DE4423782C2

DE4423782C2 - Funktionelles Kunststoffelement

Info

Publication number: DE4423782C2
Application number: DE4423782A
Authority: DE
Inventors: Satoru Isoda; Hiroaki Kawakubo; Satoshi Nishikawa; Kouichi Akiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2014-07-01
Also published as: US5883397A; DE4423782A1; JPH0722669A

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 leitenden 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.

Aus der US 4 902 555 ist ein Hybrid-Schaltelement bekannt, das eine zwischen zwei Elektroden angeord nete Doppelschicht aus organischen Materialien auf weist. Die einzelnen organischen Schichten haben ein unterschiedliches Redox-Potential. Die Potentialdif ferenz bewirkt eine Gleichrichtung.

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 Membranen 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 durchzuführen und darüber hinaus sind durch Kombinieren dieser Operationsschaltungen die Differential- und Integraloperationen mit dem Rang unendlicher reeller 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 reeller 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 reeller 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 Erindung,

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 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.

Ausführungsbeispiel 1

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 ein 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/cm²Impuls 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).

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 Teichen 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 beim 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 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.

Ausführungsbeispiel 2

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.

Ausführungsbeispiel 3

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 V_out(s) als Antwort auf die Eingangsspannung V_in(s) geschrieben werden als

V_out(s) = i(0)Γ(1-a)Rsa /{i(0)Γ(1-a)Rsa+1}V_in(s) ∼i(0)Γ(1-a)RsaV_in(s).

Durch inverse Laplacetransformation kann die Aus gangsspannung V_out(t) als Antwort auf die Eingangs spannung V_in(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 nich tintegralen (1-a) Reihe ((1-a) Rang)) 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.

Ausführungsbeispiel 4

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 V_out(s) als Antwort auf die Ein gangsspannung V_in(s) geschrieben werden als

V_out(s) = i(0)Γ(1-a)s^a-1 /(i(0)Γ(1-a) s^a-1+C)V_in(s) ∼i(0)Γ(1-a)/Cs^a-1V_in(s).

Bei inverser Laplacetransformation 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 (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 Eingangsspannung 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.

Ausführungsbeispiel 5

In Fig. 13 ist ein schematischer 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.

Ausführungsbeispiel 6

In Fig. 14 ist ein schematischer 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.

Ausführungsbeispiel 7

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.

Ausführungsbeispiel 8

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.

Ausführungsbeispiel 9

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 Bild einer groben Dichte in ein Bild hoher Dichte umgewandelt und das reale Bild wird als Ausgang der Bildausgabeeinheit 28 hergeleitet.

Ausführungsbeispiel 10

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 V_out(s) als Antwort auf die Eingangs spannung V_in(s) geschrieben werden als

V′_out(s) = i(0)Γ(1-a)Rsa /(i(0)Γ(1-a)Rsa+1)s^-nV_in(s) ∼i(0)Γ(1-a)RsaV_in(s).

Durch inverse Laplacetransformation kann die Aus gangsspannungszeitantwort V_out(t) als Antwort auf die Eingangsspannung V_in(t) geschrieben werden als

Es ist zu erkennen, daß die Ausgangsspannung ein Er gebnis einer Differentialoperation mit einer nichtin tegralen (a+n) Reihe in bezug auf die Zeit der Ein gangsspannung ist.

In ähnlicher Weise ist Fig. 18B eine Schaltungsdar stellung für ehe Differentialoperation mit Reihen unendlicher reeller 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 reeller Zahlen in bezug auf die Zeit des zeit veränderlichen Spannungssignals verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 11

Fig. 19A ist ein Schaltbild eines organischen Opera tionselementes, bei dem das Element für eine Integra tionsoperation mit einer Reihe (einem Rang) unendli cher reeller 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 V_out(s) als Antwort auf die Eingangs spannung V_in(s) geschrieben werden als

V_out(s) = i(0)Γ(1-a)s^a-1 /(i(0)Γ(1-a)s^a-1+C)sⁿV_in(s) ∼i(0)Γ(1-a)/Cs^a+n-1V_in(s).

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 reeller 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 reeller 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-8ayl thiosucci nat, 7,8-dimethyl-10-octadecylisoalloxazin, und diese Substanzen weisen die gleiche Leistungsfähigkeit und Funktionsweise auf.

Claims

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.

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 Auslesesignal 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 reeller Zahlen ist, der das organische Operationselement und einer 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 reeller 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.