EP4042495A1 - Elektronisches bauelement und verfahren zum betreiben eines elektronischen bauelements - Google Patents

Elektronisches bauelement und verfahren zum betreiben eines elektronischen bauelements

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Publication number
EP4042495A1
EP4042495A1 EP20785737.6A EP20785737A EP4042495A1 EP 4042495 A1 EP4042495 A1 EP 4042495A1 EP 20785737 A EP20785737 A EP 20785737A EP 4042495 A1 EP4042495 A1 EP 4042495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electronic component
electrodes
electrode
electrical
electrical connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20785737.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans KLEEMANN
Matteo Cucchi
Karl Leo
Veronika Scholz
Hsin Tseng
Alexander Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Publication of EP4042495A1 publication Critical patent/EP4042495A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/50—Bistable switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60—Capacitors
    • H10D1/68—Capacitors having no potential barriers
    • H10D1/692—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60—Capacitors
    • H10D1/68—Capacitors having no potential barriers
    • H10D1/682—Capacitors having no potential barriers having dielectrics comprising perovskite structures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
    • G06N3/063—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using electronic means
    • G06N3/065—Analogue means

Definitions

  • Various exemplary embodiments relate to an electronic component and a method for operating an electronic component.
  • Artificial neural networks are, for example, networks made up of artificial neurons. Artificial neural networks currently represent a basic building block of artificial intelligence. Such networks are characterized, for example, by a high level of interconnectivity between different network points, the artificial neurons. Furthermore, the basic principle is based, for example, on the fact that the network should be able to learn and to establish new connections between the artificial neurons.
  • the electronic component can for example be set up in such a way that polymer conductor tracks with neuromorphic properties, such as, for example, synaptogenesis and / or plasticity, can be formed.
  • neuromorphic properties such as, for example, synaptogenesis and / or plasticity
  • the electronic component can be set up in such a way that the polymer conductor tracks can be grown in a targeted manner between two or more than two electrodes on a substrate by applying an electrical voltage to the two or more than two electrodes. This can take place, for example, during the operation of the electronic component, which can thus function as part of an artificial neural network or as an artificial neural network.
  • the connections of this artificial neural network can, according to various embodiments, be influenced in their directionality and / or weighting, for example by means of frequency, bandwidth, signal shape and / or voltage level of the signal applied to the two or more than two electrodes of the electronic component (e.g. set in a targeted manner become).
  • the connections of the artificial neural network can, according to various embodiments, by means of the used salt concentration of the electrolyte material arranged in the electronic component can be influenced (for example adjusted in a targeted manner).
  • the electronic component can be set up in such a way that the electronic component can be repeatedly programmed with different neuromorphic properties.
  • an electronic component and a method for operating the electronic component comprising programming the electronic component.
  • the method can be designed in such a way that elm programming or repeated programming of the electronic component is made possible, so that the electronic component can be brought into states with mutually different neuromorphic properties.
  • a directional growth of an electrical connection between two or more than two electrodes e.g. between several electrodes, which can function, for example, as nodes of an artificial neural network
  • two or more than two electrodes e.g. between several electrodes, which can function, for example, as nodes of an artificial neural network
  • an electronic component that has a substrate, for example.
  • the substrate can have at least two electrodes, wherein the at least two electrodes can each be arranged on and / or in the substrate at a distance from one another. If the electronic component is, for example, in a first operating state, an electrolyte material is arranged at least in a space between the at least two electrodes, the electrolyte material having at least one polymerizable material.
  • a second operating state for example, at least one electrical connection is established between the at least two electrodes, the at least one electrical connection consisting of an electrically conductive polymer.
  • a corresponding electrical signal can be applied to the at least two electrodes, so that the electronic component can be brought from the first operating state to the second operating state, for example, by means of the electrical signal.
  • the change from the first operating state to the second operating state takes place by means of polymerizing the at least one polymerizable material to form the electrically conductive polymer.
  • the electrically conductive polymer can have or consist of one or more fiber structures.
  • the one or more fiber structures can be designed in the form of a network, for example.
  • a control device for example, a corresponding electrical signal can be applied to the at least two electrodes so that the electronic component can be brought from the second operating state into the first operating state or into a third operating state, for example.
  • the change from the second operating state to the first operating state can take place, for example, by means of depolymerizing and / or disentangling the electrically conductive polymer.
  • depolymerization and / or disentanglement of the electrically conductive polymer can also generally take place by means of a suitable supply of energy, for example in the form of electromagnetic radiation.
  • the polymerizable material can be a monomer of an intrinsically conductive polymer and / or a doped polymer.
  • the electrically conductive polymer can then be the intrinsically conductive polymer or the doped polymer.
  • the electronic component can furthermore have a suitable gate structure which makes it possible to influence the electrical conductivity of the electrical connection established by means of an electrical field (e.g. to adjust it in a targeted manner).
  • each further electrode can function as a gate structure that is provided in addition to the at least two electrodes.
  • the electronic component can have a metallization which makes it possible to connect the at least two electrodes or the electronic component to at least one biological nerve.
  • an electronic component which, for example, can have a substrate and a first electrode and a second electrode, which are arranged on and / or in the substrate at a distance from one another. Furthermore, the electronic component has an electrolyte material which is arranged at least in a spatial region between the first electrode and the second electrode, the electrolyte material having or consisting of at least one polymerizable material. Furthermore, the electronic component has a control device for applying an electrical voltage between the first electrode and the second electrode, the control device being set up such that at least one electrical connection can be established between at least the first electrode and the second electrode by means of electropolymerizing the at least a polymerizable material into an electrically conductive polymer.
  • the electronic component can furthermore have a third electrode, wherein the control device can furthermore be set up in such a way that the establishment of the at least one electrical connection between at least the first electrode and the second electrode is influenced by means of an electrical signal provided to the third electrode can, for example, can be set in a targeted manner.
  • an electronic component can have a plurality of substrates, wherein the plurality of substrates can be arranged one above the other and wherein each of the plurality of substrates can have a plurality of electrodes.
  • the plurality of electrodes of a respective substrate can for example be arranged on and / or in the substrate at a distance from one another.
  • the electronic component can have an electrolyte material which can be arranged at least in a spatial region between the plurality of electrodes of the respective substrate of the plurality of substrates.
  • the electrolyte material can have at least one polymerizable material, for example.
  • the electronic component can have a control device, for example for applying an electrical voltage between at least two of the plurality of electrodes of the respective substrate of the plurality of substrates.
  • the control device can be set up, for example, in such a way that at least one electrical connection can be established between the at least two electrodes of the respective substrate by means of electropolymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • control device can furthermore be set up to provide an electrical voltage between at least one electrode of a first substrate of the plurality of substrates and at least one electrode of a second substrate of the plurality of substrates in such a way that an electrical connection between the at least one electrode of the first substrate and the at least one electrode of the second substrate can be produced by electropolymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • an artificial neural network which has one or more electronic components or is formed therefrom.
  • the artificial neural network is set up, for example, in such a way that at least one arithmetic function can be carried out by means of the one electronic component or by means of the multiple electronic components.
  • a method for operating an electronic component comprising, for example: providing an electrolyte material at least in a space between at least two electrodes, the at least two electrodes each being arranged on and / or in the substrate at a distance from one another are, and wherein the electrolyte material is at least one polymerizable Having material.
  • the method can, for example, further include: forming at least one electrical connection between the at least two electrodes by polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • a method described herein eg a method for operating an electronic component
  • FIGS. 1A and 1B show an electronic component in a schematic view, according to various embodiments
  • FIG. 2 shows several comparison images during the formation of an electrical connection between electrodes depending on the frequency of the electrical signal applied to the electrodes, according to various embodiments
  • FIGS. 3 A and 3B show a graph of a conductivity of an electrical connection as a function of the duration of an application of an electrical signal to form the electrical connection, as well as associated schematic illustrations of corresponding states of the electrical connection, according to various embodiments;
  • FIGS. 4A and 4B show an electronic component in a schematic view, according to various embodiments
  • FIG. 5 shows an electronic component in a schematic view, according to various embodiments
  • FIG. 6 shows an electronic component in a schematic view, according to various embodiments
  • FIG. 7 shows several electronic components in a schematic view, according to various embodiments
  • FIGS. 8A to 8D show several illustrations of a formation of an electrical connection as a function of the applied electrical signal for forming the electrical connection, according to various embodiments.
  • FIG. 9 shows a schematic flow diagram of a method for operating an electronic component, in accordance with various embodiments.
  • an electronic component can have a substrate.
  • the substrate can, for example, have a planar surface and can serve, for example, as a carrier for electrodes or the like.
  • the substrate can be mechanically rigid, e.g., rigid, inflexible or rigid, or the substrate can be mechanically flexible, e.g., bendable, elastic or movable.
  • a structure that is, for example, not physically connected to the electrodes of the electronic component described herein cannot be understood as a substrate, for example.
  • electrical connection can describe, for example, a structure that is embodied by an electrically conductive polymer.
  • the electrically conductive polymer extends, for example, between at least two electrodes and can be in physical contact with the at least two electrodes.
  • an electrolyte e.g. in the form of an electrolyte solution or a solid electrolyte
  • an electrolyte can be provided between the at least two electrodes, wherein, even if the electrolyte is electrically conductive to a certain extent, it is not understood as an electrical connection.
  • electrical connection used herein can describe, for example, a structure that provides electrical conductivity based on electron or hole conduction.
  • An electrolyte can be understood as an ion conductor, for example.
  • operating state used here can be understood, for example, as a state of a functional electronic component.
  • the operating status can For example, an idle state (off-state, e.g. characterized by a lack of conductivity of the polymer compound or the absence of the polymer compound) and an active state (on-state, e.g. characterized by an electrical conductivity of the polymer compound and the presence of the polymer compound), but also beyond this, regardless of whether the electronic component is supplied with electrical energy.
  • the operating state of the electronic component can clearly be maintained, for example, even without the supply of electrical energy, at least for a certain time (eg days, weeks or months).
  • a first operating state can be, for example, a state of the electronic component in which no electrical connection is provided between the at least two electrodes by means of the electrically conductive polymer. An area between the at least two electrodes can be essentially free of an electrically conductive polymer.
  • the first operating state can clearly be understood, for example, as a non-programmed or untrained state of the electronic component.
  • a second operating state of the electronic component can be, for example, a state of the electronic component in which the electrical connection between the at least two electrodes is established by means of the electrically conductive polymer.
  • the electrically conductive polymer can be physically and electrically connected to the at least two electrodes.
  • the second operating state can clearly be understood, for example, as a programmed or trained state of the electronic component. According to various embodiments, the electronic component can be brought into one of a plurality of second states.
  • the electronic component can be brought into a state by means of the gate structure which cannot be maintained without a power supply.
  • the electrical conductivity of the polymer connection between the at least two electrodes can be modulated (e.g. between low and high conductivity).
  • plasticity used herein can be understood, for example, as a property (for example the electrical conductivity) of the electrical connection of the electronic component. This can be changed and adapted in accordance with the stimulation by stimulation, for example by means of an electrical signal. The plasticity can thus clearly be understood as a basic requirement for programming the electronic component.
  • stimulation can take place by means of an electrical signal, so that the physical properties of the electrical connection between the at least two electrodes change, for example by becoming more branched, thicker and / or more.
  • the electrical properties of the change electrical connection For example, the electrical conductivity of the electrical connection can increase as a result of electrical stimulation.
  • a change in the electrical properties of the electrical connection can also be possible through absent stimulation, for example by means of an absent electrical signal, wherein the electrical connection can, for example, regress. This can take place, for example, as a result of a breakdown and / or disentangling or detachment of the electrically conductive polymer from which the electrical connection is made.
  • the electrical properties of the electrical connection can also change over time. For example, the electrical conductivity of the electrical connection can reduce over time.
  • short-term plasticity used here can be understood in such a way that the order of magnitude of the time in which the plasticity can change itself or can be changed by means of stimulation is taken into account.
  • long-term plasticity used here.
  • the order of magnitude of time associated with short-term plasticity may be less than the order of magnitude of time associated with long-term plasticity.
  • the time associated with the short-term plasticity can be, for example, less than 1 hour, for example less than 1 min, for example less than 1 s.
  • the time associated with the long-term plasticity can, for example, be greater than 1 hour, for example greater than 10 hours, e.g. greater than 24 hours.
  • FIG. 1A and 1B illustrate an electronic component 100 in two mutually different operating states 100a, 100b in a schematic view, according to different embodiments.
  • the electronic component 100 can have a substrate 102.
  • the electronic component 100 or the substrate 102 of the electronic component 100 can have at least two electrodes 104, 106, for example.
  • the at least two electrodes 104, 106 are each arranged on and / or in the substrate 102 at a distance from one another.
  • the substrate 102 can be, for example, a non-conductive substrate 102.
  • the substrate 102 can, for example, have an electrically semiconducting or electrically conductive section, which can then be electrically isolated from the at least two electrodes 104, 106 by means of at least one electrically insulating layer.
  • a conductive substrate for example a substrate with ion conductivity
  • electrical insulation for example a layer of electrically insulating material
  • an electrolyte material 108 can be arranged at least in a spatial region between the at least two electrodes 104, 106.
  • the electrolyte material 108 can include at least one polymerizable material.
  • the electrolyte material 108 can include an electrolyte solution, and the polymerizable material can be dissolved and / or dispersed in the electrolyte solution.
  • the electrolyte material 108 can have a carrier liquid, wherein the electrolyte can be dissolved and / or dispersed in the carrier liquid and wherein the polymerizable material can also be dissolved and / or dispersed in the carrier liquid.
  • At least one electrical connection 110 can be established between the at least two electrodes 104, 106.
  • the at least one electrical connection 110 can, for example, have an electrically conductive polymer or be formed therefrom.
  • the electrically conductive polymer can be formed by polymerizing the polymerizable material.
  • the electronic component 100 can thus, according to various embodiments, have neuromorphic properties. Neuromorphic properties can be based, for example, on the formation of the electrical connection 110 between the electrodes 104, 106 (analogous to neural synaptogenesis), as well as on a plasticity of the at least one electrical component that can be changed by means of an electrical signal applied to the electrodes 104, 106 of the electrical component 100 Connection 110 (clearly analogous to neural plasticity).
  • the electronic component 100 can thus be configured, for example, as a neuromorphic chip and / or synaptic connection in so-called brain-computer interfaces (brain-computer interface).
  • each of the at least two electrodes 104, 106 can be electrically insulated from the electrolyte material 108 in sections.
  • one or more regions of the respective electrode 104, 106 can be electrically separated from the electrolyte material 108 by means of an electrically insulating layer 107.
  • the electrically insulating layer 107 can, for example, be applied to the respective region of the electrode 104, 106 that is to be electrically insulated from the electrolyte material 108.
  • at least one active section of the respective electrode 104, 106 can be defined from which the formation of the electrical connection 110 starts or towards which the electrical connection 110 can grow.
  • the substrate 102 can comprise or be formed from a steel foil, sheet steel, a plastic wafer, a plastic foil, or a laminate with one or more plastic foils.
  • the plastic can have or be formed from one or more polyolefins (for example polyethylene (PE) with high or low density or polypropylene (PP)).
  • the plastic can also contain polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyester and / or polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyether ether ketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or polyethylene naphthalate (PEN) or be formed from it.
  • the substrate 102 can comprise one or more of the above-mentioned materials.
  • the substrate can comprise or consist of natural polymers, e.g. cellulose, collagen, polylactic acid, gelatin. These natural polymers or other materials can function as ion-conducting material, for example.
  • the electrolyte material can be provided by a material of the substrate.
  • At least one first electrode 104 and one second electrode 106 can be formed on and / or in the substrate 102.
  • the at least two electrodes 104, 106 can, for example, be arranged essentially in the same plane on and / or in the substrate 102.
  • the substrate 102 can have a substantially planar surface 102s, and the at least two electrodes 104, 106 can be applied directly to the planar surface 102s.
  • the at least two electrodes 104, 106 can be arranged in different planes on and / or in the substrate 102.
  • the at least two electrodes 104, 106 can have a distance of less than 200 pm from one another, e.g. less than 150 pm, less than 100 pm, less than 50 pm, less than 20 pm or less than 5 pm.
  • a multiplicity of the electrodes can be provided in such a way that the electrodes are arranged in the form of a grid.
  • the grid can be 2-dimensional or 3-dimensional, for example.
  • the respectively adjacent electrodes can have essentially the same distance from one another.
  • the grid can clearly be a square or cubic grid, for example be.
  • the electrically conductive polymer compounds can grow within a structure that is 3-dimensionally porous.
  • the at least two electrodes 104, 106 can comprise or consist of a metal or a metal alloy, for example.
  • the at least two electrodes 104, 106 can include or consist of aluminum, copper, gold, platinum, silver.
  • the at least two electrodes 104, 106 can also have or consist of silver chloride, platinum, iridium, palladium, nickel, molybdenum, tantalum, tungsten, etc., for example.
  • the at least two electrodes 104, 106 can also have or consist of carbon or a highly conductive polymer (e.g. PEDOT: PSS).
  • the electrolyte material 108 can have or consist of a liquid electrolyte, for example an ionic liquid, a carbonate-based electrolyte, and / or a polymer electrolyte, also called an ionomer.
  • the electrolyte material 108 can comprise or consist of porous media immersed in a solution, for example an ionic porous polymer and / or a porous electrolyte solid.
  • the electrolyte material 108 has mobile ions.
  • the ions can be, for example, perchlorate ions or other suitable ions.
  • the electrolyte material 108 can include lithium perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate or other suitable materials, such as sodium chloride, sodium bromide, potassium chloride, cupric chloride, copper sulfate, sodium iodide, etc., for example.
  • the electrolyte material 108 can be arranged, for example, in a spatial region 105 between the at least two electrodes 104, 106.
  • the at least two electrodes 104, 106 can be at least partially in physical contact with the electrolyte material 108.
  • the electrolyte material 108 may, according to various embodiments, comprise a polymerizable polymer.
  • the polymerizable material can be a monomer of an intrinsically electrically conductive polymer.
  • the monomer can be converted to an electrically conductive polymer, for example by means of polymerisation.
  • the monomer can comprise or be, for example, 3,4-ethylenedioxythiophene.
  • the intrinsically conductive polymer can comprise or be poly (3,4-ethylenedioxythiophene).
  • the polymerizable material can be a monomer of a doped polymer.
  • the monomer can be converted to a doped polymer by means of polymerisation.
  • the electronic component 100 can have a control device 112 or the at least two electrodes 104, 106 of the electronic component 100 can be coupled to a control device 112 for providing an electrical signal to the at least two electrodes 104, 106.
  • control device 112 can be set up in such a way that the electronic component 100 can be brought from the first operating state 100a to the second operating state 100b by means of the provided electrical signal 112s. This can be done by polymerizing the at least one polymerizable material to form the electrically conductive polymer.
  • the electrical signal 112s provided can have an amplitude in a range from approximately 20 mV to approximately 5 V, for example in a range from approximately 50 mV to approximately 2 V.
  • the provided electrical signal 112s can have an electrical voltage that changes over time, for example an alternating voltage, a pulsed direct voltage, and / or a pulsed bipolar voltage.
  • the control device can be set up, for example, in such a way that the electrical signal 112s provided leads to directional fiber growth of the at least one polymerizable material. In this case, the growth can take place from the first electrode 104 in the direction of the second electrode 106. Furthermore, the electrical signal 112s can be provided in such a way, for example alternately on the first electrode 104 and the second electrode 106 or with alternating polarity, so that the growth from the first electrode 104 in the direction of the second electrode 106 and also from the second electrode 106 in FIG Direction of the first electrode 104 takes place.
  • the at least one polymerizable material can be polymerized such that the electrically conductive polymer is formed alternately on the first electrode 104 and the second electrode 106, for example as one or more fiber structures on the first electrode 104 and one or more fiber structures on the second Electrode 106 until the one or more fiber structures formed on the first electrode 104 connect to the one or more fiber structures formed on the second electrode 106 in order to form the electrically conductive polymer compound.
  • Directional growth of the at least one polymerizable material, for example alternately on the first electrode 104 and the second electrode 106, can, for example, cause the electrically conductive polymer to have a signal-dependent fiber-like structure.
  • This can have the advantage, for example, that the electrically conductive polymer compound can be or can be set in multiple stages (for example with more than three different values) by suitable selection of the electrical signal, for example with regard to the electrical conductivity.
  • the electronic component 100 can thereby not only have an Operating state and an off operating state, but having at least one further operating state between the on operating state and the off operating state, for example 20, for example 100, for example 1000, for example 5000 different operating states.
  • the electronic component 100 can function, for example, as a storage cell.
  • the fiber-like structure of the electrically conductive polymer can, for example, differ from a film-like structure in that the fiber-like structure has, for example, one or more longitudinal sections which can be completely surrounded by the electrolyte material 108.
  • one or more longitudinal sections of the fiber-like structure can be completely free of physical contact with the substrate 102.
  • the control device 112 can be set up, for example, in such a way that the electrical voltage that changes over time has a frequency in a range from approximately 10 Hz to approximately 10 kHz, for example in a range from approximately 5 Hz to approximately 5 kHz, for example in a range of about 2 Hz to about 2 KHz.
  • the control device 112 can be set up in such a way that the electrical voltage that changes over time is a periodic electrical voltage with a period duration in a range from approximately 0.01 ms to approximately 0.1 s, for example in a range of approximately 0.5 ms to about 50 ms.
  • the control device 112 can be set up, for example, in such a way that the electrical voltage, which changes over time, has a switch-on duration (also referred to as on-time) in a range from approximately 10% to approximately 50%, for example in a range from approximately 20% to approximately 40%.
  • a switch-on duration also referred to as on-time
  • the control device 112 can be set up, for example, in such a way that the electrical voltage that changes over time has a bandwidth in a range from approximately 10 Hz to approximately 10 kHz, for example in a range from approximately 5 Hz to approximately 5 kHz, in a range of approximately 2 Hz to about 2 kHz.
  • the at least one polymerizable material can only be polymerized if the applied electrical voltage is above an electrical threshold voltage.
  • the monomers can oxidize and the radical cations necessary or helpful for the chemical reaction can be formed.
  • the electrical threshold voltage can be dependent on the configuration of the at least two electrodes 104, 106.
  • the electrical threshold voltage can be a function of the distance between the electrodes 104, 106 and / or a function of the properties of the electrical signal provided, for example a function of the pulse frequency.
  • the electrical threshold voltage can be in a range from about 20 mV to about 5V.
  • the electrolyte material 108 in the first operating state 100a can be essentially free of the electrical connection 110 made of the electrically conductive polymer.
  • the electronic component 100 can be free of a continuous polymer structure that connects the first electrode 104 to the second electrode 106 in an electrically conductive and physical manner.
  • the first operating state 100a of the electronic component 100 can clearly be a reprogrammed state of the electronic component 100.
  • the polymerizable material in the electrolyte material 108 can essentially be in the form of monomers.
  • the electrolyte material 108 can also comprise polymers composed of the polymerizable material, the polymers being contained in the electrolyte material 108 in soluble and / or insoluble form, but not connecting the at least two electrodes 104, 106 to one another.
  • the electronic component 100 can have at least one electrical connection 110 in the second operating state 100b.
  • the electronic component 100 can, for example, have a structure that connects the first electrode 104 to the second electrode 106 in an electrically conductive and physical manner.
  • the second operating state of the electronic component 100 can clearly be a programmed state of the electronic component 100.
  • the electrolyte material 108 has the electrically conductive polymer, which can form the electrical connection 110.
  • the electrical connection 110 is at least partially insoluble in the electrolyte material 108 and is, for example, essentially surrounded by the electrolyte material 108.
  • the electrical connection 110 can be formed by means of electropolymerization, for example by means of a field-directed polymerization of the at least one polymerizable material of the electrolyte material 108 to form the electrically conductive polymer. Also in the second operating state, the electrolyte material 108 can furthermore have the polymerizable material as well as polymers of the polymerizable material different from the electrically conductive polymer, wherein the different polymers can be contained in the electrolyte material 108 in soluble and / or insoluble form.
  • the at least one electrical connection 110 can clearly be formed from a proportion of the total amount of polymerizable material.
  • the electrically conductive polymer can have or consist of one or more fiber structures.
  • the one or more fiber structures can, for example, be network-shaped or at least branched one or more times.
  • the one fiber structure can have, for example, one strand or a plurality of strands, the one strand or strands extending or extending from the first electrode 104 to the second electrode 106.
  • the physical properties (eg the electrical conductivity) of the at least one connection 110 can be defined, for example, by the length and / or the thickness of the one or more fiber structures of the at least one electrical connection 110, the number of fiber structures, the degree of branching of the one or more several fiber structures and / or the directionality of the one or more fiber structures.
  • directionality is understood to mean the direction in which the one or more fiber structures in the electrolyte material 108 extend and whether the one or more fiber structures essentially grow from one of the at least two electrodes 104, 106 or whether the one or more fiber structures grow out both of the at least two electrodes 104, 106 grow.
  • the control device 112 can be set up to provide an electrical voltage between the at least two electrodes 104, 106 such that the electrically conductive polymer of the at least one electrical connection 110 is formed from the at least one polymerizable material of the electrolyte material 108 by means of the electrical voltage.
  • the at least one polymerizable material of the electrolyte material 108 can clearly be polymerized in such a way that the electronic component 100 is brought into the second operating state 100b.
  • the electrical voltage can be applied by means of the control device 112 in such a way that at least one electrical connection 110 electrically and physically connects the first electrode 104 to the second electrode 106.
  • the electrical signal 112s provided by the control device 112 can influence the physical and electrical properties of the at least one electrical connection 110, as is explained in more detail in FIGS. 2 to 9, for example.
  • the electrically conductive polymer can be free of physical contact with the substrate 102, at least in sections.
  • the at least one electrical connection 110 can, for example, be completely surrounded by electrolyte material 108.
  • the electrolyte material 108 can have mobile ions for providing a short-term plasticity of the at least one electrical connection 110.
  • the mobile ions can penetrate into the electrically conductive polymer, for example, in such a way that the electrical connection 110 is doped.
  • the ions can, for example, abut the electrically conductive polymer in such a way that the electrical connection 110 is influenced. This enables, for example, a change in the physical and / or the electrical properties of the at least one electrical connection 110.
  • FIG. 2 illustrates several comparison images (left) with regard to the formation of the at least one electrical connection 110 of an electronic component 100 as a function of a frequency of the electrical signal 112s.
  • several graphics are assigned to the comparison images, which depict the conductivity of the at least one electrical connection 110.
  • a higher frequency of the electrical signal 112s provided by the control device 112 can clearly correspond to a more intensive training of the electronic component 100 when this is used as a node or as a network. This makes it possible, for example, to imitate biological mechanisms (such as lem-induced synaptogenesis, re-networking and conditioning) and to implement a new approach to neuromorphic computing, neural contacts or interfaces and physical neural networks.
  • biological mechanisms such as lem-induced synaptogenesis, re-networking and conditioning
  • 3A and 3B illustrate a change in the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 of the electronic component 100 depending on the duration of the application of the electrical signal 112s at 200 Hz and schematic illustrations of the corresponding states of the at least one electrical connection 110, according to FIG different embodiments.
  • a low electrical conductivity can be measured for the at least one electrical connection 110, which is a plateau, for example in a first time segment (range a), for example in the first eighteen seconds, of the application of the electrical signal 112s forms.
  • the low conductivity measured in the process can essentially be the conductivity of the electrolyte material 108.
  • one or more fiber structures made of electrically conductive polymer can grow, as is shown in the associated schematic illustration in FIG. 3B, but the first electrode 104 and the second electrode 106 are not yet electrical by means of the at least one electrical connection 110 conductive and physically connected.
  • the electronic component 100 is still in the first operating state 100a.
  • the plateau in area a thus clearly shows the learning mechanism of the neurons and a certain learning time.
  • the electrical conductivity of the electrolyte material 108 can be smaller than the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110.
  • the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 is more than 10, 50 or 100 times as great as that electrical conductivity of the electrolyte material 108.
  • the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 can be greater than 10 6 S / m.
  • an increasing electrical conductivity for the at least one electrical connection 110 can be measured for example in a second time segment (region ⁇ ), for example when the electrical signal 112s is applied for more than eighteen seconds. This can be accompanied by the formation of the at least one electrical connection 110, a continuous strand of the one or more fiber structures being formed.
  • the electrical connection 110 thus electrically and physically connects the first electrode 104 to the second electrode 106, see the associated illustration in FIG. 3B.
  • the electronic component 100 can, for example, be brought into the second operating state 100b during the second time segment, and after the second time segment the electronic component 100 can be in the second operating state 100b.
  • the electrical signal 112s As illustrated in FIG. 3 A, for example, in a third time segment (area c), for example when the electrical signal 112s is applied for longer than 25 s or after at least one electrically conductive path (strand) of the polymer material between the two electrodes has been formed, the electrical signal 112s remains applied or is applied again.
  • the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 can change further.
  • the one or more fiber structures can continue to grow and, for example, form strands of one or more fiber structures which electrically and physically form the first electrode 104 with the second electrode 106, see the associated illustration in FIG. 3B.
  • the electronic component 100 can thus clearly be programmed differently.
  • FIGS. 4A and 4B illustrate an electronic component 100 in a schematic view, according to various embodiments.
  • the electronic component 100 can be brought from the second operating state (see, for example, FIG. 4A) into the first operating state or into a third operating state (see, for example, FIG. 4B).
  • the electronic one Component 100 can clearly return from a programmed state to a non-programmed state or be brought into another state.
  • the electrical connection 110 of the electronic component 100 can be at least partially dismantled, for example such that at least the first electrode 104 is no longer electrically and physically connected to the second electrode 106 by means of the electrically conductive polymer that the electrical connection 110 forms are.
  • control device 112 can be set up, for example, in such a way that the electronic component 100 can be brought from the second operating state 100b to the first operating state 100a by means of the provided electrical signal 112s.
  • the provided electrical signal 112s can have an electrical voltage that changes over time, which at least partially breaks down the electrical connection 110 of the electronic component 100, for example in such a way that at least the first electrode 104 is no longer electrically and physically connected to the second electrode 106 .
  • the electrolyte material 108 can be set up, for example, in such a way that the electronic component 100 can be brought from the second operating state 100b into the first operating state 100a or into another further state by means of the provided electrical signal 112s of the control device 112.
  • the electrolyte material 108 can for example comprise a material, for example an enzyme and / or a chemical compound, which is suitable for at least partially breaking down the electrical connection 110 by means of the electrical signal provided by the control device 112.
  • the electronic component 100 can also be set up in such a way that the electronic component 100 can be brought from the second operating state 100b into the first operating state 100a or into another further state by means of an additional device.
  • the additional device can be a device that can at least partially disconnect the electrical connection 110 by means of an energy supply 114.
  • the energy supply 114 can take place by supplying thermal energy.
  • the energy supply 114 can take place by supplying electromagnetic radiation. In this case, the supply of thermal energy or electromagnetic radiation can take place by means of heating or by means of irradiating the at least one electrical connection 110 and / or the electrolyte material 108.
  • the electrolyte material 108 can be set up in such a way that depolymerization, degradation and / or disentanglement or dissolution of the electrically conductive polymer can take place by means of the energy supply 114.
  • the electronic component 100 can for example be of this type be set up so that a depolymerization and / or a disentangling of the electrically conductive polymer can take place by means of the energy supply 114.
  • the electronic component 100 can be set up, for example, in such a way that the electrically conductive polymer can be degraded by means of the energy supply 114.
  • a degradation of the electrically conductive polymer can, for example, have a reduction in the doping of a doped electrically conductive polymer.
  • the electrical connection 110 of the electronic component 100 can be broken down in such a way that the electrolyte material 108 has fragments 402, for example polymer fragments and / or monomers from the electrically conductive polymer of the at least one electrical connection 110.
  • the electrolyte material 108 can have further monomers that were present in the electrolyte material 108 before the electronic component 100 was converted from the first operating state 100a to the second operating state 100b.
  • the electrolyte material 108 may include monomers that have not yet reacted or have not undergone polymerization.
  • the fragments 402 may be unreactive to re-polymerizing.
  • the fragments 402 can be or form repolymerizable materials.
  • the electronic component 100 can be brought back from the, for example, newly attained first operating state 100a to a new second operating state 100b.
  • the electronic component 100 can be brought several times from the first operating state into the second operating state and back into the first operating state, as long as the electrolyte material 108 comprises polymerizable material such that an electrical connection 110 can be formed between the first electrode 104 and the second electrode 106 .
  • the electronic component 100 clearly enables multiple programming.
  • the electronic component 100 can thus have different physical and electrical properties, for example due to the new programming.
  • FIG. 5 shows an electronic component 100 in a schematic view, in accordance with various embodiments.
  • the electronic component 100 can have a further (for example a third) electrode 116.
  • This can be used as a gate structure 116 for influencing the electrical conductivity of the electrical connection 110 produced by means of an electrical field.
  • the further electrode can be used effectively for influencing the polymer growth, for example for the Influencing the physical properties of the at least one electrical connection 110.
  • Physical properties that can be influenced include the length and / or the thickness of the one or more fibers or strands of the fiber structures of the at least one electrical connection 110, the number of Fibers or strands of the fiber structures or the number of fiber structures, the degree of branching of the one or more fiber structures and / or the directionality of the one or more fiber structures.
  • the gate structure 116 can be arranged adjacent to the at least two electrodes 104, 106, for example at a distance from at least one of the two electrodes 104, 106, for example at a distance of 100 ⁇ m to 500 ⁇ m. Furthermore, the gate structure is in contact with the electrolyte material 108, for example.
  • the control device 112 of the electronic component 100 can be set up, for example, to provide an electrical voltage to the gate structure 116 such that the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 can be changed by means of the electrical voltage.
  • the gate structure 116 can have a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, a metal contact, and / or a contact made of an electrically conductive organic material.
  • the electrical potential of the gate structure 116 can be selected in such a way that the formation of the at least one electrical connection 110, for example between the first electrode 104 and the second electrode 106, can be influenced and / or controlled.
  • the learning process of the electronic component 100 can be triggered and / or influenced by means of a multiplicity of electrodes, for example by means of at least three electrodes.
  • an electrical voltage below an electrical threshold voltage can be or will be applied between the first electrode 104 and the second electrode 106, in which case no electrical connection 110 is formed. Nevertheless, in this case, the polymerizing of the polymer material between the first electrode 104 and the second electrode 106 can be initiated by means of the gate structure 116, for example when the gate structure 116 is set to a predefined voltage (for example a bias voltage).
  • the gate structure 116 can clearly work together with the at least two electrodes 104, 106 and act accordingly on the two electrodes 104, 106.
  • the underlying effect of the initiated polymerization can, for example, due to an increased Doping concentration is present at one of the two electrodes 104, 106, for example when the gate structure 116 is negatively charged and attracts the positive ions of the electrolyte material 108.
  • FIG. 6 shows an electronic component 100 in a schematic view, according to various embodiments.
  • the electronic component 100 can also have at least one further electrode 120 in addition to the first electrode 104 and the second electrode 106.
  • the control device 112 can, for example, also be set up in such a way that the formation of the at least one electrical connection 110 between at least the first electrode 104 and the second electrode 106 can be influenced by means of a further electrical signal provided to the respective further electrode 120.
  • the electrical conductivity of the electrical connection 110 can be changed by means of an electrical signal provided to the at least one further electrode 120 in such a way that the electrical connection 110 has one or more further fiber structures.
  • the one or more further fiber structures can, for example, physically and electrically connect the first electrode 104 to the at least one further electrode 120, as is illustrated in FIG. 6.
  • the one or more further fiber structures can, for example, physically and electrically connect the second electrode 106 to the at least one further electrode 120 (not shown in FIG. 6).
  • the one or more further fiber structures can, for example, physically and electrically connect the first electrode 104 and the second electrode 106 to the at least one further electrode 120 (not shown in FIG. 6).
  • the control device 112 can furthermore be set up, for example, in such a way that an electrical signal 112s between the first electrode 104 and the second electrode 106, between the first electrode 104 and the further electrode 120, and / or between the second electrode 106 and the further electrode 120 is created.
  • the electrical signal applied in each case can be configured in the same or similar manner as the signal 112s described herein, which is used to form the electrical connection 110 between the first electrode 104 and the second electrode 106.
  • FIG. 7 shows an electronic component 100 in a schematic view, according to various embodiments.
  • the electronic component 100 can have a plurality of substrates 102.
  • the plurality of substrates 102 can for example be arranged one above the other and / or next to one another, with each of the plurality of substrates 102 having a plurality May have electrodes 104, 106, which may be arranged on or in the respective substrate 102 at a distance from one another.
  • the electronic component 100 can have an electrolyte material 108, which is arranged, for example, at least in a spatial region between the plurality of electrodes 104, 106.
  • the electrolyte material 108 may include at least one polymerizable material as described herein.
  • the electrolyte material can be in physical contact with at least some of the plurality of electrodes 104, 106.
  • the electronic component 100 can have a control device 112 for applying an electrical voltage between at least two of the plurality of electrodes 104, 106.
  • the control device 112 can be set up such that at least one electrical connection 110 between the at least two electrodes 104, 106 of the respective substrate can be formed by polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • the control device 112 can be set up to apply an electrical voltage between at least one electrode 104 of a first substrate (e.g. the lower substrate 102 shown in FIG. 7) of the plurality of substrates and at least one electrode 106 of a second substrate (e.g. the one shown in FIG. 7) of the plurality of substrates to be applied.
  • the control device 112 can be set up, for example, in such a way that an electrical connection 110 can be established between the at least one electrode 104 of the first substrate and the at least one electrode 106 of the second substrate by polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer, as in FIG FIG.7 is illustrated.
  • the electrical connection 110 established between the at least one electrode 104 of the first substrate and the at least one electrode 106 of the second substrate can, for example, be at least partially in physical contact with the electrolyte material 108, for example surrounded by the electrolyte material 108.
  • the electronic component 100 can be used, for example, in such a way that a wide range of neuromorphic properties can be mimicked in a single electronic component.
  • the artificial neural network can, for example, have one or more electronic components 100 and be set up to carry out at least one arithmetic function by means of the one or more electronic components 100.
  • the at least one electrical connection 110 can be formed as follows: For example, an electrical voltage of less than 2 V can be used. A lower electrical voltage (for example of -1 V) can also be applied to one or more electrodes in order to control the electrical field and / or the salt distribution in the electrolyte material, and thus the directionality of the polymerisation. This enables, for example, multiple connections to be formed and their growth to be triggered with external stimuli.
  • the artificial neural network formed from an electrically conductive polymer can clearly resemble, for example, the dendritic topology of a synapse and the growth can be comparable to a synaptogenetic process.
  • the alternating current (AC) signal can be in a range from about 1 V to about 6 V and can be applied to the at least two electrodes, the at least two electrodes being in contact with a solution containing:
  • TAPF6 sodium tetrabutylammonium hexafluorophosphate
  • the polymerization can lead, for example, to the formation of poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) fibers which are doped with hexafluorophosphate PF6.
  • PEDOT poly-3,4-ethylenedioxythiophene
  • the amplitude of the electrical signal can have little influence on the formation of the at least one electrical connection 110, provided that enough electrical voltage is provided to support the oxidative polymerization in PEDOT.
  • the frequency of the electrical signal can have a significant influence on the formation of the at least one electrical connection 110. It was recognized, for example, that there is a strong correlation between the frequency and the degree of branching of the at least one electrical connection 100, as is shown in FIG. 2, for example. Frequencies of, for example, more than 200 Hz can lead to the formation of more highly branched electrical connections, wherein an increase in the period of the alternating voltage can reduce the branches and increase the cross section of the at least one electrical connection 110.
  • the Monomers can, for example, be influenced by the electrical voltage and the ions can be subject to Braun's motion.
  • the polymerization reaction can be triggered, for example, by oxidizing the monomer, with doped oligomers stabilized with PF6 being formed, which in turn can react with PEDOT fibers that have already been formed.
  • the presence of the electrolyte material and the local, e.g. positive, voltage, which is greater than the oxidation potential of the monomer, can be helpful in realizing the electrochemical reaction. Ions can clearly collect at the interface between the at least two electrodes and the electrolyte material with a certain resistance-capacitor duration ("RC time"). A longer period of time allows, for example, more reactions to take place on the extremities of the fibers. This can lead to wider fibers. During the cathodic moment that follows, only the newly formed extremities of the fibers can become reactive. This effect offers the possibility, for example, of controlling the conductivity of the at least one electrical connection 110 made of electrically conductive polymer by means of structural changes.
  • classical conditioning e.g. Pavlov conditioning
  • electronic component 100 can be enabled by means of the electronic component 100, as will be described below.
  • FIG. 8A, FIG. 8B, FIG. 8C and FIG. 8D each show a state of the electronic component 100, clearly a state of the at least one electrical connection 110, depending on the electrical signal 112s applied to the electrodes 104, 106, according to FIG different embodiments.
  • the electronic component 100 can have an electrical connection 812a between the first electrode 104 and the second electrode 106 before the conditioning (see, for example, FIG. 8A), which connects the two electrodes 104, 106 to one another electrically and physically.
  • the electronic component 100 can furthermore have a further electrode 820 which is free from an electrical connection to one of the two other electrodes 104, 106.
  • the electrolyte material 108 can be arranged in at least one space region between the two electrodes 104, 106 and the further electrode 820. This can clearly correspond to a situation of Pavlov conditioning in which a living being (e.g. a dog) 802 reacts accordingly (e.g. saliva) 806 in response to a first external stimulus (e.g.
  • an electrical signal 810 (e.g. at 2 V and 50 Hz) can be applied between the first electrode 104 and the further electrode 820.
  • the electrical signal 810 cannot initiate the polymerisation of the polymer material from the electrolyte material 108 in this case, since the applied electrical voltage can be selected below the electrical voltage that would be necessary for the oxidation of the monomer.
  • the second external stimulus 808 sets in e.g. when the bell rings
  • no conditioning is triggered in this case in the absence of the first external stimulus 804 (e.g. the food).
  • the conditioning can occur when the two external stimuli 804, 808 occur simultaneously, for example when the bell clearly rings and the food is served to the dog.
  • an electrical voltage below the threshold voltage is applied, for example, to the further electrode 820, while an electrical voltage is applied between the first electrode 104 and the second electrode 106. This leads, for example, to the formation of an electrical connection 812b between the first electrode 104 and the further electrode 820.
  • the electronic component 100 is shown, which was programmed analogously to a classic conditioning.
  • an electrical signal is applied to either the second electrode 106 or the further electrode 118, it leads to an output at the first electrode 104, for example.
  • a (e.g. negative) bias voltage can clearly be applied to the further electrode 820 in order to influence the growth between the three electrodes.
  • FIG. 9 illustrates a schematic flow diagram of a method for operating an electronic component, in accordance with various embodiments.
  • the method for operating 900 an electronic component 100 can include, for example: in 910, providing an electrolyte material 108 at least in a spatial region between at least two electrodes 104, 106, the at least two electrodes 104, 106 each on and / or in the substrate 102 are arranged at a distance from one another and wherein the electrolyte material 108 comprises at least one polymerizable material.
  • the method 900 can further include, for example: in 920, forming at least one electrical connection 110 between the at least two electrodes 104, 106 by means of polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer. It goes without saying that the method for operating an electronic component can have one or more functions that are described herein with reference to the electronic component or a part of the electronic component (for example the control device) and vice versa.
  • the method for operating 900 the electronic component enables, for example, repeated programming of the electronic component with different neuromorphic properties.
  • the at least one electrical connection 110 can be formed 920 by applying an electrical signal between at least the first electrode 104 and the second electrode 106.
  • the formation 920 of the at least one electrical connection 110 between the at least two electrodes 104, 106 can include, for example, forming a single fiber structure by polymerizing the at least one polymerizable material, the fiber structure having physical contact with the at least two electrodes 104, 106.
  • the formation 920 of the at least one electrical connection 110 between the at least two electrodes 104, 106 can include the formation of a plurality of fiber structures by means of polymerizing the at least one polymerizable material, wherein the plurality of fiber structures are in physical contact with the at least two electrodes 104, 106.
  • the electrical signal can be applied in such a way that at least the first electrode 104 is electrically connected to the second electrode 106 by means of the one fiber structure or the multiple fiber structures.
  • the electrical signal can be applied in such a way that at least the first electrode 104 is electrically connected to the second electrode 106 by means of two or more fiber structures formed from the electrically conductive polymer.
  • the electrolyte material 108 can have a first conductivity and the at least one electrical connection 110 can have a second conductivity, wherein the first electrical conductivity can be, for example, less than the second electrical conductivity.
  • the method 900 can further include changing the electrical conductivity of the at least one electrical connection 110 by applying an electrical signal between one of the first or second electrodes 104, 106 and a third electrode arranged in the electronic component 500, the third electrode Electrode 116 is arranged, for example, at a distance from the first electrode 104 and the second electrode 106.
  • the method 900 can further include a depolymerization and / or a disentangling of the electrically conductive polymer to form a depolymerized and / or disentangled polymerizable material by means of an energy supply 114.
  • the energy supply 114 can take place by supplying thermal energy and / or by supplying electromagnetic radiation.
  • Disentangling the electrically conductive polymer can be understood, for example, to mean that a fiber consisting of several interwoven polymer chains disentangles, which can clearly be understood as a type of glass transition in polymers.
  • Example 1 is an electronic component comprising: a substrate, wherein the substrate has at least two electrodes, wherein the at least two electrodes are each arranged on and / or in the substrate at a distance from one another; wherein, when the electronic component is in a first operating state, an electrolyte material is arranged at least in a space region between the at least two electrodes, the electrolyte material having at least one polymerizable material; and wherein, when the electronic component is in a second operating state, at least one electrical connection is established between the at least two electrodes, the at least one electrical connection consisting of an electrically conductive polymer.
  • the electrically conductive polymer can have one or more fiber structures or be designed as one or more fiber structures. The one or more fiber structures can, for example, be in physical contact with the at least two electrodes.
  • the electronic component according to example 1 can optionally have the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures extending from the first electrode to the second electrode.
  • the electronic component according to example 1 can optionally have that at least one fiber structure of the plurality of fiber structures extends from the first electrode to the second electrode and that at least one other fiber structure of the plurality of fiber structures extends from the second electrode to the first electrode extends.
  • the directionality of a fiber structure can be recognized by the fact that the degree of branching increases in the direction of growth.
  • the electronic component according to example 1 or 2 can optionally have the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures having one or more strands, at least one strand of the one or more strands extending from the first electrode to the second electrode extends.
  • the electronic component according to example 1 or 2 can optionally have that the at least one strand of the one or more strands extends from the first electrode to the second electrode and that at least one strand of the one or more strands extends from the second electrode extends to the first electrode.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 3 can optionally have the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures branching at least once or several times.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 3 can optionally further include: a control device for providing an electrical signal to the at least two electrodes.
  • the electronic component according to example 5 can optionally have the control device set up such that the electronic component can be brought from the first operating state to the second operating state by means of the provided electrical signal by polymerizing the at least one polymerizable material to the electrical one conductive polymer, the electrical signal provided having an amplitude of 20 mV to 5 V, for example.
  • the electronic component according to example 5 or 6 can optionally have the electrical signal provided having an electrical voltage that changes over time, for example an alternating voltage, a pulsed direct voltage, and / or a pulsed bipolar voltage.
  • the electronic component according to example 7 can optionally have the electrical voltage that changes over time having a frequency in a range from 10 Hz to 10 kHz.
  • the electronic component according to example 7 or 8 can optionally have the electrical voltage that changes over time being a periodic electrical voltage, for example with a period duration in a range from 0.01 ms to 0.1 s.
  • the electronic component according to one of examples 7 to 9 can optionally have the electrical voltage that changes over time having a switch-on duration of 10% to 50%.
  • the electronic component according to one of examples 4 to 10 can optionally have the electrical voltage that changes over time having a bandwidth in a range from 10 Hz to 10 kHz.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 11 can optionally have the electrically conductive polymer having or consisting of one or more fiber structures.
  • the one fiber structure or the plurality of fiber structures can, for example, be configured in the form of a network.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 12 can optionally have the electrical conductivity of the electrolyte material being less than the electrical conductivity of the at least one electrical connection.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 13 can optionally have that the electrically conductive polymer is at least partially free of physical contact with the substrate.
  • the electrically conductive polymer is at least partially free of physical contact with the substrate.
  • one or more longitudinal sections of the fibers of a fiber structure can be completely surrounded by the electrolyte material.
  • one or more longitudinal sections of the fibers of a fiber structure can be completely free of physical contact with the substrate.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 14 can optionally have that the electrolyte material is essentially free of the electrically conductive polymer when the electronic component is in the first operating state.
  • control device can furthermore be set up in such a way that it can be brought from the second operating state to the first operating state by means of the provided electrical signal.
  • control device can furthermore be set up in such a way that an electrical voltage can be provided between the at least two electrodes in such a way that the electrically conductive polymer of the at least one electrical connection is formed from the at least one polymerizable material of the electrolyte material by means of the electrical voltage .
  • the electronic component according to one of examples 1 to 17 can optionally have that the electrolyte material is set up in such a way that the electronic component can be brought from the second operating state to the first operating state by means of the electrical signal provided.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 18 can optionally have the electrically conductive polymer being formed by polymerizing the at least one polymerizable material of the electrolyte material.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 19 can optionally have the electrical connection being formed by means of electropolymerization.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 20 can optionally have the electrolyte material set up in such a way that depolymerization and / or disentanglement of the electrically conductive polymer can take place by means of energy supply.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 21 can furthermore be set up in such a way that depolymerization and / or disentanglement of the electrically conductive polymer can take place by means of an energy supply.
  • the electronic component according to example 21 or 22 can optionally have the energy supply being carried out by supplying thermal energy.
  • the electronic component according to one of examples 21 to 23 can furthermore be set up in such a way that the energy is supplied by supplying electromagnetic radiation.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 24 can optionally have that the substrate comprises or consists of a semiconductor material.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 25 can optionally have the substrate having or consisting of an electrically insulating material, for example SiO 2.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 26 can optionally have that the electrolyte material has a liquid electrolyte, for example an ionic liquid, or that the electrolyte material has a carbonate-based electrolyte, or that the electrolyte material has a polymer electrolyte; or that the electrolyte material comprises a porous electrolyte solid.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 27 can optionally have that the polymerizable material is a monomer of an intrinsically conductive polymer and / or a doped polymer and that the electrically conductive polymer is the intrinsically conductive polymer or the doped polymer .
  • the intrinsically conductive polymer can comprise or be, for example, poly (3,4-ethylenedioxythiophene).
  • the monomer can comprise or be, for example, 3,4-ethylenedioxythiophene.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 28 can optionally have: a gate structure or a further electrode for influencing the electrical conductivity of the electrical connection produced by means of an electrical field.
  • a control device can be set up, for example, to provide an electrical voltage on the gate structure or the further electrode in such a way that the electrical conductivity of the at least one electrical connection can be changed by means of the electrical voltage.
  • the electronic component according to example 29 can optionally have the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures extending from the first electrode to the further electrode.
  • the electronic component according to example 29 or 30 can optionally have the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures extending from the second electrode to the further electrode.
  • the electronic component according to one of examples 29 to 31 can optionally have that the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures has one or more strands, at least one strand of the one or more strands extending from the first electrode to the further electrode extends.
  • strands of a fiber structure can also be understood as the fibers of the fiber structure.
  • the fiber structure can be understood as a strand structure.
  • the electronic component according to one of examples 29 to 32 can optionally have that the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures has one or more strands, at least one strand of the one or more strands extending from the second electrode to the further electrode extends.
  • the electronic component according to one of examples 29 to 33 can optionally have that the gate structure is a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, a Has or is a metal contact and / or a contact made of an electrically conductive organic material.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 34 can optionally have the at least two electrodes being at a distance of less than 200 ⁇ m from one another.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 35 can optionally have the electrolyte material having movable ions to provide short-term plasticity of the at least one electrical connection.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 36 can optionally have the electrically conductive polymer of the at least one electrical connection having long-term plasticity.
  • the electronic component according to one of examples 1 to 37 can optionally have: a metallization for connecting the at least two electrodes to at least one biological nerve.
  • Example 39 is an electronic component comprising: a substrate, a first electrode, and a second electrode disposed on or in the substrate at a distance from one another; an electrolyte material which is arranged at least in a space region between the first electrode and the second electrode, the electrolyte material having at least one polymerizable material; a control device for applying an electrical voltage between the first electrode and the second electrode, wherein the control device is set up such that at least one electrical connection can be established between at least the first electrode and the second electrode by polymerizing (for example electropolymerizing) the at least one polymerizable Material to an electrically conductive polymer.
  • polymerizing for example electropolymerizing
  • the electronic component according to example 33 can optionally have: a third electrode.
  • the control device can be set up in such a way that the formation of the at least one electrical connection between at least the first electrode and the second electrode can be influenced by means of an electrical signal provided to the third electrode.
  • the electronic component according to example 40 can optionally have the electronic component having at least three electronic operating states, taking into account the third electrode.
  • Example 42 is an electronic component comprising: a plurality of substrates which are arranged one above the other. Each of the plurality of substrates can for example have: a plurality of electrodes which are arranged on or in the substrate at a distance from one another, and an electrolyte material which is arranged at least in a spatial region between the plurality of electrodes, the electrolyte material having at least one polymerizable material.
  • the electronic component can furthermore have: a control device for applying an electrical voltage between at least two of the plurality of electrodes of the respective substrate of the plurality of substrates, the control device being set up such that at least one electrical connection can be formed between the at least two electrodes of the respective substrate by means of polymerizing (for example by means of electropolymerizing) the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • a control device for applying an electrical voltage between at least two of the plurality of electrodes of the respective substrate of the plurality of substrates, the control device being set up such that at least one electrical connection can be formed between the at least two electrodes of the respective substrate by means of polymerizing (for example by means of electropolymerizing) the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • the control device can also be set up to apply an electrical voltage between at least one electrode of a first substrate of the plurality of substrates and at least one electrode of a second substrate of the plurality of substrates, wherein the control device is set up such that an electrical connection between the at least one electrode of the first Substrate and the at least one electrode of the second substrate can be produced by polymerizing (for example by means of electropolymerizing) the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • the electronic component can have an encapsulation, for example made of a casting material, the encapsulation at least partially or completely encapsulating the respective electrodes, the substrate and the electrolyte material.
  • the substrate of the electronic component can be an ion-conductive substrate.
  • the substrate can have or consist of an ion-conducting material.
  • each of the at least two electrodes 104, 106 can be electrically insulated from the electrolyte material 108 in sections.
  • at least one area of the respective electrode 104, 106 can be covered by means of an electrically insulating layer 107 and thus be electrically insulated from the electrolyte material 108.
  • Example 43 has an artificial neural network: one or more electronic components according to one of Examples 1 to 42.
  • the artificial neural network can for example be set up to carry out at least one arithmetic function by means of the one electronic component or by means of the plurality of electronic components.
  • Example 44 is a method for operating an electronic component, the method comprising: providing an electrolyte material at least in a space region between at least two electrodes, the at least two electrodes each on and / or in the Substrate are arranged at a distance from one another and wherein the electrolyte material has at least one polymerizable material, forming at least one electrical connection between the at least two electrodes by means of polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • the electrically conductive polymer formed can optionally have one or more fiber structures.
  • the one or more fiber structures can be in physical contact with the at least two electrodes.
  • the method according to example 44 can optionally include that forming the at least one electrical connection between the at least two electrodes comprises: forming a single fiber structure by polymerizing the at least one polymerizable material, wherein the fiber structure is in physical contact with the at least two electrodes or forming a plurality of fiber structures by means of polymerizing the at least one polymerizable material, wherein the plurality of fiber structures are in physical contact with the at least two electrodes.
  • the method according to example 44 or 45 can optionally include that the electrical conductivity of the electrolyte material is less than the electrical conductivity of the at least one electrical connection.
  • the method according to one of examples 44 to 46 can optionally include that the at least one electrical connection is formed by applying an electrical signal between at least the first electrode and the second electrode.
  • the method according to example 47 can optionally include the application of an electrical signal in such a way that the polymerizing of the at least one polymerizable material comprises an alternating polymerization of the at least one polymerizable material on the first electrode and the second electrode.
  • the method according to example 47 can optionally have the application of an electrical signal in such a way that a fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures grows from the first electrode to the second electrode.
  • the method according to example 47 can optionally include the application of an electrical signal in such a way that a fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures grows from the second electrode to the first electrode.
  • the method according to example 47 can optionally include the application of an electrical signal in such a way that one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures from the first electrode to the second electrode and another Fiber structure or at least one other fiber structure of the plurality of fiber structures grow from the second electrode to the first electrode.
  • the method according to example 47 can optionally include the application of an electrical signal in such a way that the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures has one or more strands, at least one strand of the one or more strands of the first Electrode grows to the second electrode.
  • the electronic component according to example 47 can optionally have the application of an electrical signal in such a way that the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures has one or more strands, at least one strand of the one or more strands grows from the second electrode to the first electrode.
  • the electronic component according to example 47 can optionally have the application of an electrical signal in such a way that the one fiber structure or at least one fiber structure of the plurality of fiber structures has one or more strands, at least one strand of the one or more strands grows from the first electrode to the second electrode and at least one other strand of the one or more strands grows from the second electrode to the first electrode.
  • the method according to one of examples 47 to 53 can optionally have the application of an electrical signal in such a way that the at least one electrical connection grows alternately on the first electrode and the second electrode.
  • the method according to one of examples 47 to 54 can optionally have the application of the electrical signal in such a way that at least the first electrode is electrically connected to the second electrode by means of the one fiber structure or the multiple fiber structures.
  • the method according to one of examples 44 to 55 can optionally include that the at least one electrical connection has electrical conductivity, and the method further comprises: changing the electrical conductivity of the at least one electrical connection by applying an electrical signal between one of the first or second electrode and a third electrode arranged in the electronic component, the third electrode being arranged at a distance from the first electrode and the second electrode.
  • the method according to one of examples 47 to 56 can optionally include that the electrical signal is applied in such a way that at least the first electrode is connected to the second electrode is electrically connected by means of two or more fiber structures formed from the electrically conductive polymer.
  • the method according to one of examples 44 to 57 can optionally have: depolymerizing and / or disentangling the electrically conductive polymer to form a depolymerized and / or disentangled polymerizable material by means of an energy supply.
  • the method according to example 58 can optionally include that the energy is supplied by means of supplying thermal energy.
  • the method according to example 58 or 59 can optionally include that the energy is supplied by means of supplying electromagnetic radiation.
  • Example 61 is a method for operating an electronic component, the method comprising: providing an electrolyte material at least in a space between at least three electrodes, wherein the at least three electrodes are each arranged on and / or in the substrate at a distance from one another and wherein the electrolyte material having at least one polymerizable material, forming at least one electrical connection between a first and a second electrode of the at least three electrodes by means of polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer; and forming at least one electrical connection between a third electrode of the at least three electrodes and the first or the second electrode by means of polymerizing the at least one polymerizable material to form an electrically conductive polymer.
  • a three-dimensional structure can be formed from a multiplicity of electrodes.
  • a substrate can be dispensed with and the electrodes can be held in position in any suitable manner.
  • Example 62 is an electronic component including: a three-dimensional structure including a plurality of electrodes; wherein, when the electronic component is in a first operating state, an electrolyte material is arranged at least in a space between the electrodes of the plurality of electrodes, the electrolyte material having at least one polymerizable material; and wherein, when the electronic component is in a second operating state, at least one electrical connection is established between at least two electrodes of the plurality of electrodes, the at least one electrical connection consisting of an electrically conductive polymer.

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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein elektronisches Bauelement (100) bereitgestellt. Das elektronische Bauelement (100) kann ein Substrat (102) aufweisen, wobei das Substrat (102) mindestens zwei Elektroden (104, 106) aufweisen kann, wobei die mindestens zwei Elektroden (104, 106) jeweils auf und/oder in dem Substrat (102) in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Wenn das elektronische Bauelement (100) in einem ersten Betriebszustand ist, kann ein Elektrolytmaterial (108) zumindest in einem Raumbereich zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) angeordnet sein, wobei das Elektrolytmaterial (108) mindestens ein polymerisierbares Material aufweist. Wenn das elektronische Bauelement (100) in einem zweiten Betriebszustand ist, kann mindestens eine elektrische Verbindung (110) zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) hergestellt sein, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung (110) aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Das elektrisch leitfähige Polymer kann ein oder mehrere Faserstrukturen aufweisen, wobei die ein oder mehreren Faserstrukturen im körperlichen Kontakt mit den mindesten zwei Elektroden (104, 106) stehen.

Description

ELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES ELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
BESCHREIBUNG
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements.
Künstliche neuronale Netze (auch bezeichnet als künstliche neuronale Netzwerke) sind beispielsweise Netze aus künstlichen Neuronen. Derzeit stellen künstliche neuronale Netze einen Grundbaustein der künstlichen Intelligenz dar. Derartige Netze zeichnen sich beispielsweise durch eine hohe Interkonnektivität zwischen verschiedenen Netzpunkten, den künstlichen Neuronen, aus. Weiterhin beruht das Grundprinzip beispielsweise darauf, dass das Netz in der Lage sein soll zu lernen und dazu neue Verbindungen zwischen den künstlichen Neuronen auszubilden.
Im Allgemeinen werden Möglichkeiten gesucht, um die Funktionen der natürlichen Neuronen und Synapsen nachzuahmen und letztlich zu versuchen, die natürlichen neuromorphen Mechanismen künstlich zu reproduzieren.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein elektronisches Bauelement, das in geeigneter Weise eingerichtet ist, um neuromorphen Mechanismen künstlich zu reproduzieren. Das elektronische Bauelement kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise derart eingerichtet sein, dass Polymerleiterbahnen mit neuromorphen Eigenschaften, wie beispielsweise Synaptogenese und/oder Plastizität, gebildet werden können. Gegenüber herkömmlichen Ansätzen kann somit eine verbesserte Zuverlässigkeit und ein höheres Level an neurologischer Nachahmung erzielt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement derart eingerichtet sein, dass die Polymerleiterbahnen gezielt zwischen zwei oder mehr als zwei Elektroden auf einem Substrat gewachsen werden können mittels Anlegens einer elektrischen Spannung an die zwei oder die mehr als zwei Elektroden. Dies kann beispielsweise während des Betriebes des elektronischen Bauelements erfolgen, was somit einen Teil eines künstlichen neuronalen Netzes oder als künstliches neuronales Netz fungieren kann. Die Verbindungen dieses künstlichen neuronalen Netzes können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in deren Direktionalität und/oder Wichtung beispielsweise mittels Frequenz, Bandbreite, Signalform und/oder Spannungshöhe des an die zwei oder mehr als zwei Elektroden des elektronischen Bauelements angelegten Signals beeinflusst werden (z.B. gezielt eingestellt werden). Die Verbindungen des künstlichen neuronalen Netzes können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, mittels der verwendeten Salzkonzentration des in dem elektronischen Bauelement angeordneten Elektrolytmaterials beeinflusst werden (z.B. gezielt eingestellt werden).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement derart eingerichtet sein, dass ein wiederholtes Programmieren des elektronischen Bauelements mit unterschiedlichen neuromorphen Eigenschaften erfolgen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein elektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zum Betreiben des elektronischen Bauelements bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Programmieren des elektronischen Bauelements aufweist. Dabei kann das Verfahren derart ausgestaltet sein, dass auch ein Elmprogrammieren bzw. ein wiederholtes Programmieren des elektronischen Bauelements ermöglicht ist, so dass das elektronische Bauelement in Zustände mit voneinander verschiedenen neuromorphen Eigenschaften gebracht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein gerichtetes Wachstum einer elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehr als zwei Elektroden (z.B. zwischen mehreren Elektroden, die beispielsweise als Knoten eines künstlichen neuronalen Netzes fungieren können) aus Polymerfasem mittels Elektropolymerisation erzeugt.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein elektronisches Bauelement, welches beispielsweise ein Substrat aufweist. Das Substrat kann mindestens zwei Elektroden aufweisen, wobei die mindestens zwei Elektroden jeweils auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sein können. Wenn das elektronische Bauelement beispielsweise in einem ersten Betriebszustand ist, ist ein Elektrolytmaterial zumindest in einem Raumbereich zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnet, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist. Wenn das elektronische Bauelement beispielsweise in einem zweiten Betriebszustand ist, ist mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden hergestellt, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.
Mittels einer Steuervorrichtung kann beispielsweise ein entsprechendes elektrisches Signal an die mindestens zwei Elektroden angelegt werden, so dass das elektronische Bauelement mittels des elektrischen Signals beispielsweise von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand gebracht werden kann. Der Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand erfolgt mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu dem elektrisch leitfähigen Polymer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweisen oder daraus bestehen. Die ein oder mehreren Faserstrukturen können sich beispielsweise netzförmig ausbilden. Mittels einer Steuervorrichtung kann beispielsweise ein entsprechendes elektrisches Signal an die mindestens zwei Elektroden angelegt werden, so dass das elektronische Bauelement mittels des elektrischen Signals beispielsweise von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand oder in einen dritten Betriebszustand gebracht werden kann. Der Wechsel von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand kann beispielsweise mittels Depolymerisierens und/oder Entflechtens des elektrisch leitfähigen Polymers erfolgen. Allerdings kann eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers auch allgemein mittels einer geeigneten Energiezufuhr erfolgen, z.B. in Form von elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das polymerisierbare Material ein Monomer eines intrinsisch leitfähigen Polymers und/oder eines dotierten Polymers. Das elektrisch leitfähige Polymer kann in diesem Fall dann das intrinsisch leitfähige Polymer bzw. das dotierte Polymer sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement ferner eine geeignete Gate-Struktur aufweisen, welche es ermöglicht, die elektrische Leitfähigkeit der hergestellten elektrischen Verbindung mittels eines elektrischen Feldes zu beeinflussen (z.B. gezielte einzustellen). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede weitere Elektrode als Gate-Struktur fungieren, die zusätzlich zu den mindestens zwei Elektroden bereitgestellt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement eine Metallisierung aufweisen welche es ermöglicht, die mindestens zwei Elektroden bzw. das elektronische Bauelement mit mindestens einem biologischen Nerv zu verbinden.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird ein elektronisches Bauelement bereitgestellt, welches beispielsweise ein Substrat aufweisen kann sowie eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Ferner weist das elektronische Bauelement ein Elektrolytmaterial auf, welches zumindest in einem Raumbereich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist oder daraus besteht. Weiterhin weist das elektronische Bauelement eine Steuervorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf, wobei die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass mindestens eine elektrische Verbindung zwischen zumindest der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode hergestellt werden kann mittels Elektropolymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement ferner eine dritte Elektrode aufweisen, wobei die Steuervorrichtung ferner derart eingerichtet sein kann, dass das Herstellen der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen zumindest der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mittels eines zu der dritten Elektrode bereitgestellten elektrischen Signals beeinflusst werden kann, z.B. gezielt eingestellt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektronisches Bauelement mehrere Substrate aufweisen, wobei die mehreren Substrate übereinander angeordnet sein können und wobei jedes der mehreren Substrate mehrere Elektroden aufweisen kann. Die mehreren Elektroden eines jeweiligen Substrats können beispielsweise auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sein. Ferner kann das elektronische Bauelement ein Elektrolytmaterial aufweisen, welches zumindest in einem Raumbereich zwischen den mehreren Elektroden des jeweiligen Substrats der mehreren Substrate angeordnet sein kann. Das Elektrolytmaterial kann beispielsweise mindestens ein polymerisierbares Material aufweisen. Ferner kann das elektronische Bauelement eine Steuervorrichtung aufweisen beispielsweise zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zumindest zwei der mehreren Elektroden des jeweiligen Substrats der mehreren Substrate. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Elektroden des jeweiligen Substrats mittels Elektropolymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung ferner eingerichtet sein, eine elektrische Spannung zwischen zumindest einer Elektrode eines ersten Substrats der mehreren Substrate und zumindest einer Elektrode eines zweiten Substrats der mehreren Substrate derart bereitzustellen, dass eine elektrische Verbindung zwischen der zumindest einen Elektrode des ersten Substrats und der zumindest einen Elektrode des zweiten Substrats hergestellt werden kann mittels Elektropolymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird ein künstliches neuronales Netz bereitgestellt, welches ein oder mehrere elektronische Bauelemente aufweist oder daraus gebildet ist. Das künstliche neuronale Netz ist beispielsweise derart eingerichtet, dass mindestens eine Rechenfunktion mittels des einen elektronischen Bauelements bzw. mittels der mehreren elektronischen Bauelemente ausgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements bereitgestellt, wobei das Verfahren beispielsweise aufweist: Bereitstellen eines Elektrolytmaterials zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens zwei Elektroden auf, wobei die mindestens zwei Elektroden jeweils auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist. Das Verfahren kann beispielsweise ferner aufweisen: Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer auf.
Es versteht sich, dass ein hierin beschriebenes Verfahren (z.B. ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements) entsprechend ein oder mehrere Verfahrensschritte aufweisen kann, die hierin mit Bezug auf Funktionen einer Vorrichtung (z.B. mit Bezug auf das elektronische Bauelement) beschrieben sind, und vice versa.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B ein elektronisches Bauelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 2 mehrere Vergleichsabbildungen während des Bildens einer elektrischen Verbindung zwischen Elektroden abhängig von der Frequenz des an die Elektroden angelegten elektrischen Signals, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 3 A und 3B eine Grafik einer Leitfähigkeit einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit von der Zeitdauer eines Anlegens eines elektrischen Signals zum Bilden der elektrischen Verbindung sowie zugehörige schematische Abbildungen entsprechender Zustände der elektrischen Verbindung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 4A und 4B ein elektronisches Bauelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 5 ein elektronisches Bauelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 6 ein elektronisches Bauelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 7 mehrere elektronische Bauelemente in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; Figuren 8A bis 8D mehrere Abbildungen eines Bildens einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit von dem angelegten elektrischen Signal zum Bilden der elektrischen Verbindung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
Figur 9 ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Betreiben eines elektronischen Bauelements, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektronisches Bauelement ein Substrat aufweisen. Das Substrat kann beispielsweise eine plane Oberfläche aufweisen und beispielsweise als Träger für Elektroden oder ähnliches dienen. Das Substrat kann beispielsweise mechanisch rigid, z.B. starr, unbiegsam bzw. fest sein, oder das Substrat kann mechanisch flexibel sein, z.B. biegbar, elastisch bzw. beweglich. Eine Struktur, die beispielsweise nicht körperlich mit den Elektroden des hierin beschriebenen elektronischen Bauelements verbunden ist, kann beispielsweise nicht als Substrat verstanden werden.
Der hierin verwendete Begriff „elektrische Verbindung“ kann beispielsweise eine Struktur beschreiben, die durch ein elektrisch leitfähiges Polymer verkörpert wird. Das elektrisch leitfähige Polymer erstreckt sich beispielsweise zwischen mindestens zwei Elektroden und kann mit den mindestens zwei Elektroden in körperlichem Kontakt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Elektrolyt (z.B. in Form einer Elektrolytlösung oder eines Festkörperelektrolyten) zwischen den mindestens zwei Elektroden bereitgestellt sein, wobei, auch wenn das Elektrolyt in einem gewissen Umfang elektrisch leitfähig ist, es nicht als elektrische Verbindung verstanden wird.
Der hierin verwendete Begriff „elektrische Verbindung“ kann beispielsweise eine Struktur beschreiben, die eine elektrische Leitfähigkeit basierend auf Elektronen- oder Löcherleitung bereitstellt. Ein Elektrolyt kann beispielsweise als ein Ionenleiter verstanden werden.
Der hierin verwendete Begriff „Betriebszustand“ kann beispielsweise als ein Zustand eines funktionstüchtigen elektronischen Bauelements verstanden. Der Betriebszustand kann beispielsweise ein Ruhezustand (Aus-Zustand, z.B. charakterisiert durch eine fehlende Leitfähigkeit der Polymerverbindung oder durch die Abwesenheit der Polymerverbindung) und einen aktiven Zustand (An-Zustand, z.B. charakterisiert durch eine elektrische Leitfähigkeit der Polymerverbindung und die Anwesenheit der Polymerverbindung) sein, aber auch darüber hinausgehen, unabhängig davon, ob das elektronische Bauelement mit elektrischer Energie versorgt ist. Anschaulich kann der Betriebszustand des elektronischen Bauelements beispielsweise auch ohne Zufuhr elektrischer Energie zumindest für eine gewisse Zeit (z.B. Tage, Wochen oder Monate) erhalten bleiben. Ein erster Betriebszustand kann beispielsweise ein Zustand des elektronischen Bauelements sein, in dem keine elektrische Verbindung mittels des elektrisch leitfähigen Polymers zwischen den mindestens zwei Elektroden bereitgestellt ist. Dabei kann ein Bereich zwischen den mindestens zwei Elektroden im Wesentlichen frei von einem elektrisch leitfähigen Polymer sein. Der erste Betriebszustand kann anschaulich beispielsweise als ein nicht- programmierter oder untrainierter Zustand des elektronischen Bauelements verstanden werden. Ein zweiter Betriebszustand des elektronischen Bauelements kann beispielsweise ein Zustand des elektronischen Bauelements sein, in dem die elektrische Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden mittels des elektrisch leitfähigen Polymers hergestellt ist. Dabei kann das elektrisch leitfähige Polymer körperlich und elektrisch mit den mindestens zwei Elektroden verbunden sein. Der zweite Betriebszustand kann anschaulich beispielsweise als ein programmierter oder trainierter Zustand des elektronischen Bauelements verstanden werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement in einen von mehreren zweiten Zuständen gebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement mittels der Gate- Struktur in einen Zustand gebracht werden, der nicht ohne Energiezufuhr gehalten werden kann. Durch das Anlegen eines elektrischen Signals an die Gate-Struktur kann beispielsweise die Polymerverbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden in ihrer elektrischen Leitfähigkeit moduliert werden (z.B. zwischen geringer und hoher Leitfähigkeit).
Der hierin verwendete Begriff „Plastizität“ kann beispielsweise als eine Eigenschaft (beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit) der elektrischen Verbindung des elektronischen Bauelements verstanden werden. Diese kann durch Stimulation, beispielsweise mittels eines elektrischen Signals, entsprechend der Stimulation verändert und angepasst werden. Die Plastizität kann anschaulich somit als eine Grundvoraussetzung für ein Programmieren des elektronischen Bauelements verstanden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Stimulation mittels eines elektrischen Signals erfolgen, so dass sich die physikalischen Eigenschaften der elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden verändern, beispielsweise indem sie verzweigter, dicker und/oder mehr gewachsen werden. Somit können sich die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Verbindung verändern. Beispielsweise kann sich die elektrische Leitfähigkeit der elektrischen Verbindung aufgrund einer elektrischen Stimulation erhöhen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften der elektrischen Verbindung auch durch abwesende Stimulation möglich sein, beispielsweise mittels abwesendem elektrischen Signals, wobei die elektrische Verbindung sich beispielsweise zurückentwickeln kann. Dies kann beispielsweise aufgrund eines Abbaus und/oder eines Entflechtens bzw. eines Herauslösens des elektrisch leitenden Polymers, aus dem die elektrische Verbindung besteht, erfolgen. Somit können sich beispielsweise die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Verbindung ebenfalls zeitlich verändern. Beispielsweise kann sich die elektrische Leitfähigkeit der elektrischen Verbindung mit der Zeit reduzieren.
Der hierin verwendete Begriff „Kurzzeitplastizität“ kann derart verstanden werden, dass die Größenordnung der Zeit, in der die Plastizität sich selbst verändern kann oder mittels Stimulation verändert werden kann, berücksichtigt ist. Gleiches gilt für den hierin verwendeten Begriff „Langzeitplastizität“. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Größenordnung der Zeit, die mit der Kurzzeitplastizität verbunden wird, geringer sein als die Größenordnung der Zeit, die mit der Langzeitplastizität verbunden wird. Die Zeit, die mit der Kurzzeitplastizität verbunden wird, kann beispielsweise geringer sein als 1 h, z.B. geringer als 1 min, z.B. geringer als 1 s. Die Zeit, die mit der Langzeitplastizität verbunden wird, kann beispielsweise größer sein als 1 h, z.B. größer als 10 h, z.B. größer als 24 h.
FIG.1A und FIG.1B veranschaulichen ein elektronisches Bauelement 100 in zwei voneinander verschiedenen Betriebszuständen 100a, 100b in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 100 ein Substrat 102 aufweisen. Das elektronische Bauelement 100 bzw. das Substrat 102 des elektronischen Bauelements 100 kann beispielsweise mindestens zwei Elektroden 104, 106 aufweisen. Die mindestens zwei Elektroden 104, 106 sind jeweils auf und/oder in dem Substrat 102 in einem Abstand voneinander angeordnet. Das Substrat 102 kann beispielsweise ein nichtleitendes Substrat 102 sein. Das Substrat 102 kann beispielsweise einen elektrisch halbleitenden oder elektrisch leitenden Abschnitt aufweisen, wobei dieser dann mittels mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht von den mindestens zwei Elektroden 104, 106 elektrisch isoliert sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein leitfähiges Substrat (z.B. ein Substrat mit Ionen-Leitfähigkeit) die Rolle des Elektrolytmaterials übernehmen oder zum Teil mit übernehmen. Ferner kann beispielsweise optional eine elektrische Isolierung (z.B. eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material) zwischen dem leitfähigen Substrat und dem Elektrolytmaterial vorgesehen sein. Wenn das elektronische Bauelement 100 in einem ersten Betriebszustand 100a ist, siehe beispielsweise FIG.1A, kann ein Elektrolytmaterial 108 zumindest in einem Raumbereich zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 angeordnet sein. Das Elektrolytmaterial 108 kann mindestens ein polymerisierbares Material aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 eine Elektrolytlösung aufweisen, und das polymerisierbare Material kann in der Elektrolytlösung gelöst und/oder dispergiert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 eine Trägerflüssigkeit aufweisen, wobei das Elektrolyt in der Trägerflüssigkeit gelöst und/oder dispergiert sein kann und wobei auch das polymerisierbare Material in der Trägerflüssigkeit gelöst und/oder dispergiert sein kann.
Wenn das elektronische Bauelement 100 in einem zweiten Betriebszustand ist, siehe beispielsweise FIG.1B, kann mindestens eine elektrische Verbindung 110 zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 hergestellt sein. Die mindestens eine elektrische Verbindung 110 kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Das elektrisch leitfähige Polymer kann mittels Polymerisierens des polymerisierbaren Materials gebildet sein oder werden.
Das elektronische Bauelement 100 kann somit, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, neuromorphe Eigenschaften aufweisen. Neuromorphe Eigenschaften können beispielsweise auf dem Bilden der elektrischen Verbindung 110 zwischen den Elektroden 104, 106 (analog zu der neuronalen Synaptogenese) basieren, sowie auf einer mittels eines an die Elektroden 104, 106 des elektrischen Bauelements 100 angelegten elektrischen Signals veränderbaren Plastizität der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 (anschaulich analog zu der neuronalen Plastizität). Das elektronische Bauelement 100 kann somit beispielsweise als ein neuromorpher Chip und/oder synaptische Verbindung in sogenannten Hirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer- Interface) ausgestaltet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der mindestens zwei Elektroden 104, 106 abschnittsweise von dem Elektrolytmaterial 108 elektrisch isoliert sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Bereiche der jeweiligen Elektrode 104, 106 mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 107 von dem Elektrolytmaterial 108 elektrisch getrennt sein. Die elektrisch isolierenden Schicht 107 kann beispielsweise auf dem jeweiligen Bereich der Elektrode 104, 106 aufgebracht sein oder werden, der elektrisch von dem Elektrolytmaterial 108 isoliert sein soll. Somit kann beispielsweise mindestens ein aktiver Abschnitt der jeweiligen Elektrode 104, 106 definiert werden, von dem aus das Bilden der elektrischen Verbindung 110 startet oder zu dem hin die elektrischen Verbindung 110 wachsen kann. Im Folgenden werden einige Detailaspekte beschrieben mit Bezug auf das elektronische Bauelement 100. Es versteht sich, dass diese Detailaspekte nur beispielhafte Ausgestaltungen betreffen und dass das elektronische Bauelement 100 auch in anderen geeigneten Weisen ausgestaltet sein kann.
Beispielsweise kann das Substrat 102 eine Stahlfolie, Stahlblech, einen Kunststoffwafer, eine Kunststofffolie, oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Substrat 102 kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen.
Das Substrat kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, natürliche Polymere aufweisen oder daraus bestehen, z.B. Cellulose, Kollagen, Polylactatsäure, Gelatine. Diese natürlichen Polymere oder andere Materialien können beispielsweise als ionenleitendes Material fungieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial von ein Material des Substrats bereitgestellt sein.
Auf und/oder in dem Substrat 102 können zumindest eine erste Elektrode 104 und eine zweite Elektrode 106 ausgebildet sein. Die mindestens zwei Elektroden 104, 106 können beispielsweise im Wesentlichen in der gleichen Ebene auf und/oder in dem Substrat 102 angeordnet sein. In einigen Ausgestaltungen kann das Substrat 102 eine im Wesentlichen planare Oberfläche 102s aufweisen, und die mindestens zwei Elektroden 104, 106 können direkt auf der planare Oberfläche 102s aufgebracht sein oder werden. Alternativ dazu können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 in unterschiedlichen Ebenen auf und/oder in dem Substrat 102 angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 einen Abstand von weniger als 200 pm voneinander aufweisen, z.B. weniger als 150 pm, weniger als 100 pm, weniger als 50 pm, weniger als 20 pm oder weniger als 5 pm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vielzahl der Elektroden (z.B. mehr als 25 oder mehr als 100 Elektroden) derart bereitgestellt sein, dass die Elektroden in Form eines Gitters angeordnet sind. Das Gitter kann beispielsweise 2-dimensional oder 3-dimensional sein. Die jeweils benachbarten Elektroden können im Wesentlichen den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Das Gitter kann anschaulich beispielsweise ein quadratisches oder kubisches Gitter sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Wachstum der elektrisch leitenden Polymerverbindungen innerhalb einer Struktur erfolgen, die 3-dimensional porös ist.
Die mindestens zwei Elektroden 104, 106 können beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen. Beispielsweise können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 Aluminium, Kupfer, Gold, Platin, Silber aufweisen oder daraus bestehen. Auch können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 beispielsweise Silberchlorid, Platin, Iridium, Palladium, Nickel, Molybdän, Tantal, Wolfram, etc. aufweisen oder daraus bestehen. Auch können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 Kohlenstoff oder ein hochleitfähiges Polymer (z.B. PEDOT:PSS) aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 ein Flüssigelektrolyt, beispielsweise eine ionische Flüssigkeit, ein Carbonat-basiertes Elektrolyt, und/oder ein Polymerelektrolyt, auch Ionomer genannt, aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Elektrolytmaterial 108 in einer Lösung eingetauchte poröse Medien, beispielsweise ein ionisches poröses Polymer und/oder einen porösen Elektrolytfeststoff, aufweisen oder daraus bestehen.
Weiterhin weist das Elektrolytmaterial 108 bewegliche Ionen auf. Die Ionen können beispielsweise Perchlorat-Ionen oder andere geeignete Ionen sei. Dabei kann das Elektrolytmaterial 108 Lithiumperchlorat, Tetrabutylammoniumperchlorat oder andere geeignete Materialien, wie beispielsweise Natriumchlorid, Natriumbromid, Kaliumchlorid, Kupfer(II)- chlorid, Kupfersulfat, Natriumiodid, etc., aufweisen.
Das Elektrolytmaterial 108 kann beispielsweise in einem Raumbereich 105 zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 angeordnet sein. Dabei können die mindestens zwei Elektroden 104, 106 wenigstens teilweise im körperlichen Kontakt mit dem Elektrolytmaterial 108 sein.
Das Elektrolytmaterial 108 kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein polymerisierbares Polymer aufweisen. Dabei kann das polymerisierbare Material ein Monomer eines intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymers sein. Das Monomer kann beispielsweise mittels Polymerisierens zu einem elektrisch leitfähigen Polymer umgewandelt werden. Das Monomer kann beispielsweise 3,4-Ethylenedioxythiophen aufweisen oder sein. Das intrinsisch leitfähige Polymer kann in diesem Fall Poly(3,4-ethylenedioxythiophen) aufweisen oder sein.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das polymerisierbare Material ein Monomer eines dotierten Polymers sein. Das Monomer kann in diesem Fall mittels Polymerisierens zu einem dotierten Polymer umgewandelt werden. Wie in den FIG.1A und FIG.1B veranschaulicht ist, kann das elektronische Bauelement 100 eine Steuervorrichtung 112 aufweisen bzw. die mindesten zwei Elektroden 104, 106 des elektronischen Bauelements 100 können mit einer Steuervorrichtung 112 gekoppelt sein zum Bereitstellen eines elektrischen Signals zu den mindestens zwei Elektroden 104, 106.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung 112 derart eingerichtet sein, dass das elektronische Bauelement 100 mittels des bereitgestellten elektrischen Signals 112s von dem ersten Betriebszustand 100a in den zweiten Betriebszustand 100b gebracht werden kann. Dies kann mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu dem elektrisch leitfähigen Polymer erfolgen. Dabei kann das bereitgestellte elektrische Signal 112s beispielsweise eine Amplitude in einem Bereich von ungefähr 20 mV bis ungefähr 5 V aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 mV bis ungefähr 2 V.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das bereitgestellte elektrische Signal 112s eine mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung aufweisen, beispielsweise eine Wechsel Spannung, eine gepulste Gleichspannung, und/oder eine gepulste Bipolarspannung.
Die Steuervorrichtung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das bereitgestellte elektrische Signal 112s zu einem gerichteten Faserwachstum des mindestens einen polymerisierbaren Materials führt. Dabei kann das Wachstum von der ersten Elektrode 104 in Richtung der zweiten Elektrode 106 erfolgen. Ferner kann das elektrische Signal 112s derart bereitgestellt sein, z.B. abwechselnd auf der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 oder mit alternierender Polarität, so dass das Wachstum von der ersten Elektrode 104 in Richtung der zweiten Elektrode 106 und auch von der zweiten Elektrode 106 in Richtung der ersten Elektrode 104 erfolgt. Beispielsweise kann das Polymerisieren des mindestens einen polymerisierbaren Materials derart erfolgen, dass das elektrisch leitfähige Polymer abwechselnd auf der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 gebildet wird, beispielweise als eine oder mehreren Faserstrukturen auf der ersten Elektrode 104 und eine oder mehreren Faserstrukturen auf der zweiten Elektrode 106, bis sich die ein oder mehreren, auf der ersten Elektrode 104 gebildeten Faserstrukturen mit den ein oder mehreren, auf der zweiten Elektrode 106, gebildeten Faserstrukturen verbinden, um die elektrisch leitenden Polymerverbindung zu bilden.
Ein gerichtetes Wachstum des mindestens einen polymerisierbaren Materials, z.B. abwechselnd auf der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106, kann beispielsweiseverursachen, dass das elektrisch leitende Polymer eine signalabhängige faserartige Struktur aufweist. Dies kann beispielsweise den Vorteil haben, dass die elektrisch leitfähige Polymerverbindung durch geeignete Wahl des elektrischen Signals vielstufig (z.B. mit mehr als drei verschiedenen Werten) einstellbar ist bzw. eingestellt werden kann, beispielsweise bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit. Beispielsweise kann dadurch das elektronische Bauelement 100 nicht nur einen An- Betriebszustand und einen Aus-Betriebszustand aufweisen, sondern mindestens einen zwischen dem An-Betriebszustand und dem Aus-Betriebszustand weiteren, Betriebszustand aufweisen, beispielsweise 20, beispielsweise 100, beispielsweise 1000, beispielsweise 5000 verschiedenen Betriebszustände. Dabei kann das elektronische Bauelement 100 beispielsweise als Speicher-Zelle fungieren.
Die faserartige Struktur des elektrisch leitenden Polymers kann sich beispielsweise von einer filmartigen Struktur dadurch unterscheiden, dass die faserartige Struktur beispielsweise ein oder mehrere Längsabschnitte aufweist, welche vollumfänglich von dem Elektrolytmaterial 108 umgeben sein können. Beispielsweise können ein oder mehrere Längsabschnitte der faserartigen Struktur vollumfänglich frei von einem körperlichen Kontakt mit dem Substrat 102 sein.
Die Steuervorrichtung 112 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Frequenz in einem Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 10 kHz aufweist, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 Hz bis ungefähr 5 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 Hz bis ungefähr 2 KHz. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung 112 derart eingerichtet sein, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine periodische elektrische Spannung ist mit einer Periodendauer in einem Bereich von ungefähr 0,01 ms bis ungefähr 0,1 s aufweist, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 ms bis ungefähr 50 ms.
Die Steuervorrichtung 112 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Einschaltdauer (auch als Anzeit bezeichnet) in einem Bereich von ungefähr 10 % bis ungefähr 50 % aufweist z.B. in einem Bereich von ungefähr 20 % bis ungefähr 40 %.
Die Steuervorrichtung 112 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Bandbreite in einem Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 10kHz aufweist, z.B in einem Bereich von ungefähr 5 Hz bis ungefähr 5 kHz, in einem Bereich von ungefähr 2 Hz bis ungefähr 2 kHz.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymerisieren des mindestens einen polymerisierbaren Material nur erfolgen, wenn die angelegte elektrische Spannung über einer elektrischen Schwellenspannung liegt. Somit können die Monomeren beispielsweise oxidieren und die für die chemische Reaktion notwendigen bzw. hilfreichen Radikalkationen können gebildet werden. Die elektrische Schwellenspannung kann von der Ausgestaltung der mindestens zwei Elektroden 104, 106 abhängig sein. Beispielsweise kann die elektrische Schwellenspannung eine Funktion des zwischen den Elektroden 104, 106 vorhandenen Abstandes, und/oder eine Funktion der Eigenschaften des bereitgestellten elektrischen Signals, beispielsweise eine Funktion der Pulsfrequenz, sein. Als Beispiel, wenn die Elektroden 200 pm voneinander beabstandet sind und die Pulsfrequenz in einem Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 10kHz liegt, kann die elektrische Schwellenspannung in einem Bereich von ungefähr 20 mV bis ungefähr 5 V liegen.
Wie in FIG.1A beispielhaft veranschaulicht ist, kann das Elektrolytmaterial 108 in dem ersten Betriebszustand 100a im Wesentlichen frei von der elektrischen Verbindung 110 aus dem elektrisch leitfähigen Polymer sein. Beispielsweise kann das elektronische Bauelement 100 frei von einer durchgehenden Polymerstruktur sein, die die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch leitend und körperlich verbindet. Der erste Betriebszustand 100a des elektronischen Bauelements 100 kann anschaulich ein umprogrammierter Zustand des elektronischen Bauelements 100 sein. Dabei kann das polymerisierbare Material in dem Elektrolytmaterial 108 im Wesentlichen in Form von Monomeren vorliegen. Das Elektrolytmaterial 108 kann auch Polymere aus dem polymerisierbaren Material aufweisen, wobei die Polymeren in dem Elektrolytmaterial 108 in löslicher und/oder unlöslicher Form enthalten sein können, aber nicht die mindestens zwei Elektroden 104, 106 miteinander verbinden.
Wie in FIG.1B beispielhaft veranschaulicht ist, kann das elektronische Bauelement 100 in dem zweiten Betriebszustand 100b mindestens eine elektrische Verbindung 110 aufweisen. Das elektronische Bauelement 100 kann beispielsweise eine Struktur aufweisen, die die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch leitend und körperlich verbindet. Der zweite Betriebszustand des elektronischen Bauelements 100 kann anschaulich ein programmierter Zustand des elektronischen Bauelements 100 sein. Dabei weist das Elektrolytmaterial 108 das elektrisch leitende Polymer auf, welches die elektrische Verbindung 110 bilden kann. Die elektrische Verbindung 110 ist in dem Elektrolytmaterial 108 wenigstens teilweise unlöslich und ist beispielsweise im Wesentlichen von dem Elektrolytmaterial 108 umgeben. Die elektrische Verbindung 110 kann mittels Elektropolymerisierens, z.B. mittels eines feld-gerichteten Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials des Elektrolytmaterials 108 zu dem elektrisch leitenden Polymer gebildet sein oder werden. Auch in dem zweiten Betriebszustand kann das Elektrolytmaterial 108 weiterhin das polymerisierbare Material sowie von dem elektrisch leitenden Polymer unterschiedlichen Polymere aus dem polymerisierbaren Material aufweisen, wobei die unterschiedlichen Polymere in dem Elektrolytmaterial 108 in löslicher und/oder unlöslicher Form enthalten sein können. Anschaulich kann die mindestens eine elektrische Verbindung 110 aus einem Anteil von der Gesamtmenge an polymerisierbares Material gebildet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweisen oder daraus bestehen. Dabei kann die eine bzw. können die mehreren Faserstrukturen beispielsweise netzförmig bzw. zumindest einfach oder mehrfach verzweigt sein. Die eine Faserstruktur kann beispielsweise einen Strang oder mehrere Stränge aufweisen, wobei sich der eine Strang oder die mehreren Stränge von der ersten Elektrode 104 bis zu der zweiten Elektrode 106 erstreckt bzw. erstrecken. Die physikalischen Eigenschaften (z.B. die elektrische Leitfähigkeit) der mindestens einen Verbindung 110 können beispielsweise definiert sein von der Länge und/oder der Dicke der ein oder mehreren Faserstrukturen der mindestens einen elektrischen Verbindung 110, der Anzahl an Faserstrukturen, der Grad der Verzweigung der ein oder mehreren Faserstrukturen und/oder die Direktionalität der ein oder mehreren Faserstrukturen. Unter dem Begriff „Direktionalitäf ‘ wird verstanden, in welche Richtung sich die ein oder mehreren Faserstrukturen in dem Elektrolytmaterial 108 erstrecken und ob die ein oder mehreren Faserstrukturen im Wesentlichen aus einer der mindestens zwei Elektroden 104, 106 wachsen oder ob die ein oder mehreren Faserstrukturen aus beiden der mindestens zwei Elektroden 104, 106 wachsen.
Dabei kann die Steuervorrichtung 112 eingerichtet sein, eine elektrische Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 derart bereitzustellen, dass mittels der elektrischen Spannung das elektrisch leitfähige Polymer der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 aus dem mindestens einen polymerisierbaren Material des Elektrolytmaterials 108 gebildet wird. Anschaulich kann das Polymerisieren des mindestens einen polymerisierbaren Materials des Elektrolytmaterials 108 derart erfolgen, dass das elektronische Bauelement 100 in den zweiten Betriebszustand 100b gebracht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Spannung mittels der Steuervorrichtung 112 derart angelegt werden, dass mindestens eine elektrische Verbindung 110 die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch und körperlich verbindet.
Weiterhin kann das von der Steuervorrichtung 112 bereitgestellte elektrische Signal 112s die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 beeinflussen, wie beispielsweise in FIG.2 bis FIG.9 näher erläutert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrisch leifähige Polymer zumindest abschnittsweise frei von einem körperlichen Kontakt mit dem Substrat 102 sein. Die mindestens eine elektrische Verbindung 110 kann beispielsweise vollumfänglich von Elektrolytmaterial 108 umgeben sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 bewegliche Ionen zum Bereitstellen einer Kurzzeitplastizität der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 aufweisen. Dabei können die beweglichen Ionen beispielsweise in das elektrisch leitenden Polymer eindringen derart, dass die elektrische Verbindung 110 dotiert wird. Alternativ dazu können sich die Ionen beispielsweise an dem elektrisch leitenden Polymer anlagem derart, dass die elektrische Verbindung 110 beeinflusst wird. Dies ermöglicht beispielsweise eine Veränderung der physikalischen und/oder der elektrischen Eigenschaften der mindestens einen elektrischen Verbindung 110. FIG.2 veranschaulicht mehrere Vergleichsabbildungen (links) bezüglich des Bildens der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 eines elektronischen Bauelements 100 abhängig von einer Frequenz des elektrischen Signals 112s. Ferner sind mehrere Grafiken (rechts) den Vergleichsabbildungen zugeordnet, welche die Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 darstellen.
Je höher die Frequenz des von der Steuervorrichtung 112 bereitgestellten elektrischen Signals 112s ist, desto höher kann beispielsweise die Anzahl an gebildeten Faserstrukturen sein und desto höher kann demzufolge die Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 sein. Es wurde beispielsweise erkannt, dass höhere Frequenzen das Verzweigen der ein oder mehreren Faserstrukturen fördern, was zu einer höheren Anzahl an Strängen führen kann, welche die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektroden 106 körperlich und elektrisch verbinden. Dies realisiert beispielsweise einen synaptogenese-ähnlichen Prozess, wie er kontinuierlich in einem Gehirn geschieht, in dem neue Verbindungen erstellt, synaptische Wege verstärkt und Erinnerungen kodiert werden.
Eine höhere Frequenz des von der Steuervorrichtung 112 bereitgestellten elektrischen Signals 112s kann anschaulich einem intensiveren Training des elektronischen Bauelements 100 entsprechen, wenn dieses als Knoten oder als Netz eingesetzt wird. Dies ermöglicht es beispielsweise, biologische Mechanismen (wie beispielsweise leminduzierte Synaptogenese, Neuvemetzung und Konditionierung (Conditioning)) nachzuahmen und einen neuen Ansatz zu neuromorphem Computing, neuronalen Kontakten oder Schnittstellen und physikalischen neuronalen Netzwerken zu realisieren.
FIG.3A und FIG.3B veranschaulichen eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 des elektronischen Bauelements 100 abhängig von der Zeitdauer des Anlegens des elektrischen Signals 112s bei 200 Hz sowie schematische Abbildungen der entsprechenden Zustände der mindestens einen elektrischen Verbindung 110, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Wie in FIG.3 A veranschaulicht ist, kann beispielsweise in einem ersten Zeitabschnitt (Bereich a), z.B. in den ersten achtzehn Sekunden, des Anlegens des elektrischen Signals 112s eine niedrige elektrische Leitfähigkeit für die mindestens eine elektrische Verbindung 110 gemessen werden, die ein Plateau bildet. Bei der dabei gemessenen niedrigen Leitfähigkeit kann es sich im Wesentlichen um die Leitfähigkeit des Elektrolytmaterials 108 handeln.
In dem ersten Zeitabschnitt können zwar ein oder mehreren Faserstrukturen aus elektrisch leitenden Polymer wachsen, wie in der zugehörigen schematischen Abbildung in FIG.3B dargestellt ist, doch die erste Elektrode 104 und die zweite Elektrode 106 sind noch nicht mittels der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 elektrisch leitend und körperlich verbunden. Das elektronische Bauelement 100 ist dabei noch in dem ersten Betriebszustand 100a. Das Plateau in dem Bereich a gibt somit anschaulich den Lemmechanismus der Neuronen wieder sowie eine gewisse Lernzeit.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolytmaterials 108 kleiner sein als die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110. Beispielsweise ist die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 mehr als 10-, 50-, oder 100-mal so groß wie die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolytmaterials 108. Dabei kann die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 größer sein als 106 S/m.
Wie in FIG.3A veranschaulicht ist, kann beispielsweise in einem zweiten Zeitabschnitt (Bereich ß), z.B. wenn das elektrischen Signal 112s länger als achtzehn Sekunden angelegt wird, eine ansteigende elektrische Leitfähigkeit für die mindestens eine elektrische Verbindung 110 gemessen werden. Das kann mit der Bildung der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 einhergehen, wobei ein durchgehender Strang der ein oder mehreren Faserstrukturen gebildet wird. Somit verbindet die elektrische Verbindung 110 die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch und körperlich, siehe die zugehörige Abbildung in FIG.3B. Das elektronische Bauelement 100 kann beispielsweise während des zweiten Zeitabschnitts in den zweiten Betriebszustand 100b gebracht werden, und nach dem zweiten Zeitabschnitt kann das elektronische Bauelement 100 in dem zweiten Betriebszustand 100b sein.
Wie in FIG.3 A veranschaulicht ist, kann beispielsweise in einem dritten Zeitabschnitt (Bereich c), z.B. wenn das elektrischen Signal 112s länger als 25 s angelegt wird bzw. nachdem zumindest ein elektrisch leitender Pfad (Strang) von dem Polymermaterial zwischen den beiden Elektroden gebildet wurde, das elektrische Signal 112s weiter angelegt bleibt oder erneut angelegt wird. In diesem Fall kann sich die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 weiter verändern. Beispielsweise können die ein oder mehreren Faserstrukturen weiterwachsen, und beispielsweise Stränge aus einer oder mehreren Faserstrukturen bilden, welche die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch und körperlich, siehe die zugehörige Abbildung in FIG.3B. Das elektronische Bauelement 100 kann somit anschaulich anders programmiert werden.
FIG.4A und FIG.4B veranschaulichen ein elektronisches Bauelement 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 100 von dem zweiten Betriebszustand (siehe beispielsweise FIG.4A) in den ersten Betriebszustand oder in einen dritten Betriebszustand gebracht werden (siehe beispielsweise FIG.4B). Das elektronische Bauelement 100 kann anschaulich von einem programmierten Zustand in einen nicht- programmierten Zustand zurückkehren oder in einen anderen Zustand gebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Verbindung 110 des elektronischen Bauelements 100 mindestens teilweise abgebaut werden, z.B. derart, dass zumindest die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch und körperlich nicht mehr mittels des elektrisch leitfähigen Polymers, das die elektrische Verbindung 110 bildet, verbunden sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung 112 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das elektronische Bauelement 100 mittels des bereitgestellten elektrischen Signals 112s von dem zweiten Betriebszustand 100b in den ersten Betriebszustand 100a gebracht werden kann. Dabei kann das bereitgestellte elektrische Signal 112s eine mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung aufweisen, die die elektrische Verbindung 110 des elektronischen Bauelements 100 mindestens teilweise abbaut, z.B. derart, dass zumindest die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 elektrisch und körperlich nicht mehr verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Elektrolytmaterial 108 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das elektronische Bauelement 100 mittels des bereitgestellten elektrischen Signals 112s der Steuervorrichtung 112 von dem zweiten Betriebszustand 100b in den ersten Betriebszustand 100a oder in einem anderen weiteren Zustand gebracht werden kann. Das Elektrolytmaterial 108 kann in diesem Fall beispielsweise ein Material aufweisen, beispielsweise ein Enzym und/oder eine chemische Verbindung, das geeignet ist, die elektrische Verbindung 110 mittels des bereitgestellten elektrischen Signals der Steuervorrichtung 112 mindestens teilweise abzubauen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das elektronische Bauelement 100 ferner derart eingerichtet sein, dass das elektronische Bauelement 100 mittels einer zusätzlichen Vorrichtung von dem zweiten Betriebszustand 100b in den ersten Betriebszustand 100a oder in einem anderen weiteren Zustand gebracht werden kann. Beispielsweise kann die zusätzliche Vorrichtung eine Vorrichtung sein, die mittels Energiezufuhr 114 die elektrische Verbindung 110 mindestens teilweise abbauen kann. Beispielsweise kann die Energiezufuhr 114 mittels Zuführens von thermischer Energie erfolgen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Energiezufuhr 114 mittels Zuführens von elektromagnetischer Strahlung erfolgen. Dabei kann das Zuführen von thermischer Energie bzw. elektromagnetischer Strahlung mittels eines Erwärmens bzw. mittels eines Bestrahlens der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 und/oder des Elektrolytmaterials 108 erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 derart eingerichtet sein, dass eine Depolymerisierung, eine Degradation und/oder eine Entflechtung bzw. ein Herauslösen des elektrisch leitfähigen Polymers mittels der Energiezufuhr 114 erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das elektronische Bauelement 100 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers mittels der Energiezufuhr 114 erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das elektronische Bauelement 100 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass eine Degradation des elektrisch leitfähigen Polymers mittels der Energiezufuhr 114 erfolgen kann.
Eine Degradation des elektrisch leitfähigen Polymers kann beispielsweise eine Verringerung der Dotierung eines dotierten elektrisch leitfähigen Polymers aufweisen.
Wie in FIG.4B veranschaulicht ist, kann die elektrische Verbindung 110 des elektronischen Bauelements 100 derart abgebaut werden, dass das Elektrolytmaterial 108 Bruchstücke 402, beispielsweise Polymerfragmente und/oder Monomere aus dem elektrisch leitfähigen Polymer der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 aufweist. Dabei kann das Elektrolytmaterial 108 weitere Monomere aufweisen, die in dem Elektrolytmaterial 108 vor dem Elmwandeln des elektronischen Bauelements 100 von dem ersten Betriebszustand 100a in den zweiten Betriebszustand 100b vorhanden waren. Beispielsweise kann das Elektrolytmaterial 108 Monomere aufweisen, die noch nicht umgesetzt wurden oder kein Polymerisieren erfahren haben. Die Bruchstücke 402 können beispielsweise unreaktiv gegenüber einem erneuten Polymerisieren sein. Alternativ dazu können die Bruchstücke 402 neu polymerisierbare Materialien sein oder bilden. Mittels der in dem Elektrolytmaterial 108 vorhandenen polymerisierbare Materialien, beispielsweise Polymerfragmente und/oder Monomere, kann das elektronische Bauelement 100 von dem beispielsweise neu erlangenden ersten Betriebszustand 100a wieder in einen neuen zweiten Betriebszustand 100b gebracht werden.
Das elektronische Bauelement 100 kann mehrmals von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand und zurück in den ersten Betriebszustand gebracht werden, solange das Elektrolytmaterial 108 polymerisierbare Material derart aufweist, dass eine elektrische Verbindung 110 zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 ausgebildet werden kann. Das elektronische Bauelement 100 ermöglicht anschaulich, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein mehrmaliges Programmieren. Somit kann das elektronische Bauelement 100 beispielsweise aufgrund des neuen Programmierens unterschiedliche physikalische und elektrische Eigenschaften aufweisen.
FIG.5 zeigt ein elektronisches Bauelement 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 100 eine weitere (beispielsweise eine dritte) Elektrode 116 aufweisen. Diese kann als Gate-Struktur 116 verwendet werden zum Beeinflussen der elektrischen Leitfähigkeit der hergestellten elektrischen Verbindung 110 mittels eines elektrischen Feldes. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Elektrode effektiv für die Beeinflussung des Polymerwachstums genutzt werden, beispielsweise für die Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften der mindestens einen elektrischen Verbindung 110. Physikalischen Eigenschaften, die beispielsweise beeinflusst werden können, sind unter anderem die Länge und/oder die Dicke der einen oder mehreren Fasern bzw. Stränge der Faserstrukturen der mindestens einen elektrischen Verbindung 110, die Anzahl an Fasern bzw. Stränge der Faserstrukturen bzw. die Anzahl der Faserstrukturen, der Grad der Verzweigung der ein oder mehreren Faserstrukturen und/oder die Direktionalität der ein oder mehreren Faserstrukturen.
Dabei kann die Gate-Struktur 116 benachbart zu den mindestens zwei Elektroden 104, 106 angeordnet sein, beispielsweise in einem Abstand von mindestens einer der zwei Elektroden 104, 106, z.B. in einem Abstand von 100 pm bis 500 pm. Weiterhin ist die Gate- Struktur beispielsweise in Kontakt mit dem Elektrolytmaterial 108.
Die Steuervorrichtung 112 des elektronischen Bauelements 100 kann beispielsweise eingerichtet sein, eine elektrische Spannung an der Gate-Struktur 116 derart bereitzustellen, dass mittels der elektrischen Spannung die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 verändert werden kann.
Die Gate-Struktur 116 kann ein Flüssigelektrolyt, ein Polymerelektrolyt, einen Metallkontakt, und/oder einen Kontakt aus einem elektrisch leitfähigen organischen Material aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrische Potential der Gate-Struktur 116 derart gewählt werden, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung 110, z.B. zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106, beeinflusst und/oder gesteuert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Lernprozess des elektronischen Bauelements 100 mittels einer Vielzahl von Elektroden, beispielsweise mittels mindestens dreier Elektroden, ausgelöst und/oder beeinflusst werden.
Beispielsweise kann eine unter einer elektrischen Schwellenspannung liegende elektrische Spannung zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 angelegt sein oder werden, wobei sich in diesem Fall keine elektrische Verbindung 110 ausbildet. Dennoch kann in diesem Fall mittels der Gate-Struktur 116, z.B. wenn die Gate-Struktur 116 auf eine vordefinierte Spannung (z.B. eine Bias-Spannung) eingestellt wird, das Polymerisieren des Polymermaterials zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 eingeleitet werden. Anschaulich kann die Gate-Struktur 116 gemeinsam mit den mindestens zwei Elektroden 104, 106 arbeiten und entsprechend auf die zwei Elektroden 104, 106 wirken. Der zugrundeliegende Effekt des eingeleiteten Polymerisierens kann beispielsweise aufgrund einer erhöhten Dotiemngskonzentration an einer der zwei Elektroden 104, 106 vorliegen, z.B. wenn die Gate- Struktur 116 negativ geladen ist und die positiven Ionen des Elektrolytmaterials 108 anzieht.
FIG.6 zeigt ein elektronisches Bauelement 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 100 zusätzlich zu der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 ferner mindestens eine weitere Elektrode 120 aufweisen. Die Steuervorrichtung 112 kann beispielsweise ferner derart eingerichtet sein, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 zwischen zumindest der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 mittels eines zu der jeweiligen weiteren Elektrode 120 bereitgestellten weiteren elektrischen Signals beeinflusst werden kann.
Beispielsweise kann die elektrische Leitfähigkeit der elektrischen Verbindung 110 mittels eines zu der mindestens einen weiteren Elektrode 120 bereitgestellten elektrischen Signals derart verändert werden, dass die elektrische Verbindung 110 ein oder mehrere weitere Faserstrukturen aufweist. Die ein oder mehreren weiteren Faserstrukturen können beispielsweise die erste Elektrode 104 mit der mindestens einen weiteren Elektrode 120 körperlich und elektrisch verbinden, wie in FIG.6 veranschaulicht ist. Die ein oder mehreren weiteren Faserstrukturen können beispielsweise die zweite Elektrode 106 mit der mindestens einen weiteren Elektrode 120 körperlich und elektrisch verbinden (nicht in FIG.6 dargestellt). Die ein oder mehreren weiteren Faserstrukturen können beispielsweise die erste Elektrode 104 und die zweite Elektrode 106 mit der mindestens einen weiteren Elektrode 120 körperlich und elektrisch verbinden (nicht in FIG.6 dargestellt).
Die Steuervorrichtung 112 kann ferner beispielsweise derart eingerichtet sein, dass ein elektrisches Signal 112s zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106, zwischen der ersten Elektrode 104 und der weiteren Elektrode 120, und/oder zwischen der zweiten Elektrode 106 und der weiteren Elektrode 120 angelegt ist. Dabei kann das jeweils angelegte elektrische Signal in gleicher oder ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie das hierin beschriebene Signal 112s, das zum Bilden der elektrischen Verbindung 110 zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 verwendet wird.
FIG.7 zeigt ein elektronisches Bauelement 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 100 mehrere Substrate 102 aufweisen. Die mehreren Substrate 102 können beispielsweise übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sein, wobei jedes der mehreren Substrate 102 mehrere Elektroden 104, 106 aufweisen kann, welche auf oder in dem jeweiligen Substrat 102 in einem Abstand voneinander angeordnet sein können.
Ferner kann das elektronische Bauelement 100 ein Elektrolytmaterial 108 aufweisen, welches beispielsweise zumindest in einem Raumbereich zwischen den mehreren Elektroden 104, 106 angeordnet ist. Das Elektrolytmaterial 108 kann mindestens ein polymerisierbares Material aufweisen, wie hierin beschrieben ist. Dabei kann das Elektrolytmaterial im körperlichen Kontakt mit wenigstens einem Teil der mehreren Elektroden 104, 106 sein. Weiterhin kann das elektronische Bauelement 100 eine Steuervorrichtung 112 aufweisen zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zumindest zwei der mehreren Elektrode 104, 106. Die Steuervorrichtung 112 kann derart eingerichtet sein, dass mindestens eine elektrische Verbindung 110 zwischen den zumindest zwei Elektroden 104, 106 des jeweiligen Substrats gebildet werden kann mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung 112 eingerichtet sein, eine elektrische Spannung zwischen zumindest einer Elektrode 104 eines ersten Substrats (z.B. des in FIG.7 dargestellten unteren Substrats 102) der mehreren Substrate und zumindest einer Elektrode 106 eines zweiten Substrats (z.B. des in FIG.7 dargestellten oberen Substrats 102) der mehreren Substrate anzulegen. Die Steuervorrichtung 112 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass eine elektrische Verbindung 110 zwischen der zumindest einen Elektrode 104 des ersten Substrats und der zumindest einen Elektrode 106 des zweiten Substrats hergestellt werden kann mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer, wie in FIG.7 veranschaulicht ist. Dabei kann die zwischen der zumindest einen Elektrode 104 des ersten Substrats und der zumindest einen Elektrode 106 des zweiten Substrats hergestellte elektrische Verbindung 110 beispielsweise wenigstens teilweise im körperlichen Kontakt mit dem Elektrolytmaterial 108 sein, beispielsweise von dem Elektrolytmaterial 108 umgeben sein.
Das elektronische Bauelement 100 kann beispielsweise derart verwendet werden, dass eine große Bandbreite an neuromorphen Eigenschaften in einem einzigen elektronischen Bauelement nachgeahmt sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können beispielsweise mehrere elektronische Bauelemente 100 derart miteinander verbunden sein oder werden, dass ein künstliches neuronales Netz gebildet wird. Das künstliche neuronale Netzwerk kann beispielsweise ein oder mehrere elektronische Bauelemente 100 aufweisen und eingerichtet sein zum Ausführen mindestens einer Rechenfunktion mittels der ein oder mehreren elektronischen Bauelemente 100.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 wie folgt erfolgen: Es kann beispielsweise eine elektrische Spannung von weniger als 2 V verwendet werden. An ein oder mehrere Elektroden kann ferner eine niedrigere elektrische Spannung (z.B. von -1 V) angelegt werden, um das elektrische Feld und/oder die Salzverteilung in dem Elektrolytmaterial, und somit die Direktionalität des Polymerisierens, zu kontrollieren. Dies ermöglicht beispielsweise mehrere Verbindungen zu bilden und ihr Wachstum mit externen Stimuli auszulösen.
Das daraus gebildete künstliche neuronale Netzwerk aus einem elektrisch leitfähigen Polymer kann anschaulich beispielsweise der dendritischen Topologie einer Synapse ähneln und das Wachstum kann vergleichbar sein mit einem synaptogeneti sehen Prozess.
Das Wechselstromsignal (AC) kann in einem Bereich von ungefähr 1 V bis ungefähr 6 V liegen und kann an die mindestens zwei Elektroden angelegt sein oder werden, wobei die mindestens zwei Elektroden mit einer Lösung in Kontakt sind enthaltend:
• Acetonitrile (MeCN),
• 1 mM Natrium-Tetrabutylammonium-Hexafluorophosphat (TBAPF6), und
• 50 mM 3,4-Ethylenedioxythiophen (EDOT).
Die Polymerisation kann beispielsweise zu der Bildung von Poly-3,4-Ethylenedioxythiophen (PEDOT) Fasern führen, die mit Hexafluorophosphate PF6 dotiert sind.
Die Amplitude des elektrischen Signals kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wenig Einfluss auf die Bildung der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 haben, sofern genug elektrische Spannung bereitgestellt ist, um die oxidative Polymerisation in PEDOT zu unterstützen.
Allerdings kann die Frequenz des elektrischen Signals einen maßgeblichen Einfluss auf die Bildung der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 haben. Es wurde beispielsweise erkannt, dass eine starke Korrelation zwischen Frequenz und Verzweigungsgrad der mindestens einen elektrischen Verbindung 100 besteht, wie beispielsweise in FIG.2 gezeigt ist. Frequenzen von beispielsweise mehr als 200 Hz können zur Bildung höher verzweigter elektrischer Verbindungen führen, wobei eine Erhöhung der Periodendauer der Wechsel Spannung die Verzweigungen reduzieren und den Querschnitt der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 erhöhen kann.
Diese Variationen in den physikalischen und elektrischen Eigenschaften der mindestens einen elektrischen Verbindungen können beispielsweise aus der miteinander verknüpften Bewegungsdynamik der Monomere und der Ionen aus dem Elektrolytmaterial resultieren. Die Monomere können beispielsweise von der elektrischen Spannung beeinflusst sein und die Ionen können einer Braunschen-Bewegung unterliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reaktion des Polymerisierens beispielsweise mittels Oxidierens des Monomers ausgelöst werden, wobei dotierte, mit PF6 stabilisierte Oligomere, gebildet werden, die wiederum mit bereits gebildeten PEDOT-Fasem reagieren können. Die Anwesenheit von dem Elektrolytmaterial und der lokalen, z.B. positiven Spannung, die größer als das Oxidierungspotential des Monomers ist, kann hilfreich sein, um die elektrochemische Reaktion zu realisieren. Anschaulich können sich Ionen an dem Interface zwischen den mindestens zwei Elektroden und dem Elektrolytmaterial mit einer bestimmten Widerstand-Kondensator-Zeitdauer (engl.: „RC-time“) sammeln. Eine längere Zeitdauer ermöglicht es beispielsweise, dass an den Extremitäten der Fasern mehr Reaktionen ablaufen. Dies kann zu breiteren Fasern führen. Während des folgenden kathodischen Moments können nur die neu gebildeten Extremitäten der Fasern reaktiv werden. Dieser Effekt bietet beispielsweise die Möglichkeit, die Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 aus elektrisch leitfähigem Polymer mittels struktureller Veränderungen zu steuern.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine klassische Konditionierung (z.B. eine Pavlov- Konditionierung) mittels des elektronischen Bauelement 100 ermöglicht werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
FIG.8A, FIG.8B, FIG.8C und FIG.8D zeigen jeweils einen Zustand des elektronischen Bauelements 100, anschaulich einen Zustand der mindestens einen elektrischen Verbindung 110, in Abhängigkeit von dem an die Elektroden 104, 106 angelegten elektrischen Signal 112s, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Für eine klassische Konditionierung kann das elektronische Bauelement 100 vor der Konditionierung (siehe beispielsweise FIG.8A) eine elektrische Verbindung 812a zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 aufweisen, die die zwei Elektroden 104, 106 elektrisch und körperlich miteinander verbindet. Das elektronische Bauelement 100 kann ferner eine weitere Elektrode 820 aufweisen, die frei von einer elektrischen Verbindung mit einer der zwei anderen Elektroden 104, 106 ist. Das Elektrolytmaterial 108 kann in mindestens einem Raumbereich zwischen den zwei Elektroden 104, 106 und der weiteren Elektrode 820 angeordnet sein. Das kann anschaulich einer Situation einer Pavlov-Konditionierung entsprechen, in welcher ein Lebewesen (z.B. ein Hund) 802 in Reaktion auf einen ersten äußeren Reiz (z.B. dem Futtergeruch) 804 entsprechend reagiert (z.B. speichelt) 806, aber keine physiologische Antwort mit einem anderen äußeren Reiz (z.B. dem Klang einer Glocke) 808 verbunden ist. Das Anlegen eines elektrischen Signals an die weitere Elektrode 820 kann in diesem Konditionierungs-Zustand zu keinem Output bei einer der zwei Elektroden 104, 106 führen. Damit die zwei äußeren Reize 804, 808 (auch als Stimuli bezeichnet) zusammen gepaart werden, müsste eine elektrische Verbindung zwischen einer der zwei Elektroden 104, 106 und der weiteren Elektrode 820 gebildet sein.
Wie in FIG.8B veranschaulicht ist, kann beispielsweise ein elektrisches Signal 810 (z.B. mit 2 V und 50 Hz) zwischen der ersten Elektrode 104 und der weiteren Elektrode 820 angelegt sein oder werden. Das elektrische Signal 810 kann das Polymerisieren des Polymermaterials aus dem Elektrolytmaterial 108 in diesem Fall nicht einleiten, da die angelegte elektrische Spannung unter der elektrischen Spannung gewählt werden kann, die für das Oxidieren des Monomers nötig wäre. Wenn der zweite äußeren Reiz 808 einsetzt (z.B. wenn die Glocke klingt), wird in diesem Fall in Abwesenheit des ersten äußeren Reizes 804 (z.B. dem Futter) keine Konditionierung ausgelöst.
Wie in FIG.8C veranschaulicht ist, kann die Konditionierung erfolgen, wenn die beiden äußeren Reize 804, 808 gleichzeitig stattfinden, z.B., wenn anschaulich die Glocke klingt und das Futter für den Hund serviert wird. Eine unter der Schwellenspannung liegende elektrische Spannung wird dazu beispielsweise an die weitere Elektrode 820 angelegt, während eine elektrische Spannung zwischen der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 angelegt wird. Dies führt beispielsweise zu der Bildung einer elektrischen Verbindung 812b zwischen der ersten Elektrode 104 und der weiteren Elektrode 820.
In FIG.8D ist das elektronische Bauelement 100 dargestellt, das analog zu einer klassischen Konditionierung programmiert wurde. Wenn ein elektrisches Signal an entweder die zweite Elektrode 106 oder die weitere Elektrode 118 angelegt wird, führt es beispielsweise zu einem Output bei der ersten Elektrode 104.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich an die weitere Elektrode 820 eine (z.B. negative) Biasspannung angelegt werden um das Wachstum zwischen den drei Elektroden zu beeinflussen.
FIG.9 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Betreiben eines elektronischen Bauelements, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren zum Betreiben 900 eines elektronischen Bauelements 100 kann beispielsweise aufweisen: in 910, Bereitstellen eines Elektrolytmaterials 108 zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens zwei Elektroden 104, 106 auf, wobei die mindestens zwei Elektroden 104, 106 jeweils auf und/oder in dem Substrat 102 in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei das Elektrolytmaterial 108 mindestens ein polymerisierbares Material aufweist. Das Verfahren 900 kann ferner beispielsweise aufweisen: in 920, Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung 110 zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer. Es versteht sich, dass das Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements ein oder mehrere Funktionen aufweisen kann, die hierin mit Bezug auf das elektronische Bauelement oder einen Teil des elektronischen Bauelements (beispielsweise der Steuervorrichtung) beschrieben sind und vice versa.
Das Verfahren zum Betreiben 900 des elektronischen Bauelements ermöglicht beispielsweise ein wiederholtes Programmieren des elektronischen Bauelements mit unterschiedlichen neuromorphen Eigenschaften.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden 920 der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 mittels Anlegens eines elektrischen Signals zwischen zumindest der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 erfolgen. Das Bilden 920 der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 kann beispielsweise ein Bilden einer einzigen Faserstruktur mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials aufweisen, wobei die Faserstruktur einen körperlichen Kontakt zu den mindesten zwei Elektroden 104, 106 aufweist. Alternativ dazu kann das Bilden 920 der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 zwischen den mindestens zwei Elektroden 104, 106 ein Bilden mehrerer Faserstrukturen aufweisen mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials, wobei die mehreren Faserstrukturen einen körperlichen Kontakt zu den mindesten zwei Elektroden 104, 106 aufweisen.
Weiterhin kann das Anlegen des elektrischen Signals derart erfolgen, dass zumindest die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 mittels der einen Faserstruktur oder den mehreren Faserstrukturen elektrisch verbunden ist. Alternativ dazu kann das Anlegen des elektrischen Signals derart erfolgen, dass zumindest die erste Elektrode 104 mit der zweiten Elektrode 106 mittels zwei oder mehreren Faserstrukturen gebildet aus dem elektrisch leitfähigen Polymer elektrisch verbunden ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektrolytmaterial 108 eine erste Leitfähigkeit aufweisen und die mindestens eine elektrische Verbindung 110 kann eine zweite Leitfähigkeit aufweisen, wobei die erste elektrische Leitfähigkeit beispielsweise kleiner sein kann als die zweite elektrische Leitfähigkeit.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 900 ferner ein Verändern der elektrischen Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung 110 mittels Anlegens eines elektrischen Signals zwischen einer von der ersten oder zweiten Elektrode 104, 106 und einer in dem elektronischen Bauelement 500 angeordneten dritten Elektrode aufweisen, wobei die dritte Elektrode 116 beispielsweise in einem Abstand von der ersten Elektrode 104 und der zweiten Elektrode 106 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 900 ferner ein Depolymerisieren und/oder ein Entflechten des elektrisch leitfähigen Polymers zu einem depolymerisierten und/oder entflochtenen polymerisierbaren Material mittels Energiezufuhr 114 aufweisen. Dabei kann die Energiezufuhr 114 mittels Zuführens von thermischer Energie und/oder mittels Zuführens von elektromagnetischer Strahlung erfolgen.
Ein Entflechten des elektrisch leitfähigen Polymers (auch als engl.: „disentanglement“ bezeichnet) kann beispielsweise so verstanden werden, dass sich eine Faser, die aus mehreren verwobenen Polymerketten besteht, entflechtet, was anschaulich als eine Art Glasübergang bei Polymeren verstanden werden kann.
Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein elektronisches Bauelement aufweisend: ein Substrat, wobei das Substrat mindestens zwei Elektroden aufweist, wobei die mindestens zwei Elektroden jeweils auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind; wobei, wenn das elektronische Bauelement in einem ersten Betriebszustand ist, ein Elektrolytmaterial zumindest in einem Raumbereich zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist; und wobei, wenn das elektronische Bauelement in einem zweiten Betriebszustand ist, mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden hergestellt ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Optional kann das elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweisen oder als ein oder mehrere Faserstrukturen ausgebildet sein. Die eine oder mehreren Faserstrukturen können beispielsweise in körperlichem Kontakt mit den mindesten zwei Elektroden stehen.
In Beispiel 2 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass sich die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt.
In einem anderen Beispiel 2 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass sich mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und dass sich mindestens eine andere Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode erstreckt.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Direktionalität einer Faserstruktur daran erkannt werden, dass sich der Verzweigungsgrad in Wachstumsrichtung zunehmen steigert. In Beispiel 3 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei sich mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt.
In einem anderen Beispiel 3 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass sich die mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und dass sich mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode erstreckt.
In Beispiel 4 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional aufweisen, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen zumindest einfach oder mehrfach verzweigt ist.
In Beispiel 5 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen: eine Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines elektrischen Signals zu den mindestens zwei Elektroden.
In Beispiel 6 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 5 optional aufweisen, dass die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass das elektronische Bauelement mittels des bereitgestellten elektrischen Signals von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand gebracht werden kann mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu dem elektrisch leitfähigen Polymer, wobei das bereitgestellte elektrische Signal beispielsweise eine Amplitude von 20 mV bis 5 V aufweist.
In Beispiel 7 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 5 oder 6 optional aufweisen, dass das bereitgestellte elektrische Signal eine mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung aufweist, beispielsweise eine Wechselspannung, eine gepulste Gleichspannung, und/oder eine gepulste Bipolarspannung.
In Beispiel 8 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 7 optional aufweisen, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Frequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 10kHz aufweist.
In Beispiel 9 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 7 oder 8 optional aufweisen, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine periodische elektrische Spannung ist, beispielsweise mit einer Periodendauer in einem Bereich von 0,01 ms bis 0,1 s. In Beispiel 10 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 7 bis 9 optional aufweisen, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Einschaltdauer von 10 % bis 50 % aufweist.
In Beispiel 11 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 4 bis 10 optional aufweisen, dass die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Bandbreite in einem Bereich von 10 Hz bis 10 kHz aufweist.
In Beispiel 12 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 11 optional aufweisen, dass das elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweist oder daraus besteht. Die eine Faserstruktur bzw. die mehreren Faserstrukturen kann/können beispielsweise netzförmig ausgebildet sein.
In Beispiel 13 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 12 optional aufweisen, dass die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolytmaterials kleiner ist als die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung.
In Beispiel 14 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 13 optional aufweisen, dass das elektrisch leifähige Polymer zumindest abschnittsweise frei von körperlichen Kontakt mit dem Substrat ist. Beispielsweise können ein oder mehrere Längsabschnitte der Fasern einer Faserstruktur vollumfänglich von dem Elektrolytmaterial umgeben sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Längsabschnitte der Fasern einer Faserstruktur vollumfänglich frei von einem körperlichen Kontakt mit dem Substrat sein.
In Beispiel 15 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 14 optional aufweisen, dass das Elektrolytmaterial im Wesentlichen frei von dem elektrisch leitfähigen Polymer ist, wenn das elektronische Bauelement in dem ersten Betriebszustand ist.
Die Steuervorrichtung kann gemäß einem sechszehnten Beispiel ferner derart eingerichtet sein, dass es mittels des bereitgestellten elektrischen Signals von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand gebracht werden kann.
Die Steuervorrichtung kann gemäß einem siebzehnten Beispiel ferner derart eingerichtet sein, dass eine elektrische Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden derart bereitgestellt werden kann, dass mittels der elektrischen Spannung das elektrisch leitfähige Polymer der mindestens einen elektrischen Verbindung aus dem mindestens einen polymerisierbaren Material des Elektrolytmaterials gebildet wird.
In Beispiel 18 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional aufweisen, dass das Elektrolytmaterial derart eingerichtet ist, dass das elektronische Bauelement mittels des bereitgestellten elektrischen Signals von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand gebracht werden kann.
In Beispiel 19 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 optional aufweisen, dass das elektrisch leitfähige Polymer mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials des Elektrolytmaterials gebildet wird.
In Beispiel 20 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 19 optional aufweisen, dass die elektrische Verbindung mittels Elektropolymerisation gebildet wird.
In Beispiel 21 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 optional aufweisen, dass das Elektrolytmaterial derart eingerichtet ist, dass eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers mittels Energiezufuhr erfolgen kann.
In Beispiel 22 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 ferner derart eingerichtet sein, dass eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers mittels Energiezufuhr erfolgen kann.
In Beispiel 23 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 21 oder 22 optional aufweisen, dass die Energiezufuhr mittels Zuführens von thermischer Energie erfolgt.
In Beispiel 24 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 21 bis 23 ferner derart eingerichtet sein, dass die Energiezufuhr mittels Zuführens von elektromagnetischer Strahlung erfolgt.
In Beispiel 25 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 24 optional aufweisen, dass das Substrat ein Halbleitermaterial aufweist oder daraus besteht.
In Beispiel 26 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 25 optional aufweisen, dass das Substrat ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Si02, aufweist oder daraus besteht.
In Beispiel 27 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 26 optional aufweisen, dass das Elektrolytmaterial ein Flüssigelektrolyt aufweist, beispielsweise eine ionische Flüssigkeit, oder dass das Elektrolytmaterial ein Carbonat-basiertes Elektrolyte aufweist, oder dass das Elektrolytmaterial ein Polymerelektrolyt aufweist; oder dass das Elektrolytmaterial einen porösen Elektrolytfeststoff aufweist. In Beispiel 28 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 27 optional aufweisen, dass das polymerisierbare Material ein Monomer eines intrinsisch leitfähigen Polymers und/oder eines dotierten Polymers ist und dass das elektrisch leitfähige Polymer das intrinsisch leitfähige Polymer bzw. das dotierte Polymer ist. Das intrinsisch leitfähige Polymer kann beispielsweise Poly(3,4-ethylenedioxythiophen) aufweisen oder sein. Das Monomer kann beispielsweise 3,4-Ethylenedioxythiophen aufweisen oder sein.
In Beispiel 29 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 28 optional aufweisen: eine Gate-Struktur oder eine weitere Elektrode zum Beeinflussen der elektrischen Leitfähigkeit der hergestellten elektrischen Verbindung mittels eines elektrischen Feldes. Eine Steuervorrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, eine elektrische Spannung an der Gate- Struktur oder der weiteren Elektrode derart bereitzustellen, dass mittels der elektrischen Spannung die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung verändert werden kann.
In Beispiel 30 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 29 optional aufweisen, dass sich die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der ersten Elektrode zu der weiteren Elektrode erstreckt.
In Beispiel 31 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 29 oder 30 optional aufweisen, dass sich die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der zweiten Elektrode zu der weiteren Elektrode erstreckt.
In Beispiel 32 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 29 bis 31 optional aufweisen, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei sich mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der ersten Elektrode zu der weiteren Elektrode erstreckt.
Gemäß verschiedenen Aspekten können Stränge einer Faserstruktur auch als die Fasern der Faserstruktur verstanden werden. Mit anderen Worten kann die Faserstruktur als eine Strangstruktur verstanden werden.
In Beispiel 33 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 29 bis 32 optional aufweisen, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei sich mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der zweiten Elektrode zu der weiteren Elektrode erstreckt.
In Beispiel 34 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiel 29 bis 33 optional aufweisen, dass die Gate-Struktur ein Flüssigelektrolyt, ein Polymerelektrolyt, einen Metallkontakt, und/oder einen Kontakt aus einem elektrisch leitfähigen organischen Material aufweist oder ist.
In Beispiel 35 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 34 optional aufweisen, dass die mindestens zwei Elektroden einen Abstand von weniger als 200 pm voneinander aufweisen.
In Beispiel 36 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 35 optional aufweisen, dass das Elektrolytmaterial bewegliche Ionen aufweist zum Bereitstellen einer Kurzzeitplastizität der mindestens einen elektrischen Verbindung.
In Beispiel 37 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 36 optional aufweisen, dass das elektrisch leitfähige Polymer der mindestens einen elektrischen Verbindung eine Langzeitplastizität aufweist.
In Beispiel 38 kann das elektronische Bauelement gemäß einem der Beispiele 1 bis 37 optional aufweisen: eine Metallisierung zum Verbinden der mindestens zwei Elektroden mit mindestens einem biologischen Nerv.
Beispiel 39 ist ein elektronisches Bauelement aufweisend: ein Substrat, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche auf oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind; ein Elektrolytmaterial, welches zumindest in einem Raumbereich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist; eine Steuervorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass mindestens eine elektrische Verbindung zwischen zumindest der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode hergestellt werden kann mittels Polymerisierens (beispielsweise Elektropolymerisierens) des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
In Beispiel 40 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 33 optional aufweisen: eine dritte Elektrode. Die Steuervorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen zumindest der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mittels eines zu der dritten Elektrode bereitgestellten elektrischen Signals beeinflusst werden kann.
In Beispiel 41 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 40 optional aufweisen, dass das elektronische Bauelement unter Berücksichtigung der dritten Elektrode mindestens drei elektronische Betriebszustände aufweist. Beispiel 42 ist ein elektronisches Bauelement aufweisend: mehrere Substrate, welche übereinander angeordnet sind. Jedes der mehreren Substrate kann beispielsweise aufweisen: mehrere Elektroden, welche auf oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und ein Elektrolytmaterial, welches zumindest in einem Raumbereich zwischen den mehreren Elektroden angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist. Das elektronische Bauelement kann ferner aufweisen: eine Steuervorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zumindest zwei der mehreren Elektroden des jeweiligen Substrats der mehreren Substrate, wobei die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Elektroden des jeweiligen Substrats gebildet werden kann mittels Polymerisierens (beispielsweise mittels Elektropolymerisierens) des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer. Die Steuervorrichtung kann ferner eingerichtet sein, eine elektrische Spannung zwischen zumindest einer Elektrode eines ersten Substrats der mehreren Substrate und zumindest einer Elektrode eines zweiten Substrats der mehreren Substrate anzulegen, wobei die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass eine elektrische Verbindung zwischen der zumindest einen Elektrode des ersten Substrats und der zumindest einen Elektrode des zweiten Substrats hergestellt werden kann mittels Polymerisierens (beispielsweise mittels Elektropolymerisierens) des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann das elektronische Bauelement eine Einkapselung aufweisen, z.B. aus einem Gussmaterial, wobei die Einkapselung zumindest die jeweiligen Elektroden, das Substrat und das Elektrolytmaterial teilweise oder vollständig einkapselt.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Substrat des elektronischen Bauelements ein ionenleitendes Substrat sein. Anschaulich kann das Substrat ein ionenleitendes Material aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann jede der mindestens zwei Elektroden 104, 106 abschnittsweise von dem Elektrolytmaterial 108 elektrisch isoliert sein. Beispielsweise kann mindestens ein Bereich der jeweiligen Elektrode 104, 106 mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 107 bedeckt sein und somit von dem Elektrolytmaterial 108 elektrisch isoliert sein.
Beispiel 43 ist ein künstliches neuronales Netzwerk aufweisend: ein oder mehrere elektronische Bauelemente gemäß einem der Beispiele 1 bis 42. Das künstliche neuronale Netzwerk kann beispielsweise eingerichtet sein zum Ausführen mindestens einer Rechenfunktion mittels des einen elektronischen Bauelements oder mittels der mehreren elektronischen Bauelemente.
Beispiel 44 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Elektrolytmaterials zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens zwei Elektroden, wobei die mindestens zwei Elektroden jeweils auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist, Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer. Dabei kann optional das gebildete, elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweisen. Die ein oder mehreren Faserstrukturen können in körperlichem Kontakt mit den mindesten zwei Elektroden stehen.
In Beispiel 45 kann das Verfahren gemäß Beispiel 44 optional aufweisen, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei Elektroden aufweist: Bilden einer einzigen Faserstruktur mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials, wobei die Faserstruktur einen körperlichen Kontakt zu den mindesten zwei Elektroden aufweist, oder Bilden mehrerer Faserstrukturen mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials, wobei die mehreren Faserstrukturen einen körperlichen Kontakt zu den mindestens zwei Elektroden aufweisen.
In Beispiel 46 kann das Verfahren gemäß Beispiel 44 oder 45 optional aufweisen, dass die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolytmaterials kleiner ist als die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung.
In Beispiel 47 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 44 bis 46 optional aufweisen, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung mittels Anlegens eines elektrischen Signals zwischen zumindest der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erfolgt.
In Beispiel 48 kann das Verfahren gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass das Polymerisieren des mindestens einen polymerisierbaren Materials ein abwechselndes Polymerisieren des mindestens einen polymerisierbaren Materials auf der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufweist.
In Beispiel 49 kann das Verfahren gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode wächst.
In Beispiel 50 kann das Verfahren gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode wächst.
In Beispiel 51 kann das Verfahren gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode und eine andere Faserstruktur oder mindestens eine andere Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode wachsen.
In Beispiel 52 kann das Verfahren gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode wächst.
In einem anderen Beispiel 53 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode wächst.
In einem anderen Beispiel 54 kann das elektronische Bauelement gemäß Beispiel 47 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass die eine Faserstruktur oder mindestens eine Faserstruktur der mehreren Faserstrukturen ein oder mehrere Stränge aufweist, wobei mindestens ein Strang der ein oder mehreren Stränge von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode wächst und mindestens ein anderer Strang der ein oder mehreren Stränge von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode wächst.
In Beispiel 54 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 47 bis 53 optional aufweisen, dass das Anlegen eines elektrischen Signals derart erfolgt, dass die mindestens eine elektrische Verbindung abwechselnd auf der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wächst.
In Beispiel 55 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 47 bis 54 optional aufweisen, dass das Anlegen des elektrischen Signals derart erfolgt, dass zumindest die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode mittels der einen Faserstruktur oder den mehreren Faserstrukturen elektrisch verbunden ist.
In Beispiel 56 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 44 bis 55 optional aufweisen, dass die mindestens eine elektrische Verbindung eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, und das Verfahren ferner aufweist: Verändern der elektrischen Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung mittels Anlegens eines elektrischen Signals zwischen einer von der ersten oder zweiten Elektrode und einer in dem elektronischen Bauelement angeordneten dritten Elektrode, wobei die dritte Elektrode in einem Abstand von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
In Beispiel 57 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 47 bis 56 optional aufweisen, dass das Anlegen des elektrischen Signals derart erfolgt, dass zumindest die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode mittels zwei oder mehreren Faserstrukturen gebildet aus dem elektrisch leitfähigen Polymer elektrisch verbunden ist.
In Beispiel 58 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 44 bis 57 optional aufweisen: Depolymerisieren und/oder Entflechten des elektrisch leitfähigen Polymers zu einem depolymerisierten und/oder entflochtenen polymerisierbaren Material mittels Energiezufuhr.
In Beispiel 59 kann das Verfahren gemäß Beispiel 58 optional aufweisen, dass die Energiezufuhr mittels Zuführens von thermischer Energie erfolgt.
In Beispiel 60 kann das Verfahren gemäß Beispiel 58 oder 59 optional aufweisen, dass die Energiezufuhr mittels Zuführens von elektromagnetischer Strahlung erfolgt.
Beispiel 61 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bauelements, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Elektrolytmaterials zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens drei Elektroden, wobei die mindestens drei Elektroden jeweils auf und/oder in dem Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist, Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode der mindestens drei Elektroden mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer; und Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen einer dritten Elektrode der mindestens drei Elektroden und der ersten oder der zweiten Elektrode mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine dreidimensionale Struktur aus einer Vielzahl von Elektroden gebildet werden. In diesem Fall, kann beispielsweise auf ein Substrat verzichtet werden und die Elektroden können auf beliebig geeignete Weise in Position gehalten werden.
Beispiel 62 ist ein elektronisches Bauelement aufweisend: eine dreidimensionale Struktur aufweisend eine Vielzahl von Elektroden; wobei, wenn das elektronische Bauelement in einem ersten Betriebszustand ist, ein Elektrolytmaterial zumindest in einem Raumbereich zwischen den Elektroden der Vielzahl von Elektroden angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist; und wobei, wenn das elektronische Bauelement in einem zweiten Betriebszustand ist, mindestens eine elektrische Verbindung zwischen mindestens zwei Elektroden der Vielzahl von Elektroden hergestellt ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches Bauelement (100), aufweisend: ein Substrat (102), wobei das Substrat (102) mindestens zwei Elektroden (104, 106) aufweist, wobei die mindestens zwei Elektroden (104, 106) jeweils auf und/oder in dem Substrat (102) in einem Abstand voneinander angeordnet sind; wobei, wenn das elektronische Bauelement (100) in einem ersten Betriebszustand ist, ein Elektrolytmaterial (108) zumindest in einem Raumbereich zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial mindestens ein polymerisierbares Material aufweist; wobei, wenn das elektronische Bauelement (100) in einem zweiten Betriebszustand ist, mindestens eine elektrische Verbindung (110) zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) hergestellt ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung (110) aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht; und wobei das elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweist, wobei die eine oder mehreren Faserstrukturen in körperlichem Kontakt mit den mindesten zwei Elektroden (104, 106) stehen.
2. Das elektronische Bauelement (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung (112) zum Bereitstellen eines elektrischen Signals zu den mindestens zwei Elektroden (104, 106) derart, dass das elektronische Bauelement (100) mittels des bereitgestellten elektrischen Signals von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand gebracht werden kann mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu dem elektrisch leitfähigen Polymer.
3. Das elektronische Bauelement (100) gemäß Anspruch 2, wobei das bereitgestellte elektrische Signal eine mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung aufweist, wobei, vorzugsweise, die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Frequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 10 kHz aufweist; wobei, vorzugsweise, die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Periodendauer in einem Bereich von 0,01 ms bis 0,1 s aufweist; wobei, vorzugsweise, die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Einschaltdauer von 10 % bis 50 % aufweist; und/oder wobei, vorzugsweise, die mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung eine Bandbreite in einem Bereich von 10 Hz bis 10 kHz aufweist.
4. Das elektronische Bauelement (100) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuervorrichtung (112) ferner derart eingerichtet ist, dass das elektronische Bauelement (100) mittels des bereitgestellten elektrischen Signals von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand gebracht werden kann.
5. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der mindestens zwei Elektroden (104, 106) abschnittsweise von dem Elektrolytmaterial 108 elektrisch isoliert ist.
6. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das elektrisch leifähige Polymer zumindest in einem Abschnitt vollumfänglich frei von einem körperlichen Kontakt mit dem Substrat (102) ist.
7. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, in dem ersten Betriebszustand des elektronischen Bauelements, das Elektrolytmaterial (108) im Wesentlichen frei von der elektrischen Verbindung aus dem elektrisch leitfähigen Polymer ist.
8. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Elektrolytmaterial (108) derart beschaffen ist, dass eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers mittels Energiezufuhr (114) erfolgen kann; und/oder wobei das elektronische Bauelement (100) derart eingerichtet ist, dass eine Depolymerisierung und/oder eine Entflechtung des elektrisch leitfähigen Polymers mittels Energiezufuhr (114) erfolgen kann.
9. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Substrat (102) ein ionenleitendes Material aufweist oder daraus besteht.
10. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: eine Gate-Struktur (116) zum Beeinflussen der elektrischen Leitfähigkeit der hergestellten elektrischen Verbindung (110) mittels eines elektrischen Feldes.
11. Das elektronische Bauelement (100) gemäß Anspruch 10, wobei das elektronische Bauelement derart eingerichtet ist, dass eine elektrische Spannung an der Gate-Struktur (116) derart bereitgestellt werden kann, dass mittels der elektrischen Spannung die elektrische Leitfähigkeit der mindestens einen elektrischen Verbindung (110) verändert wird.
12. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: eine Metallisierung zum Verbinden der mindestens zwei Elektroden (104, 106) mit mindestens einem biologischen Nerv.
13. Das elektronische Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine dritte Elektrode (116), wobei das elektronische Bauelement ferner derart eingerichtet ist, dass das Bilden der mindestens einen elektrischen Verbindung (110) zwischen zumindest der ersten Elektrode (104) und der zweiten Elektrode (106) mittels eines zu der dritten Elektrode (116) bereitgestellten elektrischen Signals beeinflusst werden kann.
14. Elektronisches Bauelement (100), aufweisend: mehrere Substrate (102), welche übereinander angeordnet sind, wobei jedes der mehreren Substrate (102) aufweist: mehrere Elektroden (104, 106), welche auf oder in dem Substrat (102) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und ein Elektrolytmaterial (108), welches zumindest in einem Raumbereich zwischen den mehreren Elektroden (104, 106) angeordnet ist, wobei das Elektrolytmaterial (108) mindestens ein polymerisierbares Material aufweist; und eine Steuervorrichtung (112) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zumindest zwei der mehreren Elektroden (104, 106) des jeweiligen Substrats (102) der mehreren Substrate, wobei die Steuervorrichtung (112) derart eingerichtet ist, dass mindestens eine elektrische Verbindung (110) zwischen den zumindest zwei Elektroden (104, 106) des jeweiligen Substrats gebildet werden kann mittels Elektropolymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
15. Das elektronische Bauelement (100) gemäß Anspruch 14, wobei die Steuervorrichtung (112) ferner derart eingerichtet ist, eine elektrische Spannung zwischen zumindest einer Elektrode (104) eines ersten Substrats der mehreren Substrate und zumindest einer Elektrode (106) eines zweiten Substrats der mehreren Substrate anzulegen, wobei die Steuervorrichtung (112) derart eingerichtet ist, dass eine elektrische Verbindung (110) zwischen der zumindest einen Elektrode (104) des ersten Substrats und der zumindest einen Elektrode (106) des zweiten Substrats hergestellt werden kann mittels Elektropolymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
16. Ein künstliches neuronales Netzwerk, aufweisend: ein oder mehrere elektronische Bauelemente (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das künstliche neuronale Netzwerk eingerichtet ist zum Ausführen mindestens einer Rechenfunktion mittels des einen elektronischen Bauelementes (100) bzw. mittels der mehreren elektronischen Bauelemente (100).
17. Verfahren zum Betreiben (900) eines elektronischen Bauelements (100), das Verfahren aufweisend:
Bereitstellen (910) eines Elektrolytmaterials (108) zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens zwei Elektroden (104, 106), wobei die mindestens zwei Elektroden (104, 106) jeweils auf und/oder in dem Substrat (102) in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei das Elektrolytmaterial (108) mindestens ein polymerisierbares Material aufweist, und Bilden (920) mindestens einer elektrischen Verbindung (110) zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer; wobei das gebildete, elektrisch leitfähige Polymer ein oder mehrere Faserstrukturen aufweist, wobei die eine oder mehreren Faserstrukturen in körperlichem Kontakt mit den mindesten zwei Elektroden (104, 106) stehen.
18. Verfahren (900) nach Anspruch 17, wobei das Bilden (920) der mindestens einen elektrischen Verbindung (110) mittels Anlegens eines elektrischen Signals zwischen zumindest der ersten Elektrode (104) und der zweiten Elektrode (106) erfolgt.
19. Verfahren (900) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Bilden (920) der mindestens einen elektrischen Verbindung (110) zwischen den mindestens zwei Elektroden (104, 106) aufweist:
Bilden einer einzigen Faserstruktur mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials, wobei die Faserstruktur einen körperlichen Kontakt zu den mindesten zwei Elektroden (104, 106) aufweist, oder
Bilden mehrerer Faserstrukturen mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials, wobei die mehreren Faserstrukturen einen körperlichen Kontakt zu den mindesten zwei Elektroden (104, 106) aufweisen.
20. Verfahren zum Betreiben (900) eines elektronischen Bauelements (100), das Verfahren aufweisend:
Bereitstellen eines Elektrolytmaterials (108) zumindest in einem Raumbereich zwischen mindestens drei Elektroden (104, 106, 820), wobei die mindestens drei Elektroden (104, 106, 820) jeweils auf und/oder in dem Substrat (102) in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei das Elektrolytmaterial (108) mindestens ein polymerisierbares Material aufweist,
Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung (812a) zwischen einer ersten Elektrode (104) und einer zweiten Elektrode (106) der mindestens drei Elektroden (104, 106, 820) mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer; und
Bilden mindestens einer elektrischen Verbindung (812b) zwischen einer dritten Elektrode (820) der mindestens drei Elektroden (104, 106, 820) und der ersten Elektrode (104) oder der zweiten Elektrode (106) mittels Polymerisierens des mindestens einen polymerisierbaren Materials zu einem elektrisch leitfähigen Polymer.
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