JP2005537637A - 過電圧保護用の有機構成部品および関連する回路 - Google Patents

Abstract

本発明は電子回路の過電圧保護を与える主に有機材料の構成部品および個々の構成部品のしきい電圧の倍数を実装することができる回路に関する。

Description

本発明は、電子回路の過電圧保護を与える、主に有機材料の構成部品に関する。

従来のシリコン半導体技術を基礎とする無機回路に基づく過電圧保護用の電子構成部品が知られている。本明細書では例としてツェナー・ダイオードおよびトンネル・ダイオードを挙げることができる。

ＲＦＩＤタグ（無線周波数識別）、チケット、着用可能電子機器（織物に組み込まれる電子回路）などの最低コスト適用例に関して有機電子構成部品およびそれに基づく回路が開発されている。それらは安価であり、簡単な印刷プロセスによって大きい表面積にわたって製造することができる。それらの回路は低電圧源を必要とし、その場合、たとえば回路が送信アンテナに近づきすぎた場合またはＲＦＩＤタグが交番電磁界中をあまりに急速に移動した場合、電圧ピークによる損傷を回避しなければならない。これまで、主に有機材料を含む、有機電界トランジスタと比較できる、電子構成部品はまだ知られていない。

したがって、本発明の目的は、主に有機材料を含み、過電圧保護を与える、すなわち電圧が調節可能なしきい電圧を下回ったまたは上回った場合、構成部品が電流を遮断し、逆もまだ同様である抵抗として働き、構成部品の電気容量が低い電子構成部品を提供することである。

本発明の主題は、主に有機機能性ポリマー（ｏｒｇａｎｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）を備える、過電圧保護用の電子構成部品であって、少なくとも以下の層、すなわち
基板層と、
１次電極層と、
有機半導体機能性層と、
２次電極層と
を有し、前記電極層材料および前記半導体層用の材料のうち少なくとも一つの選択によってしきい電圧を調節することを特徴とする電子構成部品である。加えて、本発明の主題は、過電圧保護用に直列に接続された、主に有機材料を備える、少なくとも２つの構成部品を含む回路であって、個々の構成部品のしきい電圧の倍数に対応するしきい電圧を与えることを特徴とする回路である。

一実施形態によれば、構成部品は電極の１つと有機半導体層との間に少なくとも１つの中間層を含む。中間層は、たとえば主に有機材料および／または酸化物材料とすることができる。しきい電圧は少なくとも１つの中間層を含めることによって数ボルト以内に調節することができる。

構成部品は順方向に動作する、すなわち、しきい電圧まで、電流は流れず（または無視できるほど低い電流のみ）、電力制限電流源の電圧が破壊するように非常に高い電流がしきい電圧より下に流れる。逆方向には、電流は流れない（または無視できるほど低い電流のみ）。

一実施形態によれば、少なくとも２つの構成部品が直接に接続される。そのようにすると、個々の構成部品のしきい電圧の倍数に対応する所望のしきい電圧を達成することが可能である。

導電層および半導体層の構成部品の簡単な構造は有機回路への統合を可能にする。導電層および半導体層は、その場合、１つのプロセスおよび／または共通のプロセス・ステップ、たとえば印刷プロセスによって製造することができる。

以下で本発明について実施形態によってより詳細に説明する。

図１は、たとえばポリエステル・フィルムなどのフレキシブル・フィルムを備える基板１と、その上に配設された（垂直構造の実装）、たとえばＰａｎｉ、Ｐｅｄｏｔまたは金、銅、アルミニウムまたはチタンなどの合金などの有機材料である１次電極２と、その上に配設された、たとえばポリチオフェンおよび／またはポリフルオレンの有機ベース上にある半導体層３と、その上にあり、材料が、たとえば同じくＰａｎｉ、Ｐｅｄｏｔまたは金、銅、アルミニウムまたはチタンなどの合金である２次電極４とを示す。従来の構成部品とは対照的に、その構成部品は電極材料および半導体材料の選択によって調節することができる高いしきい電圧を有する。

図２は、層２〜４および基板１に関して図１と比較できるが、この場合１次電極２と半導体層３との間に配設された層構造を含み、しきい電圧を変位させることができるそれぞれの中間層（５、６）が半導体層３と２次電極４との間にある構成部品を示す。中間層５、６は、たとえばポリチオフェン、ポリフルオレン（両方の材料はドープされたまたはドープされない）、Ｐａｎｉ、Ｐｅｄｏｔまたは金属酸化物やシリコン酸化物などの酸化物材料などの有機材料などの最も広く変動する材料とすることができる。

図３は直列に接続された２つの構成部品を示し、この実施形態の層構造は図１の個々の構成部品のそれと同じである。

図４は直列接続された構成部品の電流電圧特性を示す。その場合、複数の構成部品の直列接続（図３）がどのようにして個々の構成部品のしきい電圧の倍数に対応するしきい電圧を達成することを可能にするかが分かる。

最後に、図５は基本的に図１から知れるような構成部品の横方向構造を示す。ここでは基板１、１次電極２、半導体層３および２次電極４をもう一度見ることが可能である。

しきい電圧は適切な電極および／または半導体材料の選択によって非常に精確に調節することができる。等しく、しきい電圧は、たとえば薄い絶縁層や酸化物などの異なる半導体材料の１つまたは２つの追加の中間層によって変位させることができる。複数の構成部品の直列接続はまた関連するそれぞれの要求への粗い適応を可能にする。

構成部品の容量は層厚さおよび有機半導体の材料特有の誘電率に依存する。容量は適切な厚さの層によって低く保つことができる。

構成部品は知られているプロセスによって製造される。個々の層はスパッタリングおよび／または気相蒸着によって塗布されるが、たとえばポリマーなどの可溶材料を扱う場合は、スピン・コーティングおよび／または他のコーティング・プロセスおよび／または印刷プロセスによって塗布される。一方ではリソグラフィとともにエッチングやリフトオフなどの従来のプロセスによって、他方では印刷手順によって構造化を実施することができる。

具体的に言えば、たとえば図１に示される構成部品は次のようにして製造することができる。すなわち、金属層２（たとえば金）をフレキシブル・ポリエステル・フィルム１上にスパッタリングし、金属層をリソグラフィおよびエッチングによって構造化する。次いで溶液中に入れた半導体ポリマー（たとえばポリチオフェン）をスピン・コーティングによって塗布する。溶剤の蒸発後、得られる結果は均一な半導体層３である。２次電極４（たとえばアルミニウム）をその上にスパッタリングする−シャドー・マスクによって構造化する。

「有機」、「有機材料」または「機能性ポリマー」または「ポリマー」という用語は本明細書ではすべての種類の有機、金属有機および／または有機無機プラスチック材料（混合物）、特に英語で、たとえば「プラスチック」によって識別される材料を含む。これは従来のダイオード（ゲルマニウム、シリコン）および代表的な金属導体を形成する半導体を除いてすべての種類の物質を含む。したがって、炭素担持材料としての有機材料に対する教義上の意味での制限は意図しないが、たとえばシリコンの広い使用も想起される。加えて、その用語は、分子サイズ、特にポリマーおよび／またはオリゴマー材料に関して如何なる制限も受けないが、小さい分子の使用も確かに可能である。機能性ポリマーという表現における構成要素「ポリマー」という語は歴史的に規定されており、その点において実際にポリマー・ボンドの存在についての如何なる陳述をもなさない。

本発明は初めて、過電圧保護として機能し、有機回路に集積することができる有機構成部品を提供する。

中間層なしの本発明による構成部品の簡単な構造を示す図である。 ２つの中間層をもつ実施形態を示す図である。 直列に接続された２つの構成部品を示す図である。 図３に関係する対応する電流電圧曲線を示す図である。 最後に、横方向構造を含む構成部品を示す図である。

Claims (3)

1. 主に有機機能性ポリマーを備える、過電圧保護用の電子構成部品であって、少なくとも以下の層、すなわち
   基板層と、
   １次電極層と、
   有機半導体機能性層と、
   ２次電極層と
   を有し、前記電極層材料および前記半導体層材料のうち少なくとも一つの選択によってしきい電圧を調節することを特徴とする電子構成部品。
2. 前記電極層の１つと前記有機半導体層との間に少なくとも１つの中間層を有することを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
3. 過電圧保護用に直列に接続された、請求項１および２の一項に記載の少なくとも２つの構成部品を含む回路であって、個々の構成部品のしきい電圧の倍数に対応するしきい電圧を与えることを特徴とする直列回路。

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