KR20010013926A - 전기적 어드레스 가능 수동 디바이스 및 그 디바이스의전기적 어드레싱 방법 - Google Patents

전기적 어드레스 가능 수동 디바이스 및 그 디바이스의전기적 어드레싱 방법 Download PDF

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제이르 아이. 레이스타드
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Abstract

데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위한 전기적 어드레스가능 수동 디바이스는 물리적 또는 화학적 상태 변화를 겪을 수 있는 연속적 또는 패턴화된 구조(S)로 된 기능 매체(1)를 포함한다. 기능 매체(1)는 등록값 또는 검출값을 나타내거나 셀에 대한 소정의 논리값이 할당되는 개별적으로 어드레스가능한 셀(2)을 포함한다. 셀(2)은 비선형 임피던스 특성을 갖는 기능 매체와 접촉하여 전기적 커플링을 유발하는 전극 수단(E)에서의 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에 제공되므로, 셀(2)에는 셀의 상태를 변화시키는 에너지가 직접 공급될 수 있다. 검출 및 등록 동작은 물론 셀에 할당된 논리값의 기록, 판독 및 스위칭 동작도 포함하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법에서, 셀의 상태를 변화시켜 어드레싱 동작을 행하기 위하여 셀의 기능 매체에 에너지가 직접 공급된다. 어드레싱가능 수동 디바이스 및 어드레싱 방법은 광 검출기 수단, 입체적 데이타 저장 장치 또는 데이타 처리 장치에 이용된다.

Description

전기적 어드레스 가능 수동 디바이스 및 그 디바이스의 전기적 어드레싱 방법{ELECTRICALLY ADDRESSABLE PASSIVE DEVICE, METHOD FOR ELECTRICAL ADDRESSING OF THE SAME AND USES OF THE DEVICE AND THE METHOD}
예컨대 데이타의 저장이나 처리를 위한 전자 어드레싱 또는 논리 디바이스들은 현재 무기 고체 기술, 특히 결정 실리콘 디바이스와 동일한 의미를 갖는다. 그와 같은 디바이스들은 그 자체로서 기술적으로나 상업적으로 매우 성공적이었으나 많은 단점을 갖고 있다. 특히, 이 디바이스들은 복잡한 구조를 갖고 있어 단가가 높고 데이타 저장 밀도에서도 손실을 보고 있다. 무기 반도체 재료에 기반을 둔 휘발성 반도체 메모리의 큰 서브그룹에서는 저장된 정보를 유지하기 위해서 회로에 전류가 계속 공급되어야 하므로 발열 현상이 생기고 전력 소모도 많게 된다. 한편 비휘발성 반도체 디바이스는 이 문제를 극복하나 고전력 소모에 수반되는 데이타율 감소와 복잡성 증가라는 문제가 생긴다. 반도체 재료에 기반을 둔 메모리칩을 위한 다양한 구조가 구현되었으며, 이는 여러가지 업무에 대한 전문화 경향을 반영하는 것이다. 한 평면내에서의 메모리 위치의 매트릭스 어드레싱은 전기적 어드레싱을 위한 합당한 수의 라인을 가지고 아주 많은 액세스가능 메모리 위치를 만들어내는 간단하고 효과적인 방법이다. 각 방향에서 n개의 라인을 가진 스퀘어 그리드(square grid)에서는 메모리 위치의 수는 n2으로 증가된다. 어떤 형태로든 간에 이것은 많은 고체 반도체 메모리에서 현재 구현되는 기본 원리이다. 그러나 이들 경우에서, 각 메모리 위치는 휘발성 또는 비휘발성 메모리 소자, 통상적으로는 전하 저장 장치는 물론 그리드 교차점을 통해 외부와 통신하는 전자 회로를 갖고 있어야 한다.
종래에 유기 메모리 매체의 이용에 기반을 둔 어드레스가능 수동 메모리를 실현하고자 하는 많은 디바이스가 제안되어 있다. JP-A-4-145664(다께다, 캐논사에 양도됨)에는 기판상에 제공된 하부 전극과 그 하부 전극과 수직으로 교차하는 상부 전극 사이에 박막이 제공된 유기 전자 소자가 개시되어 있다. 전극들 간의 전압을 박막이 유기 박막의 도전성이 영향을 받는다. 이 도전성은 영구적으로 유지되며 한쌍의 전극 사이에 있는 박막에서 메모리 상태를 나타내는데 이용될 수 있다. 그러나, 이 방법과 디바이스가 큰 수동 매트릭스에서 어드레싱하는데 어떻게 이용될 수 있는가 하는 것에 대해서는 아무런 기재가 없다.
JP-A-62-95883(야마모또, 캐논사에 양도됨)는 유리 기판상에 구리를 피착하여 제1 하부 전극을 형성하고, 이 전극 위에 전하 이송 유기금속 복합물의 박막, 이 경우에는 Cu-TCNQ의 박막을 피착하고, 그런 후에 그 박막상에 알루미늄 분말을 피착하여 상부 전극을 형성한 메모리 셀에 대해 개시한다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높으면, 박막은 전기장이 임계 강도에 도달할 때까지 높은 저항 상태로 유지되고, 그 후에 낮은 저항 상태로 바뀐다. 그러나, 여기에서는 그와 같은 메모리 소자가 큰 수동 매트릭스에 어떻게 설치될 수 있는가 하는 것에 대한 기재가 없다. 그러나, 일반적으로 메모리 매체가 전하 이송형의 유기 복합물 성분으로 구성된 쌍안정 스위칭가능 박막(동일 발명자와 동일 출원인의 JP-A-62-95883 참조)이고, 어드레싱을 위한 각 메모리 소자에는 트랜지스터 스위치들이 사용되는 메모리 디바이스를 구성하는 것은 잘 알려져 있다.
JP-A-3-137896(다오모또, 마쓰시따 기껜 K.K에 양도됨)에서는 전기장의 인가에 의해 고저항 상태와 저저항 상태 간에 쌍안정적으로 스위칭될 수 있고 전기장이 없어진 후에는 순간적인 저항 상태를 유지하는 유기 박막을 사용하는 메모리 소자가 개시되어 있다. 더욱이, 이 소자는 고온에서는 상태가 매우 빠르게 변화될 수 있으나 저온에서는 보다 느리게 변화된다. 또한, 유기 박막은 기판상에서 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치된다. 온도가 증가할수록 스위칭 동작이 빨라진다고 기재되어 있으나, 이런 종류의 메모리 소자를 큰 수동 매트릭스에 사용하는 것과 이 메모리 소자가 수동 매트릭스 어드레싱에 적합한지 여부에 대해서는 아무런 기재가 없다. 더욱이, JP-A-3-137894(아사까와, 마쓰시따 기껜 K.K에 양도됨)는 상부 전극 매트릭스와 하부 전극 매트릭스 사이에 박막을 아사까와 것을 개시하고 있다. 실제 경우에 매트릭스는 6 ·11 매트릭스, 따라서 총 66개의 소자를 갖는다. 박막은 증착된 프탈로시아닌막이다. 전극 교차점에 임계치보다 보다 전압이 인가되면, 온(on) 상태가 저장된다. 임계치와 같은 전압이 인가되면, 그 교차점에 광이 조사되어 이 부분에 그 온 상태가 저장되고 광형태로 공급된 정보는 매트릭스내로 직접 기록될 수 있게 된다. 교차점에 역전압이 인가되면, 온 상태는 소거된다. 따라서, 전기 신호와 광신호 모두를 가지고 메모리 기능을 실현하는 구조가 얻어진다. 여기서는 6 ·11 매트릭스를 이용한다 하더라도, 아주 많은 메모리 소자를 가진 수동 매트릭스에서의 어드레싱시에는 이 쌍안정 스위칭가능 메모리 소자가 에러 없이 동작할 것이라는 확신을 가질 수가 없다.
마지막으로, Z.Y. Hua ＆ G.R.Chen의 논문, "광학적, 전기적 및 전자적 박막 메모리를 위한 새로운 재료(A new material for optical, electrical and electronic thin G.R.Chen)"[Vacuum 43, No. 11, pp. 1019-1023(1992)]에는 여러가지 조건 하에서 열, 전기장 또는 광방사 형태로 에너지를 공급함으로써 쌍안정적으로 스위칭될 수 있는 메모리 소자를 구현할 수 있는 새로운 범주의 소거가능 메모리 매체가 개시되어 있다. 이 메모리 매체는 여러가지 금속(M)을 전자가 풍부한 도너로 하고 전자 억셉터 분자로서 작용하는 7,7,8,8 테트라시노퀴노디메탄(C12H4N4)으로 구성된 상술한 유기 금속 전자 이송 복합물 M(TCNQ)에 기반을 두고 있다. Hua ＆ Chen은 예컨대 알루미늄으로 된 하부 전극세트와 그 하부 전극에 대해 수직으로 배향된 예컨대 구리로 된 상부 교차 병렬 전극세트 사이에 Cu(TCNQ)에 기반을 둔 스위칭 소자의 매트릭스를 형성함으로써 전기적으로 소거가능한 메모리에 M(TCNQ)를 이용하는 것에 대해 개시한다. 저자들은 이런 종류의 수동 매트릭스 어드레싱에 기반하여 쇼트키 배리어를 형성하기 위하여 Cu(TCNQ)막과 하부 전극 사이에 어떤 재료층을 부가하는 잘못된 리드 아웃 제안을 피하기 위하여 메모리 디바이스를 형성할 때의 스니크(sneak) 전류 문제를 알고 있다. 따라서, 스니크 전류 문제는 거의 해소되고, 쇼트키 배리어와 조합한 M(TCNQ)의 이용은 큰 수동 매트릭스내의 메모리 소자의 어드레싱을 실현할 수 있을 것이다. 따라서, 데이타 저장을 위한 메모리 소자의 큰 수동 매트릭스내의 어드레싱에 의하여 스니크 전류 문제를 해소하기 위하여 재료공학적 조건을 고려할 필요가 있다. 이것은 순수한 메모리 기능이외에도, 다이오드 기능이 항상 필요한 조건이 되지는 않도록 전류와 전압값이 넓은 범위로 변하는 스위칭, 등록 또는 검출 기능을 매트릭스내에 실현하고자 하는 경우에는 특히 중요하다. 또한, 특히 예컨대 ㎠당 108개 소자 또는 셀을 갖는 수동 매트릭스를 실현하고자 하는 경우에는 수동 매트릭스내의 전기적 어드레싱과 광방출 또는 광검출 장치를 조합하여 사용된 재료에 대한 수요를 더 창출하기를 바라는 수가 있다.
일반적으로, 쌍안정 또는 다안정 스위칭가능 메모리를 수동 매트릭스에 어드레스하는 것은 어려운 것으로 드러났으며, 본 출원인에 의해 시행된 포괄적인 시뮬레이션 테스트가 보여주는 바와 같이 어드레스가능성 문제와 고신뢰 검출 문제는 매트릭스내의 노드의 수가 증가함에 따라 커지기만 한다. 그러나, 이 문제는 특별한 전기적 또는 전자적 성질을 가진 적당한 재료의 사용에 의해서 극복될 수 있음을 동일한 테스트를 통해 확정하였다.
따라서, 본 발명의 제1 주목적은 데이타 저장을 위한 기지의 반도체 디바이스가 갖는 문제들을 해소하고, 모든 전자적 포맷으로 데이타의 등록, 저장 및 처리를 위한 예컨대 1 ㎠내에 약 108개의 매우 많은 셀의 어드레싱을 가능하게 하며, 그리고 복잡성, 고비용, 고전력 소모 및 휘발성 저장과 같은 단점이 없는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유연한 기술적 솔루션을 위한 가능성을 제공하고 무기 결정 반도체에 기반한 디바이스보다 훨씬 비용이 저렴한 유기 재료로 구성된 기능 매체를 갖는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 주목적은 본 발명에 따른 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법을 제공하는 것으로, 특히, 수동 디바이스의 기능 매체가 거의 유기 재료로 구성되고 데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위해 예컨대 1 ㎠내에 약 108개의 매우 많은 셀을 구현하는 모든 전자적 포맷으로 된 수동 매트릭스의 어드레싱 방법을 제공하는 것이다.
마지막으로, 본 발명의 목적은 광학적 검출기 수단을 구현하기 위하여 또는 데이타의 저장 및/또는 처리를 위해 입체적으로 구성된 어드레스가능 디바이스를 구현하기 위하여 전기적 어드레스가능 수동 디바이스는 물론 수동 매트릭스의 어드레싱 방법을 이용하는 것이다.
상술한 목적과 이점들은, 본 발명에 따라, 셀을 통한 직접 또는 간접 전기적 커플링을 행하기 위하여 셀내의 기능 매체와 직접 또는 간접으로 접촉하는 전극 수단의 애노드와 캐소드 사이에 셀이 제공되고, 셀에는 셀의 물리적 또는 화학적 상태 또는 셀의 물리적 또는 화학적 상태의 변화의 검출을 위해 전기적 에너지가 직접 공급될 수 있고, 상부 및 하부 도체가 실질적으로 상호 직교하는 관계로 교차하도록 기능 매체의 양면에 다수의 실질적으로 평행한 도체들이 제공되고, 상부 도체와 하부 도체 사이의 교차점에 셀의 전극 수단이 형성되어 기능 매체내의 셀들과 그들에 할당된 전극 수단이 교차점에서 전극 수단의 애노드와 캐소드를 구성하는 상부 및 하부 도체 각각에 의해 행과 열이 형성된 매트릭스의 요소를 구성하고, 셀의 기능 매체가 비선형 임피던스 특성을 갖고, 상기 기능 매체가 하나 또는 그 이상의 실질적 유기 재료를 포함하는 균질 또는 층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와, 비선형 임피던스 특성을 갖는 셀의 기능 매체로서 하나 또는 그 이상의 실질적 유기 재료를 포함하는 균질 또는 층 구조로 형성된 기능 매체를 제공하는 단계, 셀내에서 실질적 유기 재료와 직접 또는 간접으로 접촉하는 전극 수단의 애노드와 캐소드 사이에 셀을 제공함으로써 셀에 전기적 에너지를 공급하는 단계, 및 셀에 전압을 인가하여 셀을 통해 직접 또는 간접 전기적 커플링을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따라서, 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와 방법은 광학적 검출기 수단과 입체적 데이타 저장 장치 또는 데이타 처리 장치에 이용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 셀은 수동 디바이스가 다이오드의 전기 회로망을 포함하도록 바람직하게는 애노드와 캐소드 사이에 구성된 정류 다이오드를 포함한다.
또한, 본 발명에 따라서는, 도체는 기능 매체내에 또는 기능 매체상에 제공되어 기능 매체와 직접 접촉하거나, 도체가 기능 매체와 간접으로 접촉하도록 기능 매체의 양면에 그리고 기능 매체와 도체 사이에 유전체층이 제공되는 것이 바람직하다. 더욱이, 도체는 기능 매체의 양면에서 기능 매체와 인접한 실질적으로 층형태의 기판내에 또는 기판상에 제공되는 것이 바람직하다.
예컨대 광학적 검출기 수단을 실현하기 위해서는 도체가 투명 재료로 구성된 기능 매체의 적어도 일면상에 있는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 유기 재료는 바람직하게는 공액(conjugated) 중합체 재료이다.
바람직하게는, 유기 재료는 이방성 도전 재료이거나, 유기 재료에 전기 에너지의 공급에 의해 광을 방출할 수 있는 물질이 첨가되었다. 따라서, 방출된 광과 공급된 전기 에너지에 의해 발생된 열의 영향하에 있는 이 유기 재료는 화학적 반응을 일으켜서 기능 매체의 임피던스를 변화시키게 된다.
바람직한 실시예에서, 유기 재료에는 전기 에너지의 공급에 의해 파장 또는 파장 대역이 서로 다른 광을 방출 또는 검출할 수 있는 하나 또는 그 이상의 물질이 첨가되거나, 바람직하게는 이 유기 재료의 표면상에 또는 표면내에 가용성 미세 결정체가 첨가되었다.
다른 바람직한 실시예에서, 유기 재료는 강유전성 액정 또는 강유전성 중합체이다. 보다 바람직한 실시예에서, 유기 재료 그 자체 또는 이 유기 재료에 첨가된 물질은 유리상으로부터 비정질상으로 또는 그 역으로 전이될 수 있으며, 또는 유기 재료는 다안정 정합 반응 유기 재료가 될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 상부 및 하부 도체가 실질적으로 상호 직교하는 관계로 교차하고 각각이 셀을 위한 전극 수단의 애노드와 캐소드를 포함도록 기능 매체의 양면에 제공된 실질적으로 평행한 도체들 간의 교차점에 셀이 형성되고, 기능 매체내의 셀들과 그들에 할당된 전극 수단이 상부 및 하부 도체 각각에 의해 행과 열이 형성된 매트릭스의 요소를 구성한다.
바람직하게는, 셀내에 전하의 주입에 의해 전기적 에너지가 공급된다.
또한, 본 발명에 따른 방법에서는 바람직하게는 셀은 고도의 비선형 전압 특성으로 구성된다.
바람직하게는, 셀에서의 본 방법은 정류 다이오드로 구성된다.
또한, 전기적 에너지의 공급에 의해서 광을 방출할 수 있는 물질이 유기 재료에 첨가되어, 전기적 에너지 공급에 의해 발생된 열과 함께 방출광이 이 유기 재료내에서 화학적 반응을 트리거하므로, 기능 매체의 임피던스가 양호하게 변화될 수 있다.
또한, 전기적 에너지의 공급에 의해 파장 또는 파장 대역이 서로 다른 광을 방출할 수 있는 하나 또는 그 이상의 물질이 유기 재료에 첨가되므로, 공급된 전기적 에너지의 전압값을 변화시킴으로써 방출광의 스펙트럼 특성이 변화된다. 또한, 이와 관련하여, 셀이 기능 매체의 물리적 또는 화학적 상태에 영향을 주지 않으면서 강도가 논리값에 따라 달라지는 긴 파장의 광을 방출하도록, 고전압을 셀에 인가하고 저전압 인가 동안에 광방출을 검출하여 논리값을 판독함으로써 셀에 할당된 논리값이 스위칭되는 이점이 있다.
또한, 유기 재료는 강유전성 결정 또는 강유전성 중합체이므로, 셀에 할당된 논리값은 셀의 임피던스를 측정함으로써 검출된다.
또한, 바람직하게는, 저항열에 의해 기능 매체의 도전성을 변화시키는 전기적 에너지의 공급에 의해서 셀에 할당된 논리값이 스위칭된다.
또한, 보다 바람직하게는, 기능 매체의 도전성에 비가역적 변화를 주므로써 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭되거나 기능 매체와 애노드 또는 캐소드 간의 경계에서 비가역적 변화를 주므로써 논리값이 비가역적으로 스위칭된다.
또한, 유기 재료에 가용성 미세 결정체가 첨가되어 있으므로, 미세 결정체를 용융시킴으로써 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭된다.
또한, 바람직하게는 유기 재료 그 자체 또는 이 유기 재료에 첨가된 물질은 유리상으로부터 비정질상으로 전이될 수 있으므로, 상기 유기 재료 또는 여기에 첨가된 물질에서 유리상에서 비정질상으로 또는 그 역으로의 전이를 행함으로써 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭된다.
또한, 유기 재료는 다안정 정합 반응 유기 재료이므로, 셀내에 전기장을 발생시킴으로써 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭된다.
이제, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와 방법의 실시예들과 관련하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스가능 수동 디바이스의 바람직한 실시예를 도시한 개략적 사시도,
도 1b는 다이오드 회로망으로 실현된 도 1a의 디바이스의 등가도,
도 2는 도 1의 디바이스내의 셀의 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 1의 디바이스내의 셀의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 4는 입체적 데이타 저장 장치 또는 데이타 처리 장치에 사용된 본 발명에 따른 디바이스를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 매트릭스 어드레스가능 수동 디바이스에서 소위 스니크 전류 또는 전류 경로 문제를 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 6은 셀내의 광방출 생성을 이용한 어드레싱의 일례를 도시한 도면,
도 7은 셀내의 유기 발광 다이오드를 이용한 어드레싱의 일례를 도시한 도면,
도 8은 셀내의 강유전성 액정 재료를 이용한 어드레싱의 일례를 도시한 도면,
본 발명은 데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위한 전기적 어드레스가능 수동 디바이스(electrically addressable passive device)에 관한 것으로, 특히 상기 수동 디바이스는 거의 층 형태의 연속적 또는 패턴화된 구조로 된 기능 매체를 포함하며, 상기 기능 매체는 적당한 에너지 공급에 의해 상태의 물리적 또는 화학적 변화를 일으킬 수 있고, 상기 기능 매체는 2차원 패턴으로 배열된 개별적 어드레스가능한 수동 셀을 포함하며, 셀내의 주어진 물리적 또는 화학적 상태는 등록 또는 검출값을 나타내며 그 상태에는 셀에 대한 소정의 논리값이 할당되는 전기적 어드레스가능한 수동 디바이스에 관한 것이며, 또한, 데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위한 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법에 관한 것으로, 상기 수동 디바이스는 거의 층 형태의 연속적 또는 패턴화된 구조로 된 기능 매체를 포함하며, 상기 기능 매체는 적당한 에너지 공급에 의해 상태의 물리적 또는 화학적 변화를 일으킬 수 있고, 상기 기능 매체는 2차원 패턴으로 배열된 개별적 어드레스가능한 수동 셀을 포함하며, 셀내의 주어진 물리적 또는 화학적 상태는 등록 또는 검출값을 나타내며 그 상태에는 셀에 대한 소정의 논리값이 할당되며, 상기 어드레싱은 셀내의 등록 또는 검출값의 검출 동작과 셀에 할당된 논리값의 기록, 판독, 소거 및 스위칭 동작을 포함하고, 상기 어드레싱 방법은 셀의 물리적 및/또는 화학적 상태를 검출 또는 변화시키기 위하여 셀의 기능 매체에 직접 전기적 에너지를 공급하여 어드레싱 동작을 발생시키는 단계를 포함하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와 그 전기적 어드레싱 방법의 이용에 관한 것이다.
상세하게는, 본 발명은 ROM형이나 WORM형 데이타 메모리용으로 이용될 수 있고 또는 한번 이상 소거 및 기록될 수 있는 데이타 메모리를 실현하기 위한 논리 디바이스와 순수한 전자적 수단에 의한 그와 같은 메모리의 어드레싱 방법에 관한 것이다.
더 상세하게는, 본 발명은 메모리 매체가 실질적으로 유기 물질로 이루어지고 어드레싱은 메모리 매체와 직접 또는 간접으로 접촉하는 전기적 도체의 수동 매트릭스상에서 발생하는 데이타 메모리의 어드레싱에 관한 것이다.
도 1은 매트릭스 어드레스가능한 디바이스로서 크 본 발명에 따른 전기적 어드레스가능한 수동 디바이스를 도시한 것이다. 기능 매체(1)는 평면층(S) 형태로 제공된다. 기능 매체는 비선형 임피던스 특성을 가지며 원하는 검출 또는 스위칭 기능을 실현하기 위하여 여러가지 물질이 첨가될 수 있다. 층(S)의 상면에는 전기적 어드레싱을 위한 라인들이 다수의 도체(m) 형태로 제공되어 있고, 이에 대응하여 층(S)의 하면에는 전기적 어드레싱을 위한 라인들이 평행한 도체(n) 형태로 제공되어 있으며, 도체(m, n)는 매트릭스를 형성하도록 서로 직교한다. 도 1에는 도체들이 평면 직교 x, y 매트릭스를 구성하도록 x 도체(m)와 y 도체(n)를 가진 디바이스가 도시되어 있다. 디바이스에서의 논리 셀(2)은 2개의 교차하는 도체(m, n) 사이의 공간에 생긴다. 이것은 도 1a에서 k번째 도체(m)와 l번째 도체(n) 간의 교차점에 요소(2kl)를 형성함으로써 부각된다. 만일 모든 요소(2)가 정류 기능을 갖는 것으로 구성된다면, 디바이스는 도 1b의 등가도로 도시된 바와 같이 정류 다이오드의 전기 회로망으로 표현될 수 있다.
교차점에 있는 도체(mk, nl)의 반대 부분은 논리 셀(2kl)의 전극 수단(Ekl)을 함께 포함하며, 전극 수단에서 애노드(3)는 도체(mk), 캐소드(4)는 도체(nl)이 될 수 있다. 본 발명의 몇가지 목적을 위해서, 셀(2kl)은 논리 소자 또는 논리 셀로 표시되어도 좋으며, 어드레싱에 의해서 셀내의 재료 ,즉 기능 매체는 전기적으로 검출가능한 논리값들을 표현할 수 있는 여러가지 물리적 또는 화학적 상태를 취할 수 있다.
이것은 도 2에서 단면으로 개략적으로 도시되어 있다. 여기서는 기능 매체(1)가 도체(mk, nl) 사이에 층형태로 제공되어 있고, 전극 수단(Ekl)의 애노드(3)와 캐소드(4)는 도체들간의 교차점에서 각각 도체(mk)의 관련 부분과 도체(nl)의 관련 부분으로 구성된다. 이 교차점에는, 즉 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에는, 도 2에서 도체(mk)와 도체(nl) 사이에 위치해 있다는 것을 표시하기 위하여 2kl로 표시된 수동 논리 셀이 형성된다. 물론 도 2는 단지 도 1의 일부 단면이며, 도체(mk)를 따라 취해진 전체 단면은 총 y개의 논리 셀(2)과 y개의 도체(ny)를 보여줄 것임은 물론이다. 만일 x ≠y이면 물론 디바이스는 x·y 논리 셀을 갖는 직사각형 영역을 구성하고, x = y이면 디바이스는 x2셀을 가진 정방형이 된다.
셀(2)을 통한 단면으로 예시된 본 발명에 따른 디바이스의 더 복잡한 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 여기서는 도체(m)가 기판(5)상에 제공되어 있고, 이에 대응하여 도체(n)은 기판(6)상에 제공되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도체(m, n)은 기능 매체(1)와 직접 접촉할 수도 있으나, 도 3의 실시예에서는 도체들(m; n)간 또는 기판들(5, 6)간에 유전체층(7, 8)이 더 제공되어 있다. 따라서, 전극 수단(E)은 그 애노드(3)와 그 캐소드(4)에 의해서 더 이상 기능 매체(1)와 직접적으로 접촉하지 않고, 유전체층(7, 8)을 통해 간접적으로 접촉하게 되어 셀(2)을 통한 간접 전기적 커플링이 구성된다. 이 커플링은 예컨대 유도성 또는 용량성이 될 수 있다. 만일 유전체층(7, 8)이 없다면, 물론 전극 수단(E)는 기능 매체(1)와 직접 접촉할 것이고, 이에 따라 직접 또는 오믹 커플링이 셀(2)을 통해 얻어진다.
전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 간의 공간에 대해서 간략히 설명되었지만, 그 크기는 대략적으로 도체(m, n)의 폭과 도체간 거리에 의해 정해지며, 예컨대 광학적 검출기내의 검출기 소자 또는 데이타 저장 장치내의 메모리 소자 또는 데이타 처리 장치내의 스위칭 소자를 구성하는 논리 셀(2)을 한정한다.
기능 매체(1)를 둘러싸고 있는 애노드(3)와 캐소드(4)는 전극 수단(E)내에 포함되며, 전극 수단은 여기에 전압이 인가되면 기능 매체에서 물리적 또는 화학적 상태 변화를 일으킬 것이다. 이것은 애노드(3)와 캐소드(4) 간의 전기적 임피던스 변화를 일으킬 것이며, 이 임피던스 변화는 전극 수단(E)을 구성하는 당해 도체(m, n)상에서 검출될 수 있다. 그러면, 셀(2)의 전극 수단(E)을 구성하는 도체들(m, n)간의 전기적 임피던스를 측정함으로써, m과 n 간의 각 교차점에서, 즉 각 셀(2)에서 논리적 상태, 즉 논리값이 결정될 수 있다.
여기서 예컨대 데이타 저장 장치와 같은 종래의 매트릭스 어드레스가능 논리 디바이스와 본 발명 간에는 근본적인 차이가 있음이 명백해진다. 본 발명은 비선형 임피던스 특성을 가지며 하나 또는 그 이상의 유기 재료로 형성된 기능 매체를 이용하며, 이것은 구조적 유연성, 동작 특성 및 비용에 있어서 보다 좋게 될 수 있다는 것을 의미한다. 이런 종류의 기능 매체 이용의 중요한 특성은 예컨대 ㎠당 108개 소자 밀도로 예컨대 106내지 108개 소자의 매우 큰 매트릭스에서도 순수한 수동 어드레싱의 광범위한 이용의 가능성이다. 따라서 교차점들에서는 어떠한 이산적 능동 회로 소자도 필요하지 않을 것이다.
본 발명에 따른 디바이스는 실질적으로 평면층 형태의 구조(S)이며, 이는 그와 같은 평면층 형태의 구조(S)를 층방향으로 적층하여 예컨대 입체적 메모리 디바이스와 같은 입체적 논리 디바이스를 구성할 수 있다는 것을 암시한다. 이것은 예컨대 도 4에서와 같이 실현될 수 있다. 도 4에는 디바이스의 셀들(2)의 행을 통해 단면으로 도시된 적층 구조(S1, ... SZ)로 이루어진 이와 같은 종류의 입체 디바이스가 도시되어 있다. 도면에는 하나의 셀만이 표시되어 있다. 본 발명에 따른 논리 디바이스와 매트릭스 방식의 포맷으로 동시에 전기적 어드레싱하는데 이용된 방법의 실시예는 근접 어드레싱을 실현한다. 즉, 어드레싱을 위한 신호들은 기능 매체(1)에 즉시 연결되어 전송되어, 도 4에서 구조(S1)에서의 애노드(3)와 캐소드(4)를 가진 논리 셀(2)에 대해서 도시된 전극 수단(E)을 통해 기능 매체에 영향을 미친다. 만일 몇개의 구조(S1, ... SZ)가 서로 적층된다면, 이들은 전기적, 열적 또는 광학적으로 분리시킬 수 있는 분리층(9)에 의해서 서로 분리되어야 한다.
원리적으로는, 디바이스의 각 셀(2)은 예컨대 수십 나노메터 크기로 아주 작게 그리고 만일 예컨대 기능 매체(1)가 예컨대 중합체 재료의 층에 기반을 둔다면 그 보다 훨씬 작게 형성될 수 있다. 이에 대응하여 구조(S)의 두께가 작게 되고, 따라서 인접한 셀의 전기적 어드레싱을 이용하는 본 발명에 따른 디바이스는 저장 밀도와 전송 속도와 관련하여 매우 큰 능력을 가진 입체적 데이타 저장 장치를 구현하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 디바이스는 근접 어드레싱에 기반을 두고 입체적으로 실현된 원리적으로 대응하여 구현된 광 데이타 저장 장치와 매우 유사한 점을 갖고 있다. 이와 같은 광 데이타 저장 장치는 본 출원인의 소유이고 여기에 참조로 포함된 국제 특허 출원 PCT/NO97/00154에 자세히 기재되어 있으므로 도 4의 실시예와 관련해서 그리고 입체적으로 구현된 데이타 저장 또는 데이타 처리 장치에서의 본 발명에 따른 디바이스와 방법의 이용과 관련해서는 더 이상 자세한 것에 대해서 설명하지 않고, 다만 상기 국제 특허 출원에 기재된 것을 참조하는 것으로 그친다.
수동 고체 메모리가 예컨대 가용성 저항을 이용하여 대규모로 구현되지 못했던 중요한 이유는 도체의 회로망에서의 택일적 전류 경로, 즉 소위 스니크 전류 문제 때문이다. 이 문제는 도 5에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서는 도체가 한번 더 m, n으로 표시되고, 도체(mk)와 도체(nl) 간의 교차점에 형성된 논리 셀(2kl)이 도시되어 있다. 만일 각 교차점에서의 논리 셀(2)이 도 5에 표시된 바와 같이 오믹 저항으로 구성된다면, 이는 어드레싱 동작으로 인한 전류 도체 매트릭스에서의 주어진 위치 x, y에서의 저항 변화가 도 5에 도시된 바와 같은 택일적 루프를 통해 누설되는 전류에 의해 표시될 것이다. 도 5에서는 위치 x = y 및 y = 1에 있는 논리 셀(2k1)이 어드레스되며, 전류는 점선으로 표시된 전류 경로를 따라 인접한 셀들로 누설된다. 각 도체(m, n)상에서의 어드레싱을 위한 정확한 전류 경로는 두꺼운 실선으로 표시된다. 전류 도체 매트릭스의 크기가 증가하면, 즉 xy 곱의 크기에 따라 스니크 전류 문제만이 확대됨을 알 수 있다. 이하에서는 이 문제를 해소하는 두가지 방법, 즉 정류 다이오드를 이용하거나 예컨대 액정이나 정합 반응 재료와 같은 임피던스가 큰 재료를 이용하는 방법에 대해서 설명한다.
스니크 전류 문제를 해소하기 위해서는 예컨대 교차점, 즉 셀에서의 전기적 접속에 스니크 전류 문제를 경감시키거나 제거하는 높은 비선형 전류/전압 특성을 부여할 수 있다. 도 5로부터 명백하듯이 이것은 각 교차점에 저항과 직렬로 정류 다이오드를 설치함으로써 달성될 수 있다. 결과적으로 본 발명에서는 그와 같은 정류 다이오드의 회로망을 간단하고 확실하게 구성하여 저가이면서 동시에 조정가능한 비선형 임피던스 형태로 적당한 데이타 전송 구조를 만들어내는 것이 매우 중요하다. 예컨대 티오펜이나 PPV형의 PPV 중합체 형태로 된 유기 재료를 가진 기능 매체를 이용하고 이 기능 매체와 관련하여 적당한 전극 재료를 선택함으로써, 금속과 유기 재료 간의 경계에 다이오드 접합을 만들어내는 것이 가능하며, 이 다이오드에는 매우 양호한 정류 성질이 주어질 수 있다. 셀의 기능 매체를 통한 전기적 커플링은 유기 재료의 임피던스 성질에 재료 간의 제어된다. 따라서, 논리 셀의 어드레싱은 교차점에 있는 도체들(m, n)간, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 mk와 nl간의 임피던스 변화를 의미하며, 이것은 다양한 방법으로 달성될 수 있다.
이제, 이하에서는 본 발명에 따른 전기적 어드레싱 방법의 바람직한 실시예들에 대해서 설명한다. 이 실시예들은 주로 논리 셀에서의 데이타의 기록과 판독에 대해 레싱은.
실시예 1 - 주울열에 의한 기록
도체들(m, n) 간의 교차점 x, y에 있는 논리 셀을 통해 흐르는 고전류는 유기 도전 재료에 기반한 기능 매체를 가열시킬 것이다. 재료를 적절하게 선택함으로써 그 총 임피던스는 전류 펄스에 의해 가역적으로 또는 비가역적으로 변화될 수 있고, 변화된 임피던스는 논리 셀의 전극 수단(E)을 구성하는 도체들(m, n)에 대한 측정에 의해 판독된다.
본 발명에 따른 디바이스가 높은 저장 밀도를 가진 데이타 저장 장치로서 구현된다면, 논리 셀들은 서로 매우 가까워 질 것이며, 기록 동작 중에 인접한 셀들의 임피던스 변화를 일으키는 열 확산 형태의 누설을 피하는 것이 중요하게 된다. 따라서, 달성될 수 있는 통상적인 공간적 한정은 열 확산 길이에 의해 표현될 수 있기 때문에 짧은 기록 펄스를 인가해야 한다. 열 확산 길이는 벌크 파라메터, 기하학적 형태, 및 가열 펄스의 시간 특성에 따라 달라지는 양이다. 통상적으로, 1 마이크로메터 이하의 공간적 솔루션을 달성하기 위해서는 1 마이크로초 이하의 펄스폭이 필요할 것이다.
특히 데이타 판독과 관련된 누설의 다른 형태는 유기 벌크 재료로 된 기능 매체내의 논리 셀들 간의 전류 확산이다. 이것은 강한 이방성 전기적 컨덕턴스, 즉 애노드(3)와 캐소드(4) 간의 셀을 통한 높은 컨덕턴스를 갖는 유기 재료를 이용하면 해소될 수 있다. 한편, 구조(S)의 신장 방향, 즉 S에 의해 구성된 층 또는 평면을 따라 메모리들 간의 컨턱턴스는 낮다. 이런 종류의 성질을 갖는 중합체 화합물은 M, Granstrom의 " Macromolecular microstructures " [Linkoping Studies in Science and Technology, Dissertation No. 432, Linkoping 1996, particulary pp. 49-51 and pp. 134-158]과, M, Granstrom ＆ al의 "Self organising polymer film - a route to novel electronic devices based on conjugated polymers " [Supramolecular Science에서 출간]에 기재되어 있다. 이상적으로는 셀의 임피던스 성질은 판독 동작 중에 변하지 않을 것이다. 이것은 열 구동 프로세스가 고도의 비선형 또는 임계 종속이어야 한다는 것, 즉 기능 매체는 영향을 받지 않아 전류를 작게 되도록 경감시키나 더 높은 전류에서는 급격한 전이(비선형 임피던스 특성)가 프로세스가 것이라는 것을 의미한다. 결정 재료는 통상 용융점에서 열 구동된 변화를 보여준다. 그러나, 중합체나 유리와 같은 비정질 재료에서는 그와 같은 전이는 넓은 범위의 온도에서 점차적으로 발생하며, 보통은 덜 정확한 파라메터 연화 온도나 유리 전이 온도(비캣점(Vicat point))를 이용한다.
중합체를 주성분으로 한 다이오드의 수명은 고장의 주원인이 주울열인 관계로 동작 조건에 크게 달려 있다는 실험 논문은 많이 있다. 그러나 열 전이 온도가 잘 정의되어 있지 않다하더라도, 그와 같은 다이오드는 기록과 판독 동작 간의 구별에 관하여 상술한 조건을 매우 잘 만족시킨다.
도전성 유기 벌크 재료에 미세 결정체를 내포시키거나 전극들과 유기 재료 간의 접촉면을 부분적으로 덮으므로써 중합체 및 기타 다른 다이오드 재료에서는 용융점 구동 임계 기능을 달성할 수 있다. 접촉면을 부분적으로 덮는 일을 실현하는 한가지 방법은 디바이스를 설치하기 전에 전극면상에 결정체를 전극 스프레잉하는 것이다. 미세 결정체의 영향은 용융으로 인한 전류 경로의 기계적 파괴, 측방향에서의 확산을 촉진하기 위하여 전극 재료와 관련한 양호한 웨팅 성질, 또는 전류 전파를 막는 능동 물질의 방출에 있을 수 있다.
실시예 2 - 광 발생에 의한 기록
노광은 유기 재료의 화학적 변화를 촉진 또는 가속시킬 수 있다는 것은 잘 알려져 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 일 실시예에서, 유기 벌크 재료는 전체 또는 일부가 전류 공급에 의해 활성화되는 발광 유기 회합물로 구성된다. 이런 종류의 유기 발광 다이오드(OLED)는 현재 상업적으로 개발 중에 있다. OLED에서의 성능 저하 메카니즘이 연구의 주대상이 되어 왔으며, 연구의 중요한 결과는 수명을 길게 하는데 필수적인 자외선 또는 청색광으로 다이오드 벌크 재료를 조사(irradiation)하는 것을 차단한다는 것이다.
본 발명에서는 자외선 및/또는 청색광을 방출하는 OLED의 여기에 의해 강렬하면서도 잘 제어된 국소 조사를 발생시키는 자외선과 청색광의 자화율을 이용한다. 이하에서 설명되겠지만, 통상적으로 OLED 주울열이 수반되는 조사의 효과는 두가지 다른 방식으로 이용될 수 있다. 그 중 첫번째 방식은 판독을 논리 셀에서의 임피던스 변화 검출에 근거하는 것이고, 두번째 방식은 판독을 OLED의 발광 성질의 변화 검출에 근거하는 것이다.
전력 소모를 최소화하고 어드레싱 속도를 높이기 위해서, 광 유기(induced) 상태 변화에 아주 민감한 재료가 선택된다. 이것은 OLED 제조에 있어서 통상적인 것과는 정확히 반대되는 최적화는 물론 OLED 개발과 관련하여 이전에 폐기되었던 어떤 관심있는 재료의 이용을 의미한다. 그러나, 본 발명의 경우에는 재료 선택에 있어서 선택 범위가 매우 넓다. 따라서 OLED의 발광 성분의 특정 시뮬레이션을 위해 주문 제조된 감광성 광기폭제를 포함하는 상호 작용하는 재료 계통을 이용하는 것이 가능하다. 이와 같은 방책은 논리 셀내의 기능 매체와 전극면에서의 재료 모두에 대해 적용될 수 있다.
실시예 3 - 내부 광 발생에 의한 기록과 직접 임피던스 측정에 의한 판독
이 경우에 광의 유일한 기능은 셀(2)의 기능 매체(1)의 화학적 변화를 개시 및/또는 가속시키는 것이다. 도 6에는 간단한 일반적 구조가 도시되어 있다. 도 6에서, 자외선 및/또는 청색광을 방출하는 중합체는 전극 수단의 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에 제공되며 일 경계면에 정류 접합부를 생성한다. 순방향으로 바이어스되면 전류가 흐르게 되고 광이 방출되어 셀(2)의 유기 재료와 상호 작용한다. 그와 동시에 열이 발생되고, 열로 소모된 공급 전기 에너지와 광발생을 위해 이용된 공급 전기 에너지 간의 관계는 기능 매체와 전기적 여기 조건에 달려 있다. 열과 광의 결합 효과는 하나 또는 수가지 메카니즘에 의해 셀내의 화학적 변화를 일으킨다. 한가지 메카니즘은 벌크 재료의 도전성을 감소시키고 각 셀에서의 직렬 저항을 변화시키는 공액 분자에서의 체인 분리이다. 다른 메카니즘은 간접적인 것으로, 첨가된 화학종은 광효과에 의해 화학적으로 반응하고 셀내의 도전 재료를 부식시킨다. 이 다른 메카니즘의 일례는 자외선 및/또는 청색광에 의한 자유 라디칼의 생성이다.
실시예 4 - 내부 광 발생에 의한 기록과 판독
도 7에는 일반적인 구조가 도시되어 있다. 여기서 각 메모리 셀은 2 또는 그 이상의 파장으로 광을 각각 방출하는 미세 유기 발광 다이오드(OLED, 10; 10')의 혼합으로 구성된다. 도 7에서 OLED(10, 10')는 애노드(3)와 캐소드(4) 사이로 신장하여 이들과 접촉하는 타원 영역으로 도시되어 있다. 예컨대 영역(10)은 자외선 또는 청색광을 방출할 수 있고, 영역(10')은 적색광을 방출할 수 있다. 수개의 OLED와 영역으로 구성된 셀은 M, Granstrom과 O. Inganas의 논문 "White light emission from a polymer blend light emitting diode" [Applied Phys. Lett. 68:2, pp. 147-149, 1996]와, 상술한 Granstrom의 논문, pp. 135-140에 기재된 바와 같이 구체화될 수 있으며, 본 발명은 청색 및 적색으로 방출되며 셀내의 공간에 임으로 설치되는 OLED에 기반을 둘 수 있다. 저전압은 적색광을 방출하는 OLED만을 여기시키며, 고전압은 청색광을 방출하는 OLED를 여기시킨다.
기록 동작은 청색광의 방출과 증가된 열 소산이 적색광을 방출하는 OLED의 광방출을 감소시키거나 소멸시키도록 하는 고전압에서의 여기에 의해 일어난다. 다시 한번, 상기 실시예 3과 관련하여 설명된 바와 같이 감광성 첨가제가 첨가될 수 있다. 판독 동작은 적색광을 방출하는 OLED만이 활성화되고 열 발생은 작게 되도록 하는 저전압에서의 여기에 의해 일어난다. 당해 셀의 조사 전력은 광검출기에 의해 모니터되고, 이에 따라 셀의 논리 상태가 결정될 수 있다.
실시예 5 - 액정에 기초한 용량성 논리 셀
상술한 스니크 전류 문제는 각 교차점에서, 즉 각각의 단일 논리 셀의 위치에서 매우 높은 임피던스를 갖는 수동 매트릭스 어드레스가능 논리 디바이스에서는 나타나지 않을 것이다. 도 8에는 극히 높은 오믹 저항을 갖는 디바이스가 도시되어 있다. 논리 셀(2)은 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 간에 제공된 쌍안정 액정 재료(LC)를 포함한다. 셀(2)의 논리 상태는 전극에 전압을 인가함으로써 제어될 수 있는 LC에서의 분자 질서도로 표현된다. 이것의 기본 원리는 다음과 같이 설명될 수 있다. 도 8의 좌측에 있는 논리 셀(2)이 무질서 상태에 있고 논리값 0을 나타낸다고 가정한다. 기록을 위한 분극 전압을 인가하게 되면, 도 8의 우측에 있는 논리 셀(2)로 도시된 바와 같이 액정 분자가 정렬되어 논리값 1을 나타내는 질서 상태로 된다. 그리고 전압을 제거해도 LC내의 분자들은 정렬된 질서 상태를 그대로 유지하게 되어 비휘발성 논리 상태가 얻어진다. 그런 후에, 소거 동작을 일으키는 값을 갖는 전압 펄스 또는 전압 펄스 계열을 인가함으로써 셀은 논리 상태 0으로 복귀할 수 있다. 본 발명에 따라서, 셀에서 논리 상태 0과 1 간의 전기적 임피던스차를 검출함으로써 논리 셀(2)의 논리값이 결정된다. 구체적인 예로서, 논리 셀(2)의 용량은 대략 C = C0+ C1으로 주어질 수 있다. 여기서 C0는 LC 분자의 정렬 상태에 별로 관계하지 않는 용량이고, C1은 분자 정렬에 크게 관련이 있는 용량이다.
데이타의 판독 동작은 LC 분자의 질서도의 결정에 관련된다. MLC f(C1)은 LC 분자의 배향 이동도의 직접 크기로서 논리 0과 1 상태에서 다를 것이다. MLC의 결정에 관한 전기적 여기를 위한 두가지 다른 바람직한 방식에 대해서 설명한다. 이들을 간단한 방식으로 시각화하기 위하여, 도 8에서는 LC 분자가 도면 좌측의 논리 셀(2)에서 무질서 상태로 랜덤한 배향을 갖는 막대로서 도시되어 있다. 도면 우측의 논리 셀(2)에서는 LC 분자들이 애노드(3)와 캐소드(4)간 방향을 따라 질서 상태로 정렬되어 있다. 그러나, 이것은 강유전성 액정에 기반을 둔 논리 셀에서는 더 복잡한 질서가 생길 수 있다는 것을 배제하지는 않는다. 첫번째 방식에서는 전극 수단에 연속적인 교류 전압(바이폴라 전압)이 인가되며, 이 전압은 LC 분자들이 부분적 재배향을 갖고서 반응할 수 있도록 충분히 낮은 주파수, 즉 f1/τ가 되는 주파수를 가진다. 여기서, τ는 소신호 재배향의 시정수이고, f는 주파수이다. 분자들이 통상적으로 무질서 상태에서 비교적 움직이기 쉽다면, MLC에 대해 질서 상태에서보다 더 큰 값이 검출될 것이며, 따라서 분자들은 그들의 국소 질서 벡터를 따라서 로크된다.
두번째 방식에서는, 기록을 위해 이용된 전압보다 더 낮은 판독 전압을 갖는 전압 레벨이 전극에 인가된다. LC 분자들이 0상태에 있는가 아니면 1상태에 있는가에 따라서 분자들은 서로 다른 배향 이동도를 가질 것이며, 과도 변위 전류의 측정으로부터 도출된 MLC의 크기는 LC 분자의 질서, 따라서 논리 셀의 논리 상태에 대한 정보를 포함할 것이다. 이들 방식 모두는 장점과 단점을 갖고 있다. 연속 교류 전압을 인가하는 방식은 정밀하기는 하나 검출의 응답 시간이 줄어든다는 단점이 있다. 전압 스텝 방식은τ인 기간내에 검출될 수 있으나, 기술적 복잡성이 더 커지는 단점이 있다. 양 경우에, 비교적 높고 임계 한정된 전압은 판독 프로세스를 단순화시킨다. 한편 높은 기록 전압은 저전압 구동 전자 장치와 전원을 사용하고자 하는 바람과 교량되어야 한다.
실시예 6 - 전기적 스위칭식 쌍안정 유기 박막
예컨대 생물학적 기원의 복합 유기 분자는 쌍안정성 또는 다안정성을 가질 수 있다. 즉, 복합 유기 분자는 여러가지 서로 다른 정합으로 나타날 수 있다. 이런 종류의 분자 부류는 박테리오로돕신과 그 변종 또는 관련 화합물이다. 광 논리 디바이스에 사용하는 것과 관련하여 박테리오로돕신의 정합 반응 성질은 본 출원인의 소유이며 여기에 참고로 내포된 NO 특허 출원 제972574호에 더욱 상세히 기재되어 있다.
쌍안정 메모리 디바이스는 상술한 논리 디바이스의 매트릭스 어드레스가능한 실시예에 기초하여 얻어질 수 있다. 예컨대 박테리오로돕신으로 된 박막은 기능 매체(1)에서의 유기 재료가 될 수 있다. 박막은 전압이 인가되는 경우에 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 간에 발생된 전기장의 영향하에 우선적으로 정렬되고 2개의 쌍안정 분자 정합 간에 스위칭된다. 스위칭 동작은 가역적으로 일어날 수 있으며, 메모리 재료를 소진시키는 일이 없이 아주 많은 회수로 시행된다. 판독 동작은 스위칭 임계치 이상의 전압을 전극 수단에 인가함으로써 일어난다. 당해 셀이 이전의 기록 동작에서 이미 스위칭되었다면, 판독 전압을 인가해도 셀에서는 더 이상의 응답이 없을 것이다. 반면에 셀이 스위칭되지 않았다면 응답할 것이다. 스위칭 동작에는 당해 셀을 구동시키는 전극 수단을 통해 연결된 전자 회로를 통해 감지될 수 있는 전기적 과도 현상이 수반된다.
본 발명에 따른 전기적 어드레스가능 수동 디바이스에서 원하는 성질을 얻기 위해서는 기능 매체의 유기 재료는 비선형 임피던스 특성을 가져야 한다. 상술된 유기 재료이외에도, 예컨대 용량성 셀을 형성하기 위하여 강유전성 중합체 재료를 사용하는 것도 생각해 볼 수 있다. 또 다른 재료로는 비선형 임피던스 특성을 가진 유기물 기재(organic based) 전하 이송 복합물, 예컨대 상술한 M(TCNQ) 복합물이 될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스를 광 검출기로 구현하고자 하는 경우에는, 유기 재료가 감광성 다이오드, 예컨대 상술된 OLED에서 사용되었던 것에 해당하는 중합체를 구성하는 기능 매체를 이용하면 된다. 그러면, 원하는 스펙트럼 선택성을 갖는 감광성 중합체를 사용해야 한다.
광 검출기로서 구현된 디바이스는 물론 한 평면에서 검출기 어레이를 구성하며, 적층 구성은 관련이 없다. 반면에 전극 수단(E)의 전극들(m, n)은 적어도 한쪽은, 즉 광이 입사되는 쪽에는 투명 또는 반투명 재료로 구성되어야 한다. 예컨대 전극(m 또는 n)은 ITO(indium tin oxide) 또는 폴리피롤과 같은 투명 또는 반투명 중합체로 구성될 수 있다.
많은 목적을 위해서 이런 종류의 광 검출기에서는 예컨대 다중스펙트럼 검출을 위해서 스펙트럼 선택성을 조정할 수 있기를 바랄 것이다. 이는 투명 전극 위에 예컨대 연속층 형태로 제공된 전기적으로 동조가능한 광 필터를 별도의 구동 전자 장치와 함께 사용함으로써 달성될 수 있다. 다른 가능성은 전극 수단(E) 위에서 동조 동작이 직접 일어날 수 있도록 스펙트럼 선택성이 전기적으로 동조될 수 있는 감광성 다이오드 재료를 사용하는 것이다. 현재 이것은 실제로 실현하기가 불가능한 것으로 드러나 있다. 실제로 실현할 수 있는 방법은 기능 매체를 패턴화하는 것, 즉 기능 매체를 연속층으로 형성하는 것이 아니라 셀마다 기능 매체를 개별적으로 할당시키는 것이다. 예컨대 여섯개의 인접한 셀 그룹은 RGB 검출기에서 하나의 화소를 구성할 수 있으며, 각 화소내의 당해 셀은 적색, 녹색 및 청색광을 선택하고 RGB 검출에 적합한 프로토콜에 따라서 어드레스된다.
본 발명에 따른 디바이스의 기능 매체 그 자체는 전극 디바이스의 전극들 간의 연속층으로서의 피착물이 될 수 있다. 그러나, 기능 매체는 각각의 분리된 전극 수단의 전극들 간의 분리된 부분들 아래에서는 쉽게 패턴화, 즉 피착되지 않는다. 이 경우에는 기능 매체가 등방성 도전성을 갖는다면 문제가 없을 것이다. 그외에도 기능 매체는 예컨대 하나의 유기 재료와 하나 또는 그 이상의 첨가제를 포함하는 균일한 구조로 형성될 수 있다. 이와 같은 첨가제는 그 자체로서 무기물 또는 유기물이 될 수 있다. 그러나, 기능 매체를 포함하는 재료가 전극 수단의 전극들 간의 층에 제공되도록 기능 매체를 층구조로 형성하는 것은 쉬운 일이 아니다. 그래서 각 층은 원하는 전기적 또는 전자적 성질을 가지며 또 무기 또는 유기 첨가제가 첨가된 여러가지 서로 다른 유기 재료로 구성될 수 있다. 또한, 이 경우에 하나 또는 몇개의 층은 무기 재료로 구성될 수 있다. 예컨대 혼성 무기/유기 기능 매체가 얻어지도록 중합체 재료에 인접한 곳에 비정질 수소 첨가 실리콘(a-Si:H) 화합물을 첨가하는 것이 적절할 수 있다. 유기물 기재 전하 이송 복합물, 예컨대 M(TCNQ)와 같은 유기 금속 복합물이 기능 매체에 사용된다면, 이 복합물은 비선형 임피던스 특성을 가져야 하나, 기능 매체의 어느 한측에 있는 전극에 인접해 있는 반도체 재료와 함께 부가적으로 제공될 수 있다. 반도체 재료는 예컨대 그 자체로서 공지되어 있고 또 상기 도입부에서 논의된 쇼트키 접합부가 얻어지도록 갈륨 비소가 될 수 있다. 만일 다이오드 기능 또는 정류 기능을 갖는 기능 매체를 구현하고자 한다면, 기능 매체를 층구조로 만들면 이들 기능을 여러가지 기술, 예컨대 PN, NPN, PNP 또는 PIN 접합 기술을 이용하여 혼성 유기/무기 기능 매체에서 실현할 수 있다. 또한 층구조로 된 기능 매체는 만일 원한다면 별도의 층에 제공된 광방출 또는 광검출 재료를 이용할 수 있는 가능성을 제공한다.
본 발명에 따른 논리 디바이스는 실제 구현시에 전극용 구동장치를 포함할 것이며, 전압을 도체(m, n)에 공급하기 위해서 급전선과 전류 버스가 사용되어야 한다는 것을 본 기술 분야의 통상의 전문가라면 잘 알 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 논리 디바이스에 외부 전기 에너지를 공급하는 것은 본 기술 분야의 통상의 전문가에게 잘 알려져 있는 여러가지 방법으로 행해질 수 있으며, 그러므로 이것은 본 발명의 영역에 포함되지 않으며 따라서 이에 대해서는 본 명세서에서 자세히 설명되지 않는다.

Claims (37)

  1. 층 형태의 연속적 또는 패턴화된 구조(S)로 된 기능 매체(1)를 포함하며, 상기 기능 매체는 적당한 에너지 공급에 의해 상태의 물리적 또는 화학적 변화를 일으킬 수 있고, 상기 기능 매체(1)는 2차원 패턴으로 배열된 개별적 어드레스가능한 수동 셀(2)을 포함하며, 셀(2)내의 주어진 물리적 또는 화학적 상태는 등록 또는 검출값을 나타내며 그 상태에는 셀에 대한 소정의 논리값이 할당되는, 데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위한 전기적 어드레스가능한 수동 디바이스에 있어서,
    상기 셀(2)은 셀을 통한 직접 또는 간접 전기적 커플링을 행하기 위하여 셀내의 기능 매체(1)와 직접 또는 간접으로 접촉하는 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에 제공되고, 셀(2)에는 셀의 물리적 또는 화학적 상태 또는 셀의 물리적 또는 화학적 상태의 변화의 검출을 위해 전기적 에너지가 직접 공급될 수 있으며, 상부 및 하부 도체(m;n)가 상호 직교하는 관계로 교차하도록 기능 매체(1)의 양면에 다수의 평행한 도체들(m;n)이 제공되며, 상기 셀(2)의 전극수단(E)은 기능 매체(1)내의 셀들과 그들에 할당된 전극 수단(E)이 교차점에서 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4)를 구성하는 상부 및 하부 도체(m;n) 각각에 의해 행과 열이 형성된 매트릭스의 요소를 구성하도록 상부 도체와 하부 도체(m;n) 사이의 교차점에 형성되며, 상기 셀(2)의 기능 매체는 비선형 임피던스 특성을 가지며, 상기 기능 매체(1)는 하나 이상의 유기 재료를 포함하는 균질 또는 층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀(2)은 상기 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에 구성된 정류 다이오드를 포함하며, 상기 수동 디바이스는 이런 종류의 다이오드들로 이루어진 전기 회로망을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도체(m;n)는 상기 기능 매체(1)내에 또는 기능 매체(1)상에 제공되어 상기 기능 매체와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 도체(m;n)가 상기 기능 매체(1)와 간접으로 접촉하도록 상기 기능 매체(1)의 양면에 그리고 상기 기능 매체와 상기 도체(m;n) 사이에 유전체층(7;8)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 도체(m;n)는 상기 기능 매체(1)의 양면에서 상기 기능 매체와 인접한 실질적으로 층형태의 기판(5;6)내에 또는 기판상에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도체(m;n)는 상기 기능 매체(1)의 적어도 일면상에 투명 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유기 재료는 중합체 재료인 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 중합체 재료는 공액 중합체인 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기 재료는 이방성 도전 재료인 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 이방성 도전 재료는 전기적 절연 재료에 의해 둘러싸인 분리된 도전 영역(10, 10')을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 도전 영역(10, 10')은 상기 기능 매체(1)의 양면에 상기 도체들(m;n)과 이 도체들을 위한 기판들(5;6)을 제공하기 전에 층형태의 구조로 분배된 적어도 2개 이상의 유기 액정 간의 상분리에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 전기 에너지의 공급에 의해 광을 방출할 수 있는 물질이 유기 재료에 첨가되고, 상기 유기 재료는 상기 방출된 광과 상기 공급된 전기 에너지에 의해 발생된 열의 영향하에서 상기 기능 매체의 임피던스를 변화시키는 화학적 반응을 일으킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 전기 에너지의 공급에 의해 파장 또는 파장 대역이 서로 다른 광을 방출 또는 검출할 수 있는 하나 이상의 물질이 유기 재료에 첨가된 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 유기 재료는 강유전성 액정 또는 강유전성 중합체인 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유기 재료의 표면상에 또는 표면내에 가용성 미세 결정체가 첨가된 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 유기 재료 그 자체 또는 상기 유기 재료에 첨가된 물질이 유리상으로부터 비정질상으로 또는 그 역으로 전이될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 유기 재료는 다안정 정합 반응 유기 재료인 것을 특징으로 하는 전기적 어드레스가능 수동 디바이스.
  18. 데이타의 등록, 저장 및/또는 처리를 위한 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법으로서, 상기 수동 디바이스는 실질적으로 층 형태의 연속적 또는 패턴화된 구조(S)로 된 기능 매체(1)를 포함하며, 상기 기능 매체(1)는 적당한 에너지 공급에 의해 상태의 물리적 또는 화학적 변화를 일으킬 수 있고, 상기 기능 매체(1)는 2차원 패턴으로 배열된 개별적 어드레스가능한 셀(2)을 포함하며, 셀(2)내의 주어진 물리적 또는 화학적 상태는 등록 또는 검출값을 나타내며 그 상태에는 셀에 대한 소정의 논리값이 할당되며, 상기 어드레싱은 셀내의 등록 또는 검출값의 검출 동작과 셀에 할당된 논리값의 기록, 판독, 소거 및 스위칭 동작을 포함하고, 상기 어드레싱 방법은 셀의 물리적 및/또는 화학적 상태를 검출 또는 변화시키기 위하여 셀의 기능 매체에 직접 전기적 에너지를 공급하여 어드레싱 동작을 발생시키는 단계를 포함하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법에 있어서,
    비선형 임피던스 특성을 갖는 셀(2)의 기능 매체(1)로서 하나 또는 그 이상의 실질적 유기 재료를 포함하는 균질 또는 층 구조로 형성된 기능 매체(1)를 제공하는 단계,
    셀내에서 실질적 유기 재료와 직접 또는 간접으로 접촉하는 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4) 사이에 셀을 제공함으로써 셀(2)에 전기적 에너지를 공급하는 단계, 및
    셀에 전압을 인가하여 셀을 통해 직접 또는 간접 전기적 커플링을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기능 매체(1)의 양면에 제공된 평행한 도체들(m;n) 간의 교차점에 셀(2)을 형성하고, 상부 및 하부 도체(m;n)는 실질적으로 상호 직교하는 관계로 교차하며 셀(2)의 전극 수단(E)의 애노드(3)와 캐소드(4)를 각각 포함하고, 상기 기능 매체(1)내의 셀들(2)과 상기 셀들에 할당된 전극 수단(E)은 상기 상부 및 하부 도체(m;n) 각각에 의해 행과 열이 형성된 매트릭스의 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기능 매체의 적어도 일면에 투명 재료로 상기 도체를 형성하는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 셀내에 전하를 주입함으로써 전기 에너지가 공급되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 셀내에 전기장을 발생시킴으로써 전기 에너지가 공급되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  23. 제18항에 있어서, 상기 셀은 고도의 비선형 전압 특성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  24. 제18항에 있어서, 상기 셀은 정류 다이오드로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 유기 재료, 바람직하게는 공액 중합체를 직접 접촉시킴으로써 상기 정류 다이오드가 자발적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  26. 제18항에 있어서, 전기적 에너지의 공급에 의해서 광을 방출할 수 있는 물질이 유기 재료에 첨가되어, 전기적 에너지 공급에 의해 발생된 열과 함께 방출광이 이 상기 유기 재료내에서 화학적 반응을 트리거하고, 상기 기능 매체의 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  27. 제18항에 있어서, 전기적 에너지의 공급에 의해 파장 또는 파장 대역이 서로 다른 광을 방출할 수 있는 하나 또는 그 이상의 물질이 유기 재료에 첨가되고, 상기 공급된 전기 에너지의 전압값을 변화시킴으로써 상기 방출광의 스펙트럼 특성이 변화되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  28. 제27항에 있어서, 고전압을 상기 셀에 인가하고 저전압 인가 동안에 광방출을 검출하여 논리값을 판독함으로써 상기 셀에 할당된 논리값이 스위칭되고, 상기 셀이 상기 기능 매체의 물리적 또는 화학적 상태에 영향을 주지 않으면서 강도가 상기 논리값에 따라 달라지는 긴 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  29. 제18항에 있어서, 유기 재료는 강유전성 액정 또는 강유전성 중합체이고, 상기 셀의 임피던스를 측정하여 상기 셀에 할당된 논리값을 검출하는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  30. 제18항에 있어서, 저항열에 의해 상기 기능 매체의 도전성을 변화시키는 전기 에너지의 공급에 의해서 상기 셀에 할당된 논리값이 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  31. 제18항에 있어서, 상기 기능 매체의 도전성에 비가역적 변화를 주므로써 상기 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  32. 제18항에 있어서, 상기 기능 매체와 상기 애노드 또는 상기 캐소드 간의 경계에서 비가역적 변화를 주므로써 상기 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  33. 제18항에 있어서, 유기 재료에 가용성 미세 결정체가 첨가되고, 상기 미세 결정체를 용융시킴으로써 상기 셀에 할당된 논리값이 비가역적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  34. 제18항에 있어서, 유기 재료 그 자체 또는 상기 유기 재료에 첨가된 물질은 유리상으로부터 비정질상으로 또는 그 역으로 전이될 수 있고, 상기 유기 재료 또는 상기 유기 재료에 첨가된 물질에서 유리상에서 비정질상으로 또는 그 역으로의 전이에 의하여 상기 셀에 할당된 논리값이 가역적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  35. 제18항에 있어서, 유기 재료는 다안정 정합 반응 유기 재료이고, 상기 셀내에 전기장을 발생시킴으로써 상기 셀에 할당된 논리값이 가역적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 수동 디바이스의 전기적 어드레싱 방법.
  36. 광 검출기 수단에서 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와 제18항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 전기적 어드레싱 방법의 이용.
  37. 입체적 데이타 저장 장치 또는 데이타 처리 장치에서 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전기적 어드레스가능 수동 디바이스와 제18항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 전기적 어드레싱 방법의 이용.
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