die mit der zweiten Membran (13) verbunden ist, wobei die erste und zweite Membran zwischen der ersten und zweiten Elektrode (11, 14) geschichtet angeordnet sind, und
wobei basierend auf der Differenz der Oxida tionsreduktionspotentiale des ersten und zweiten Oxidationsreduktionsmaterials der Elektronenzu stand in mindestens einem der Oxidationsreduk tionsmaterialien durch Lichtbestrahlung und/oder Spannungsanlegung gesteuert wird.
2. Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß es ein organisches Speicher
element ist, das ein zeitveränderliches Signal
eines eingegebenen Lichts oder einer Eingabe
spannung durch Steuern des Elektronenzustands in
dem ersten oder zweiten Oxidationsreduktionsma
terial speichert und einen Lichtimpuls und/oder
eine Stufenspannung als Ausgangssignal verwen
det.
3. Funktionselement nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem organischen Speicher
element der Elektronenzustand des ersten und
zweiten Oxidationsreduktionsmaterials gesteuert
wird, um die Speicherkapazität von Eingabeinfor
mationen durch Steuern der Wellenlänge und/oder
der Intensität des bestrahlenden Lichts oder des
angelegten Spannungswertes zu steuern.
4. Funktionselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem organischen Speicher
element die Eingabeinformationen durch die Span
nungsanlegung gelöscht wird, um ein wiederholtes
Einschreiben und Auslesen von Eingabeinformatio
nen durchzuführen.
5. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Speicherelement eine Source- und eine
Drain-Elektrode (19, 20) getrennt voneinander in
der Ebene der Kontaktfläche zwischen dem ersten
und zweiten Oxidationsreduktionsmaterial ange
ordnet sind und daß zur Steuerung des Elektro
nenzustandes mindestens in einem der Oxidations
reduktionsmaterialien eine Spannung zwischen der
Source-Elektrode und der Drain-Elektrode ange
legt wird.
6. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Speicherelement eine Vielzahl von ersten
Membranen (12) und zweiten Membranen (13) ab
wechselnd geschichtet sind.
7. Funktionselement nach einem der Ansprüche 2 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Speicherelement die Membran aus Oxida
tionsreduktionsmaterial eine monomolekulare Mem
bran oder eine molekulare, durch das Langmuir-
Blodgett-Verfahren hergestellte laminierte Mem
bran ist.
8. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Speicherelement die Membran aus Oxida
tionsreduktionsmaterial eine monomolekulare Mem
bran oder eine monomolekulare laminierte Membran
ist, die durch ein Vakuumverdampfungsverfahren
oder ein organisches ICB-Verfahren hergestellt
ist.
9. Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß es ein organisches Operations
element zur Durchführung einer Operation in be
zug auf die Zeit durch Eingabe eines zeitverän
derlichen Spannungssignals nach dem Steuern min
destens eines der beiden Oxidationsreduktions
materialien ist, um den geänderten Zustand für
einen bestimmten Zeitraum zu halten.
10. Funktionselement nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem organischen Operations
element die Operationsfunktion durch Steuern
mindestens der Wellenlänge, der Intensität des
bestrahlenden Lichts oder der angelegten Span
nung gesteuert wird, um den Elektronenzustand in
mindestens einem der Oxidationsreduktionsmate
rialien zu steuern.
11. Funktionselement nach Anspruch 9 oder 10, da
durch gekennzeichnet, daß in dem organischen
Operationselement die Eingangs-Ausgangsbeziehung
der Operation durch die angelegte Spannung ge
löscht wird, um auf Eingangssignale antwortende
Ausgangssignale wiederholt vorzusehen.
12. Funktionselement nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Funktionselement eine Source- und eine
Drain-Elektrode (19, 20) entfernt voneinander in
der Ebene der Kontaktfläche zwischen den Membra
nen (12, 13) des ersten und zweiten Oxidations
reduktionsmaterials vorgesehen sind, und daß zur
Steuerung des Elektronenzustandes mindestens in
einem der Oxidationsreduktionsmaterialien eine
Spannung zwischen der Source-Elektrode und der
Drain-Elektrode angelegt wird.
13. Funktionselement nach einem der Ansprüche 9 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Operationselement eine Vielzahl von ersten
Membranen und zweiten Membranen abwechselnd ge
schichtet sind.
14. Funktionselement nach einem der Ansprüche 9 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Operationselement die Membran aus Oxida
tionsreduktionsmaterial eine monomolekulare Mem
bran oder eine monomolekulare, durch das Lang
muir-Blodgett-Verfahren hergestellte laminierte
Membran ist.
15. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem organi
schen Operationselement die Membran aus Oxida
tionsreduktionsmaterial eine monomolekulare Mem
bran oder eine monomolekulare, durch das Vakuum
verdampfungsverfahren oder ein organisches
ICB-Verfahren hergestellte laminierte Membran ist.
16. Funktionselement nach einem der Ansprüche 9 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Differen
zier/Integrierkreis unendlicher realer Zahlen
ist, der das organische Operationselement und
eine RC-Schaltung aufweist, um durch Steuern
des Elektronenzustandes in mindestens einem der
Oxidationsreduktionsmaterialien mit Lichtbe
strahlung und/oder Spannungsanlegung und dann
durch Zuführen eines zeitveränderlichen Ein
gangsspannungssignals ein Ausgangssignal einer
Differential- oder Integraloperation einer un
endlichen Reihe realer Zahlen in bezug auf die
Zeit vorzusehen.
17. Funktionselement nach einem der Ansprüche 2 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Chaossi
gnalerzeugungselement ist, das das organische
Speicherelement als Teil eines elektrischen
Kreises umfaßt, wobei die Erzeugung und Unter
drückung des Chaossignals durch Lichtbestrahlung
und/oder Spannungsanlegung gesteuert wird.
18. Funktionselement nach Anspruch 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß es ein Informationsverarbei
tungssystem ist, das das Chaossignal-Erzeugungs
element verwendet und das die Fähigkeiten einer
Informationssuchfunktion, einer Speicherfunktion
und einer Schaltfunktion unter Verwendung des
Chaossignals aufweist.
19. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein das orga
nische Speicherelement verwendendes Bildspei
cherelement ist, wobei ein von einer Bildinfor
mation umgewandelter eindimensionaler zeitver
änderlicher Lichtimpuls oder ein eindimensiona
ler zeitverändernder Spannungsimpuls als Ein
gangssignal für das organische Speicherelement
verwendet wird.
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