NO311119B1 - Elektrisk adresserbar, passiv innretning, fremgangsmåte til elektrisk adressering av samme og anvendelse av innretning ogfremgangsmåte - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk adresserbar, passiv innretning til registrering, lagring og/eller prosessering av data, hvor innretningen omfatter et funksjonsmedium i form av en hovedsakelig sjiktlignende, kontinuerlig eller mønstret struktur, hvor funksjonsmediet kan gjennomgå en fysisk eller kjemisk tilstandsforandring ved en passende energetisk påvirkning, hvor funksjonsmediet omfatter individuelt adresserbare, passive celler anordnet i et todimensjonalt mønster, hvor funksjonsmediet er dannet som en homogen eller stratifisert struktur omfattende et eller flere hovedsakelig organiske materialer, hvor en gitt fysisk eller kjemisk tilstand i en celle representerer en registrert eller detektert verdi, eller er tilordnet en forhåndsbestemt logisk verdi for cellen, hvor hver celle er anordnet mellom anoden og katoden i en elektrodeanordning som direkte eller indirekte kontakterer funksjonsmediet i cellen for å bevirke en direkte eller indirekte elektrisk kobling gjennom cellen, hvorved hver celle direkte kan tilføres elektrisk energi for deteksjon av cellens fysiske eller kjemiske tilstand eller en forandring i cellens fysiske eller kjemiske tilstand, hvor det på hver side av funksjonsmediet er anordnet en rekke hovedsakelig parallelle elektriske ledere slik at overliggende og underliggende ledere krysser hverandre i en hovedsakelig ortogonal innbyrdes relasjon, og hvor hver celles elektrodeanordning er dannet i krysningspunktet mellom en respektive overliggende og underliggende leder slik at cellene i funksjonsmediet og deres tilordnede elektrodeanordninger utgjør elementene i en matrise hvis rader og søyler er definert av henholdsvis de overliggende og underliggende elektriske ledere som i krysningspunktene danner anodene og katodene i elektrodeanordningen, samt en fremgangsmåte til elektrisk adressering av en passiv innretning for registrering, lagring og/eller prosessering av data, hvor innretningen omfatter et funksjonsmedium i form av en hovedsakelig sjiktlignende, kontinuerlig eller mønstret struktur, hvor funksjonsmediet kan gjennomgå en fysisk eller kjemisk tilstandsforandring ved passende energeti&k påvirkning, hvor funksjonsmediet omfatter individuelt adresserbare celler anordnet i et todimensjonalt mønster, hvor funksjonsmediet er dannet med en homogen eller stratifisert struktur omfattende ett eller flere hovedsakelig organiske materialer, hvor en gitt fysisk eller kjemisk tilstand i en celle representerer en registrert eller detektert verdi eller er tilordnet en forhåndsbestemt logisk verdi for cellen, hvor adresseringen omfatter operasjoner for deteksjon av en i cellen registrert eller detektert verdi og ytterligere operasjoner for skriving, lesing, sletting og svitsjing av en til cellen tilordnet logisk verdi, hvor fremgangsmåten omfatter å tilføre elektrisk energi direkte til funksjonsmediet i cellen for å detektere eller endre cellens fysiske og/eller kjemiske tilstand og dermed bevirke en adresseringsoperasjon, og hvor den elektriske energi tilføres en celle ved å anordne cellen mellom anoden og katoden i en elektrodeanordning som direkte eller indirekte kontakterer funksjonsmediet i cellen og å påtrykke cellen en elektrisk spenning som bevirker en direkte eller indirekte elektrisk kobling gjennom cellen, hvorved en til en celle tilordnet logisk verdi enten detekteres eller svitsjes.

Oppfinnelsen angår også anvendelser av den elektrisk adresserbare, passive innretning og fremgangsmåten til dens elektriske adressering.

Spesielt angår oppfinnelsen en logisk innretning som kan benyttes til dataminner av ROM-typen, WORM-typen eller til å realisere et dataminne som kan slettes og skrives på ny, samt en fremgangsmåte til adressering av slike minner ved rent elektroniske midler. Enda mer spesielt angår oppfinnelsen adressering av dataminner hvor minnemediet hovedsakelig består av organiske materialer og adresseringen skjer over en passiv matrise av elektriske ledere som kontakterer minnemediet direkte eller indirekte.

Elektronisk adressering av aktive logiske innretninger, eksempelvis til lagring og prosessering av data, er for tiden ensbetydende med bruk av uorganisk, elektronisk teknologi, og spesielt krystallinske silisiumkomponenter. Selv om slike komponenter har vist seg teknisk og kommersielt meget vellykkede, lider de av en av rekke ulemper. Spesielt er de beheftet med en kompleks arkitektur som fører til høy kostnad og et tap av datalagringstetthet. Innenfor den store undergruppe av flyktige halvlederminner basert på uorganisk elektronisk materiale, må kretsene konstant tilføres elektrisk strøm med en resulterende oppvarming og høyt elektrisk effektforbruk for å vedlikeholde den lagrede informasjon. Ikke-flyktige halvlederkomponenter unngår på den annen side dette problemet, men med en resulterende reduksjon i dataraten ledsaget av et høyt effektforbruk og stor grad av kompleksitet. En rekke forskjellige arkitekturer er blitt implementert for minnebrikker basert på halvledermateriale og avspeiler en tendens til spesialisering med tanke på forskjellige oppgaver. Matriseadressering av minnesteder i et plan er en enkel og effektiv måte for å oppnå et stort antall aksesserbare minnesteder med et rimelig antall linjer for elektrisk adressering. I et kvadratisk gitter med n linjer i hver retning vil således antallet minnesteder skalere som n<2>. I en eller annen form er dette basisiprinsipp for tiden implementert i en rekke elektroniske, aktive halvlederminner. I disse tilfeller må imidlertid hvert minnested ha en dedisert elektronisk krets som kommuniserer til utsiden via gitterkrysningspunktet såvel som et flyktig eller ikke-flyktig minneelement, typisk en ladningslagrende enhet.

Det har i teknikken vært foreslått en rekke anordninger som er ment å skulle realisere passivt adresserbare minneelementer basert på bruk av et organisk minnemedium. Således er det fra JP-A-4-145664 (Takeda, overdratt til Canon Inc.) kjent et organisk elektronisk element, hvor det er anordnet en tynnfilm mellom overliggende og underliggende elektroder, idet den underliggende elektrode er anordnet på et passende substrat og den overliggende elektrode krysser den underliggende elektrode perpendikulært. Ved å variere spenningen mellom elektrodene påvirkes ledningsevnen i den organiske tynnfilm. Denne ledningsevnen kan opprettholdes permanent og benyttes til å representere en minnetilstand i tynnfilmen mellom et elektrodepar. Det gis imidlertid ingen anvisning på hvordan denne fremgangsmåten og anordningen kan benyttes til adressering i store, passive matriser.

JP-A-62-95882 (Yamamoto, overdratt til Canon Inc.) viser en minnecelle med en første underliggende elektrode dannet ved å avsette kobber på et glassubstrat og over elektroden avsette en tynnfilm av et ladningsoverførende metallorganisk kompleks, i dette tilfelle Cu-TCNQ, hvoretter en overliggende elektrode er dannet ved å påføre en aluminiumpasta på tynnfilmen. Hvis det elektriske potensial til den første elektrode er høyere enn det til den annen elektrode, holdes tynnfilmen i en høyresistanstilstand til det elektriske felt når en terskelintensitet og svitsjes deretter til en lavresistanstilstand. Det gis her ingen anvisning på at slike minneelementer uten videre lar seg anordne i store passive matriser. Generelt er det imidlertid vel kjent å danne en minneinnretning hvor minnemediet er en bistabilt svitsjbar tynnfilm i form av en organisk kompleksforbindelse av ladningstransporttypen, jf. også JP-A-62-95883 med samme oppfinner og søker, hvor det for adressering benyttes transistorbrytere i hvert minneelement.

I JP-A-3-137896 (Taomoto, overdratt til Matsushita Giken K.K.) er det igjen foreslått et minneelement som benytter en organisk tynnfilm som kan svitsjes bistabilt mellom en høyresistanstilstand og en lavresistanstilstand ved påtrykking av et elektrisk felt og vedlikeholder den momentane resistanstilstand etter at det elektriske feltet fjernes. Videre kan dette element forandre tilstanden meget raskt ved høy temperatur, men langsommere ved lav temperatur. Igjen er det en organisk tynnfilm plassert mellom en overliggende og en underliggende elektrode og anordnet på et substrat. Det er angitt at svitsjingen skjer raskere og raskere med økende temperatur, men det er ikke sagt noe om bruken av et minneelement av denne art i store passive matriser eller hvorvidt det er egnet for passiv matriseadressering. Videre er det fra JP-A-3-137896 (Asakawa, overdratt til Matsushito Giken K.K.) kjent å anordnet tynnfilmer mellom overliggende og underliggende elektrodematriser. I det aktuelle tilfelle er matrisen vist som en 6 -11 matrise, altså totalt med 66 elementer. Tynnfilmen er en pådampet ftalocyaninfilm. Påtrykkes en spenning høyere enn en terskelverdi til en elektrodekrysning, lagres en på-tilstand. Når en spenning som er lik terskelverdien påtrykkes, bestråles krysningspunktet med lys, slik at på-tilstanden lagres i denne delen og informasjon tilført i form av lys kan skrives direkte i matrisen. Når en omvendt spenning påtrykkes krysningspunktet, slettes på-tilstanden. Det fås derfor en struktur som realiserer en minnefunksjon både med elektrisk signal og et lyssignal. Selv om det her er benyttet en 6-11 matrise, fremgår det ikke på noen måte at dette bistabilt svitsjbare minneelement vil fungere feilfritt ved adressering i passiv matrise med et stort antall minneelementer.

EP-A2-0 177 535 viser en informasjonslagrende innretning med et dielektrikum mellom et par av substrater, idet hvert substrat på overflaten som vender mot dielektrikumet er forsynt med parallelle elektroder slik at elektrodesettet danner en ortogonalt kryssende matrise, og omfatter en anordning for å forandre en kapasitans til dielektrikumet mellom kryssende elektroder, en anordning for å påtrykke en spenning til disse og en anordning for å detektere en forskyvningsstrøm som går gjennom denne. Foretrukket er dielektrikumet et væskekrystall og innretningen kan ses som en lagringsinnretning som er i stand til å gi ut informasjon lagret i bildeelementer.

Endelig er det fra en artikkel fra Z.Y. Hua & G.R. Chen, "A new material for optical, electrical and electronic thin film memories", Vacuum 43, nr. 11, pp. 1019-1023, (1992) beskrevet en ny kategori av utviskbare minnemedier som tillater realisering av minneelementer som kan svitsjes bistabilt ved tilførsel av energi i form av varme, elektriske felt eller lysstråling under forskjellige forhold. Disse minnemediene er basert på det ovennevnte metallorganiske ladningsoverføringskompleks M(TCNQ) dannet med 7,7,8,8-tetracynoquinodimetan (C]2H4N4) som virker som et elektronakseptormolekyl med forskjellige metaller (M) som elektronrike donorer. Hua & Chen foreslår å benytte M(TCNQ) i et elektrisk utviskbart minne ved eksempelvis å danne en matrise av svitsjeelementer basert på Cu(TCNQ) mellom et sett av underliggende parallelle elektroder, eksempelvis av aluminium, og et overliggende sett av kryssende parallelle elektroder, eksempelvis av kobber, og som er orientert perpendikulært i forhold til de underliggende elektroder. Forfatterne har innsett snikstrømproblemet ved dannelse av minneinnretninger basert på passiv matriseadressering av denne art og foreslår derfor for å unngå feilutlesning å tilføye et materialsjikt mellom Cu(TCNQ)-filmen og den underliggende elektroden for å danne en schottkybarriere. Dermed elimineres hovedsakelig problemet med snikstrømmer og bruk av M(TCNQ) i kombinasjon med en schottkybarriere vii følgelig kunne realisere adressering av minneelementer i store passive matriser. Det er således innsett at for å unngå snikstrømproblemet ved adressering i store passive matriser av minnelementer for lagring av data, er det nødvendig å ta de materialtekniske forhold i betraktning. Spesielt er dette viktig når man i tillegg til en ren minnefunksjon ønsker å realisere svitsjende, registrerende eller detekterende funksjoner i matrisen og hvor strøm- og spenningsverdiene kan variere betydelig, slik at en diodefunksjon ikke alltid er nødvendig forutsetning. Det kan også være ønskelig å kombinere den elektriske adressering i passiv matrise med lysemitterende eller lysdetekterende innretninger, noe som stiller ytterligere krav til det benyttede materiale, spesielt når det er ønskelig å realisere passive matriser med eksempelvis 10 elementer eller celler pr. cm .

Generelt har det vist seg vanskelig å adressere ikke viste eller multistabilt svitsjbare minnemedier i passive matriser, og problemene med både adresserbarhet og pålitelig deteksjon bare øker med økende antall noder i matrisen, slik omfattende simuleringsforsøk utført i regi av søkeren nylig har vist De samme forsøk har imidlertid også godtgjort at disse problemene kan overvinnes ved bruk av egnede materialer med spesielle elektriske eller elektroniske egenskaper.

En første hovedhensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en elektrisk adresserbar, passiv innretning som unngår problemene med de kjente halvlederkomponenter til lagring av data og som muliggjør adressering av et meget stort antall celler, eksempelvis ca. IO<8> på én cm<2>, for registrering, lagring eller prosessering av data i helelektronisk format og det uten å medføre ulemper som kompleksitet, høy kostnad, høyt effektforbruk og flyktig lagring.

Videre er det også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse at den elektrisk adresserbare, passive innretning skal kunne realiseres med et funksjonsmedium i form av et organisk materiale som gir muligheter for fleksible tekniske løsninger og en lav kostnad som ligger langt under den for tilsvarende innretninger basert på uorganiske krystallinske halvledere.

En annen hovedhensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte til elektrisk adressering av en passiv innretning i henhold til oppfinnelsen, og spesielt er det hensikten at fremgangsmåten skal kunne realiseres som en adressering av en passiv matrise i et helelektronisk format hvor funksjonsmediet i den passive innretning er dannet av hovedsakelig organiske materialer og implementerer et meget stort antall celler, eksempelvis ca. 10 på én cm , for registrering, lagring og/eller prosessering av data.

Endelig er det også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å anvende den elektrisk adresserbare, passive innretning samt en fremgangsmåte til adressering i passiv matrise og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen til å implementere henholdsvis en optisk detektoranordning eller en volumetrisk organisert, adresserbar innretning til lagring og/eller behandling av data.

De ovennevnte hensikter og fordeler oppnås i henhold til oppfinnelsen med en elektrisk adresserbar, passiv innretning som er kjennetegnet ved at cellens funksjonsmedium har en samlet ikke-lineær impedanskarakteristikk og at minst et organisk materiale i funksjonsmediet er en polymer; samt med en fremgangsmåte som i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved å gi funksjonsmediet i cellen en samlet ikke-lineær impedanskarakteristikk og å anordne et polymermateriale som det minst ene organiske materiale i funksjonsmediet..

I henhold til oppfinnelsen skal den elektrisk adresserbare, passive innretning og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anvendes i en optisk detektoranordning og i en volumetrisk datalagringsinnretning eller databehandlingsinnretning.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen omfatter hver celle en likeretterdiode dannet mellom anoden og katoden til elektrodeinnretningen slik at innretningen danner et elektrisk nettverk av dioder av denne art. Foretrukket er da likeretterdioden dannet spontant ved å kon.taktere polymermaterialet mellom elektrodene direkte.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er de elektriske ledere anordnet i eller på funksjonsmediet og kontakterer dette direkte, eller et dielektrisk sjikt er anordnet på hver side av funksjonsmediet og på hver side av dette og de elektriske ledere, slik at de elektriske ledere kontakterer funksjonsmediet indirekte. Foretrukket er da i hvert tilfelle de elektriske ledere anordnet i eller på et hovedsakelig sjiktlignende substrat tilstøtende funksjonsmediet på hver side av dette.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henholdt il oppfinnelsen er de elektriske ledere på minst en side av funksjonsmediet dannet av et gjennomsiktig materiale. 1 en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er polymermaterialet en konjugert polymer.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er polymermaterialet en ferroelektrisk polymer.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er et organisk materiale i funksjonsmediet et anisotropt elektrisk ledende materiale. Det er da foretrukket at det anisotrope elektrisk ledende materiale innbefatter separate elektrisk ledende domener omgitt av et elektrisk isolerende materiale, og spesielt at de ledende domener er dannet med faseseparasjon mellom minst to organiske væsker som er fordelt i form av en hovedsakelig sjiktlignende struktur før de elektriske ledere og eventuelle substrater for disse blir anordnet på begge sider av funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er et

stoff som kan emittere lys ved tilførsel av elektrisk energi tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet, og dette organiske materiale kan under påvirkning av det emitterte lys og eventuelt varme generert av den tilførte

elektriske energi, undergå en kjemisk reaksjon som bevirker en forandring i impedansen til funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er ett eller flere stoffer som er i stand til å emittere eller detektere lys på forskjellige bølgelengder eller i forskjellige bølgelengdebånd ved tilførsel av elektrisk energi, tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen omfatter funksjonsmediet et ferroelektrisk krystall.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen omfatter funksjonsmediet smeltbare mikrokrystallitter 1 en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen kan et organisk materiale i funksjonsmediet eller et stoff tilsatt et organisk materiale, gå over fra en krystallinsk fase til en amorf fase eller omvendt.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er et organisk materiale i funksjonsmediet et multistabilt, konformasjonsreaktivt organisk materiale.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er et organiske materiale i funksjonsmediet en halvleder. Det er da foretrukket at den organiske halvleder i hver celle danner en diodejunksjon enten iboende eller i forbindelse med en av elektrodene.

I en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen er det organiske materiale i funksjonsmediet en organiske ladningsoverførende forbindelse. Det er da foretrukket at den organiske ladningsoverførende forbindelse er TCNQ (7,7,8,8-tetracyanokinodimetan) og danner et ladningsoverførende kompleks med en elektrondonor. 1 en fordelaktig utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen omfatter funksjonsmediet dessuten et eller flere uorganiske halvledermaterialer, anordnet i respektive et eller flere separate sjikt. Det er da foretrukket at et organisk halvledende materiale er amorft hydrogenert silisium (a-Si:H) og/eller at et organiske halvledende materiale danner en diodejunksjon enten iboende eller i forbindelse med en av elektrodene.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er cellen dannet i krysningspunktet mellom respektive, hovedsakelig parallelle elektriske ledere anordnet på hver side av funksjonsmediet, idet en overliggende og en underliggende leder krysser hverandre i et hovedsakelig ortogonalt innbyrdes forhold og utgjør henholdsvis elektrodene i en elektrodeanordning i cellen, slik at cellen i det funksjonelle medium og deres tilordnede elektrodeanordning danner elementer i en matrise hvis rader og søyler er definert av henholdsvis de overliggende og underliggende elektriske ledere.

I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er cellen anordnet med sterkt ikke-lineær spenningskarakteristikk.

I en fordelaktig utførelse i henhold til oppfinnelsen er den elektriske energi levert ved injeksjon tilført ved injeksjon av elektriske ladninger i cellen.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er energien tilført ved å generere elektriske felter i cellen.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor stoff som kan emittere lys ved tilførsel av elektrisk energi, er tilsatt et organisk materiale i det funksjonelle medium slik at det emitterte lys, eventuelt sammen med varmegenerert av den tilførte elektriske energi utløser en kjemisk reaksjon i dette organiske materiale, forandres den samlede impedans til funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor ett eller flere stoffer som ved tilførsel av elektrisk energi kan emittere eller detektere lys på forskjellige bølgelengder eller i forskjellige bølgelengdebånd, er tilsatt et organiske materiale i funksjonsmediet, forandres spektralkarakteristikkene til det emittere lys ved å variere spennings verdien til den tilførte elektriske energi. Det er da foretrukket at den elektriske energi tilført en celle svitsjes ved å påtrykke en høy spenningsverdi til cellen og å lese den logiske verdi ved deteksjon av lysemisjonen under en påtrykket lav spenningsverdi, slik at cellen emitterer långbølget lys som ikke påvirker den fysiske eller kjemiske tilstand til det funksjonelle medium, idet intensiteten av det langbølgede lys er avhengig av den logiske verdi.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor et organisk materiale i funksjonsmediet er et elektrisk væskekrystall eller et ferroelektrisk polymer, blir en logisk verdi tilordnet til en celle detektert ved å måle cellens impedans.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, svitsjes en logisk verdi tilordnet en celle av den tilførte elektriske energi på grunn av motstandsoppvarming som forandrer den elektriske ledningsevne til funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen svitsjes en logisk verdi tilordnet en celle irreversibelt ved å bevirke en irreversibel forandring i den elektriske ledningsevne til funksjonsmediet.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen svitsjes en logisk verdi tilordnet en celle irreversibelt ved å bevirke en irreversibel forandring i kontaktflaten mellom funksjonsmediet og en av elektrodene. 1 en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor smeltbare mikrokrystallitter er blitt tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet, svitsjes en logisk verdi tilordnet en logisk celle irreversibelt ved å bevirke en smelting av mikrokrystallittene.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor et organisk materiale selv eller et stoff tilsatt det organiske materiale kan overgå fra en krystallinsk fase til en amorf fase eller vice versa, svitsjes en logisk verdi tilordnet en celle irreversibelt, idet svitsjingen forårsakes av en overgang mellom den krystallinske fase og en amorf fase eller omvendt i det organiske materiale eller i det til dette tilsatte stoff.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor et organisk materiale i funksjonsmediet er et multistabilt, konformasjonsreaktivt materiale, svitsjes en logisk verdi tilordnet en celle reversibelt ved å generere et elektrisk felt i cellen.

Oppfinnelsen skal nå omtales mer detaljert i tilknytning til eksempler på utførelse av den elektrisk adresserbare, passive innretning og av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen under henvisning til den ledsagende tegning, hvor fig. la skjematisk og i perspektiv viser en foretrukket utførelse av et matriseadresserbar passiv innretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. lb et ekvivalentdiagram av innretningen på fig. la realisert som et diodenettverk,

fig. 2 skjematisk en utførelse av en celle i innretningen på fig. 1,

fig. 3 en annen utførelse av en celle i innretningen på fig. 1,

fig. 4 innretningen i henhold til oppfinnelsen anvendt i en volumetrisk datalagringsinnretning eller databehandlingsinnretning,

fig. 5 skjematisk problemet med såkalt snikstrøm eller alternative strømveier i en matriseadresserbar passiv innretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 6 et eksempel på adressering med generering av lysemisjon i en celle,

fig. 7 et eksempel på adressering med bruk av organiske lysemitterende dioder i en celle, og

fig. 8 et eksempel på adressering med bruk av et ferroelektrisk væskekrystallmateriale i en celle.

Fig. la viser den elektrisk adresserbare, passive innretning i henhold til oppfinnelsen realisert som en matriseadresserbar innretning. Funksjonsmediet 1 er anordnet i form av et plant sjikt S. Funksjonsmediet er et organisk materiale med ikke-lineær impedanskarakteristikk og eventuelt tilsatt forskjellige stoffer for å realisere ønskede detekterende eller svitsjende funksjoner. På oversiden av sjiktet S er det anordnet linjer for elektrisk adressering i form av en rekke parallelle elektriske ledere m og på undersiden av sjiktet S er det tilsvarende anordnet linjer for elektrisk adressering i form av parallelle elektriske ledere n, idet lederne m, n er anordnet innbyrdes

ortogonale slik at de danner en matrise. På fig. la er innretningen vist med x ledere m og y ledere n, slik at lederne danner en plan, ortogonal x,y-matrise. En logisk celle 2 i innretningen dannes i volumet mellom to kryssende elektriske ledere m, n. Dette er fremhevet på fig. la ved at det i krysningspunktet mellom den k'te leder m og den 1'te leder n er dannet et element 2k]. - Er samtlige elementer 2 dannet med en likerettende funksjon, kan innretningen representeres av et elektrisk nettverk av likeretterdioder, slik dette er vist ved ekvivalentdiagrammet på fig. lb.

De motstående partier av lederen mk og ne i et krysningspunkt utgjør tilsammen elektrodeanordningen Ek til den logiske celle 2k|, idet anoden 3 i elektrodeanordningen kan være dannet lederen mk og katoden 4 i elektrodeanordningen lederen n^ - For en rekke av den foreliggende oppfinnelses formål kunne cellen 2k) godt betegnes som et logisk element eller logiske celle, da materialet eller funksjonsmediet i cellen kan innta forskjellige ved adresseringen bevirkede fysiske eller kjemiske tilstander som kan representere elektriske detekterbare, logiske verdier.

I snitt er dette vist skjematisk på fig. 2, hvor funksjonsmediet 1 er anordnet i form av et sjikt mellom lederne mk, ni, idet anoden 3 og katoden 4 i elektrodeanordningen Eki utgjøres henholdsvis av det angjeldende parti av lederen mk og det angjeldende parti av lederen n, i krysningspunktet mellom lederne. I dette krysningspunktet, dvs. mellom anoden 3 og katoden 4, er det dannet en passiv celle, på fig. 2 betegnet som 2k] for å antyde at den befinner seg mellom lederen mk og lederen n|. Fig. 2 er naturligvis bare et utsnitt av fig. la, og det vil forstås at hele snittet langs lederen mk ville vise i alt y logiske celler 2, og y ledere ny. Er x * y, danner naturligvis den logiske innretning en rektangulær matrise med x • y logiske celler og er x = y, er den logiske innretning en kvadratisk matrise med x<2> celler.

En mer kompleks utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen, eksemplifisert som et snitt gjennom en celle 2, er vist på fig. 3. Her er den elektriske leder m anordnet på et substrat 5, mens den elektriske leder n tilsvarende er anordnet på et substrat 6. Som vist på fig. 2, kunne lederne m, n kontaktere funksjonsmediet 1 direkte, men i utførelsesformen på fig. 3 er det dessuten vist anordnet dielektriske sjikt 7; 8 mellom henholdsvis lederne m;n eller substratene 5;6. Dermed kontakterer ikke elektrodeanordningen E ved sin anode 3 og katode 4 lenger funksjonsmediet 1 direkte, men indirekte over de dielektriske sjikt, 7, 8, slik at det gjennom cellen 2 fås en indirekte elektrisk kobling. Denne kan f.eks. være induktiv eller kapasitiv. Mangler derimot de dielektriske sjikt 7, 8, vil elektrodeanordningen E naturligvis kontaktere funksjonsmediet 1 direkte, og det fås tilsvarende en direkte eller ohmsk kobling gjennom cellen 2.

Kort sagt vil volumet mellom anoden 3 og katoden 4 til elektrodeanordningen E og hvis skala i grove trekk er definert av ledernes m, n bredder og avstanden dem imellom, dvs. tykkelsen av funksjonsmediet 1, definere en celle 2, som eksempelvis kan utgjør et detektorelement i en optisk detektor eller et minneelement i en datalagringsinnretning eller et svitsjeelement i en databehandlingsinnretning.

Anoden 3 og katoden 4 som omgir funksjonsmediet 1, inngår i elektrodeanordningen E som når den påtrykkes en elektrisk spenning, bevirker en fysisk eller kjemisk tilstandsforandring i funksjonsmediet. Dette vil medføre en forandring i den elektriske impedans mellom anoden og katoden, og denne impedansforandringen kan detekteres på de elektriske ledere m, n som danner anoden respektive katoden i elektrodeanordningen E. Den logiske tilstand eller logiske verdi i hvert krysningspunkt mellom m og n eller i hver celle 2 kan så bestemmes ved å måle den elektriske impedans mellom de elektriske ledere m, n som danner cellens 2 elektrodeanordning E.

Det skal her bemerkes at det er en vesentlig forskjell mellom tidligere kjente, matriseadresserte logiske innretninger, eksempelvis datalagringsinnretninger, og den foreliggende oppfinnelse, da den sistnevnte benytter et funksjonsmedium med ikke-lineær impedanskarakteristikk og dannet av ett eller flere organiske materialer, og dette har vidtrekkende konsekvenser med hensyn til konstruksjonsfleksibilitet, operative egenskaper og kostnader. Et viktig trekk ved bruk av et funksjonsmedium av denne art er muligheten for omfattende bruk av ren passiv adressering selv i svært store matriser, f.eks. med fra 10 f\ til 10 R elementer anordnet med en tetthet på eksempelvis 10R elementer pr. cm , da det ikke vil være behov for noen diskrete, aktive kretselementer i krysningspunktene.

Innretningen i henhold til oppfinnelsen danner en hovedsakelig plan, sjiktlignende struktur, og dette innebærer at det er mulig å stable slike plane, sjiktlignende strukturer S lagvis og danne en volumetrisk logisk innretning f.eks. en volumetrisk minneinnretning. Denne kan være eksempelvis være utført som på fig. 4, hvor det er vist en slik volumetrisk innretning bestående av stablede lag eller strukturer Si, ...Sz sett i snitt gjennom innretningens celler 2, hvorav én er antydet på figuren. Utførelsen av innretningen i henhold til oppfinnelsen og den benyttede fremgangsmåte til elektrisk adres.sering i et matrisebasert format realiserer samtidig proksimitetsadressering, dvs. at signalene for adressering føres i umiddelbar tilknytning til funksjonsmediet 1 og påvirker dette over elektrodeanordningen E som på fig. 4 er vist for en celle 2 med henholdsvis anoden 3 og katoden 4 i strukturen S|. Stables flere slike strukturer S]s ...Sz over hverandre, må de isoleres innbyrdes, eksempelvis ved hjelp av et isolerende sjikt 9 som i tillegg til å være elektrisk isolerende også kan være termisk eller optisk isolerende.

I prinsippet kan hver celle 2 i innretningen ha en meget liten utstrekning, f.eks. av størrelsesorden noen ti-nanometre og enda mindre, dersom funksjonsmediet er basert på sjikt av eksempelvis polymermaterialer. Tykkelsen til strukturen S blir tilsvarende liten, og det vil derfor ses at med innretningen i henhold til oppfinnelsen og bruk av elektrisk adressering av cellen 2 i proksimitet, dvs, direkte over elektrodeanordningen, vil det være mulig å realisere en volumetrisk datalagringsinnretning med meget stor kapasitet, både med hensyn til lagringstetthet og overføringsrater. Innretningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse har en nær analogi i prinsipielt tilsvarende utførte optiske datalagringsinnretninger basert på proksimitetsadressering og realisert i volumetrisk utførelse. Slike optiske datalagrings- eller databehandlingsinnretninger er forøvrig vist og omtalt i internasjonal patentsøknad nr. PCT/NO97/00154 som er nærværende søkers egen og som det her skal vises til, slik at det ikke skal gås inn på ytterligere detaljer i tilknytning til utførelsen på fig. 4 og anvendelsen av innretningen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i slike volumetrisk realiserte datalagrings- eller databehandlingsinnretninger, men bare vises til hva som er sagt i den ovennevnte patentsøknad.

En viktig grunn til at passive elektroniske minner ennå ikke er blitt vellykket implementert i stor skala, f.eks. med bruk av smeltbare motstander, skyldes problemet med alternative strømveier eller såkalte snikstrømmer i nettverket av elektriske ledere. Dette problem er skjematisk vist på fig. 5, hvor de elektriske ledere igjen er betegnet med m, n og en logisk celle 2k] er vist dannet ved krysningspunktet mellom lederen mk og lederen n\. Består den logiske celle ved hvert krysningspunkt av en ohmsk motstand slik dette er antydet på fig. 5, betyr det at motstandsforandringen på et gitt sted x. y i strømledermatrisen på grunn av adresseringsoperasjonen vil bli maskert av strømmer som lekker gjennom alternative sløyfer slik dette er vist på fig. 2, hvor den logiske celle 2k| i posisjon x = k og y = 1 skal adresseres, mens strøm lekker langs de stiplede antydede strømveier til naboceller. Den korrekte strømvei for adresseringen på henholdsvis lederne mk og ni er antydet med tykk, heltrukket linje. Det ses lett at problemet med snikstrømmer bare forsterkes dersom størrelsen på strømledermatrisen vokser, dvs. med størrelsen av produktet x y. To måter å unngå problemet på skal omtales, nemlig bruk av likeretterdioder eller organiske materialer med iboende høy impedans, f.eks. væskekrystall eller et konformasjonsreaktivt materiale.

For å unngå problemet med snikstrømmer kan dette eksempelvis skje ved at den elektriske kobling i krysningspunktet, det vil si cellen, gis en sterkt ikke-lineær strøm/spenningskarakteristikk, noe som vil redusere eller eliminere snikstrømproblemet. Slik det vil fremgå ved en betraktning av fig. 5, kunne dette oppnås ved å anordne en likeretterdiode i serie med motstanden i hvert krysningspunkt. Det er følgelig av vesentlig betydning for den foreliggende oppfinnelse å danne et nettverk av slike likeretterdioder på en måte som er enkel, pålitelig og gir en lav kostnad, og samtidig kunne danne egnede databærende strukturer i form av regulerbare og ikke-lineære impedanser. Ved å benytte f.eks. et funksjonsmedium med et organisk materiale i form av en konjugert polymer av tiofen- eller PPV-typen og med passende valg av elektrodemateriale i relasjon til det organiske materiale, kan det dannes en diodejunksjon ved grenseflaten mellom metall og organisk materiale, og denne diode kan gis meget gode likerettende egenskaper. Den elektriske kobling gjennom funksjonsmediet i cellen styres av sistnevntes impedanseegenskaper. Adresseringen av cellen vil derfor innebære en forandring av impedansen mellom lederne m og n ved et krysningspunkt, eksempelvis som vist på fig. 5 mellom mk og n^ og dette kan oppnås på flere måter.

Det skal derfor nå nedenfor gis eksempler på foretrukkede utførelser av fremgangsmåten til elektrisk adressering i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og primært vil eksemplene være rettet mot skriving og eventuelt lesing av data i en logiske celle.

Eksempel 1 - Skriving ved jouleoppvarming

En sterk strøm som sendes gjennom en logisk celle anordnet ved et krysningspunkt x, y mellom elektriske ledere m, n, vil varme opp et funksjonsmedium basert på organisk ledende materiale. Ved omhyggelig valg av materiale, kan dets bulkimpedans forandres reversibelt eller irreversibelt av en strømpuls og den endrede impedans avleses ved måling på lederne m, n som danner den logiske celles elektrodeanordning E.

Dersom innretningen i henhold til oppfinnelsen er realisert som datalagringsinnretning med høy lagringstetthet, vil de logiske celler befinne seg meget nær hverandre, og det blir viktig å unngå krysstale i form av termisk diffusjon som forårsaker en impedansforandring i naboceller under en skriveoperasjon. Følgelig er det nødvendig å bruke korte skrivepulser, idet den typiske romlige definisjon som er oppnåelig, kan uttrykkes ved hjelp av den termiske diffusjonslengde. Den siste er veldefinert størrelse som avhenger av bulkparametre såvel som geometrien og tidskarakteristikkene til varmepulsen. Typisk er det nødvendig med pulsbredder på under 1 \ xs for å oppnå en romlig oppløsning på under 1 mikrometer.

En annen form for krysstale som er spesielt relevant ved lesing av data, er strømspredning mellom logiske celler i et funksjonelt medium dannet av organisk bulkmateriale. Dette kan unngås ved å benytte et organisk materiale med sterkt anisotrop elektrisk ledningsevne, dvs. ledningsevnen gjennom cellen mellom anoden 3 og katoden 4 er høy, mens ledningsevnen i utbredelsesretningen for strukturen S, dvs. langsetter det sjikt eller plan som S danner, og fra minnecelle til minnecelle, er lav. - Polymerblandinger med slike egenskaper er forøvrig beskrevet av M. Granstrom, "Macromolecular microstructures", Linkoping Studies in Science and Technology, Dissertation No. 432, Linkoping 1996, spesielt pp. 49-51 og pp. 134-158; jf. M. Granstrom & al. " Seif organizing polymer films - a route to novel electronic devices based on conjugated polymers" publisert i Supramolecular Science. - Ideelt bør cellenes impedansegenskaper ikke forandre seg under leseoperasjoner. Dette betyr at termisk drevne prosesser må være sterkt ikke-lineære eller terskelavhengige, dvs. at funksjonsmediet ikke skal påvirkes ved lave til moderate strømmer, mens det skal foreligge en veldefinert og brå overgang ved sterkere strømmer (ikke-lineær impedanskarakteristikk). Krystallinske materialer viser typisk termiske forandringer ved et veldefinert smeltepunkt. I amorfe minnematerialer så som polymerer og glass finner imidlertid slike overganger sted gradvis over et utbredt temperaturområde, og det er vanlig å benytte den mindre presise parameter mykningstemperatur eller glassovergangstemperatur (Vicat-punktet).

Det finnes rikelig eksperimentelt belegg for at levetiden til polymerbaserte dioder sterkt avhenger av driftsbetingelsene, idet hovedårsaken som fører til svikt er jouleoppvarming. Selv med en dårlig definert termisk overgangstemperatur, tilfredsstiller slike dioder imidlertid meget godt de krav som ovenfor er angitt med hensyn til å skille mellom skrive- og leseoperasjonen.

Smeltepunktdrevet terskelfunksjon kan oppnås i polymerer og andre diodematerialer ved å innbefatte mikrokrystallitter i det ledende, organiske bulkmateriale eller delvis dekke kontaktflaten'mellom elektroder og det organiske materiale med dem. En måte å implementere den sistnevnte tiltak på er elektrosprøyting av krystallitter på elektrodeoverflatene før innretningen monteres. Virkningene til mikrokrystallittene kan bestå i et mekanisk brudd av lederbanen på grunn av smelting, eksempelvis gode fuktingsegenskaper overfor elektrodematerialet for å fremme spredning i sideretningen, eller frigjøring av aktive stoffer som hemmer strømforplantningen.

Eksempel 2 - Skriving ved lysgenerering

Det er vel kjent at eksponering overfor lys kan medføre eller akselerere kjemiske modifikasjoner i organiske materialer.

I en utførelse av innretningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse er et organiske bulkmateriale i funksjonsmediet helt eller delvis dannet av en lysemitterende organisk forbindelse som aktiveres ved påtrykking av en elektrisk strøm. Organisk lysemitterende dioder (OLED) av denne art er for tiden under kommersiell utvikling. Nedbrytingsmekanismer i OLED har vært gjenstand for omfattende undersøkelser, og et viktig resultat er skjerming mot bestråling av diodebulkmaterialet med ultrafiolett eller blått lys, noe som er vesentlig med tanke på å oppnå lange levetider.

I den foreliggende oppfinnelse utnyttes tilbøyeligheten som ultrafiolett og blått lys har til å frembringe en intens og kontrollert lokal bestråling ved eksitasjon av OLED som emitterer ultrafiolett og/eller blått lys. Som beskrevet nedenfor, kan virkningen av bestrålingen som typisk ledsages av OLED-jouleoppvarming utnyttes på to forskjellige måter. En første måte er å basere utlesning på deteksjon av en forandring i impedansen til cellen, en annen måte er å basere utlesning på en deteksjon av en forandring i de lysemitterende egenskaper til OLED.

For å minimere effektforbruk og øke adresseringshastigheten, velges det materialer som er sterkt susceptible overfor fotoinduserte tilstandsforandringer. Dette innebærer en optimering som er eksakt det motsatte av den som er vanlig ved konstruksjon av OLED, og bruk av visse interessante materialer som tidligere er blitt forkastet i forbindelse med utviklingen av OLED. I det foreliggende tilfelle has det imidlertid en stor grad av frihet med hensyn til valg av materialer. Det er således mulig å danne vekselvirkende materialsystemer som inneholder en lysfølsom fotoinitiator som er skreddersydd for spesifikk stimulering av den lysemitterende komponent i OLED. Slike tiltak kan være rettet både mot bulkmaterialet i funksjonsmediet i cellen og materialet ved elektrodeoverflatene.

Eksempel 3 - Skriving med intern lysgenerering og lesing ved direkte impedansmåling

T dette tilfellet er lysets eneste funksjon å initiere og/eller akselerere den kjemiske modifikasjon av funksjonsmediet 1 i cellen 2. En enkel generisk struktur er vist på fig. 6, hvor en polymer som emitterer ultrafiolett og/eller blått lys er anbrakt mellom anoden 3 og katoden 4 til elektrodeanordningen og danner en likerettende junksjon ved en av grenseflatene. Forspenning i foroverretningen bevirker strømgjennomgang, lys emitteres og vekselvirker med det organiske materiales celler 2. Samtidig genereres varme, og forholdet mellom tilført elektrisk energi dissipert som varme og benyttet til generering av lys, avhenger av funksjonsmediet og de elektriske eksitasjonsbetingelser. Den kombinerte virkning av varme og lys frembringer kjemiske forandringer i cellen ved en av flere relevante mekanismer. En er kjedeseparasjon i konjugerte molekyler, noe som reduserer bulkmaterialets konjuktivitet og forandrer seriemotstanden i hver celle. En annen mekanisme er indirekte, idet tilsatte kjemiske species gjøres kjemisk reaktive ved lysets virkning og angriper de elektrisk ledende materialer i cellen. Et eksempel på det sistnevnte er dannelsen av frie radikaler ved ultrafiolett og/eller blått lys.

Eksempel 4 - Skriving og lesing ved intern lysgenerering En generisk struktur er vist på fig. 7. Her inneholder hver celle en blanding av mikroskopiske organiske lysemitterende dioder (OLED) 9;9' som henholdsvis emitterer lys på to eller flere bølgelengder. OLED 9, 9' er på fig. 7 vist som elliptiske domener som strekker seg mellom og kontakterer anoden 3 og katoden 4. Eksempelvis kan da domene 9 emittere ultrafiolett eller blått lys, mens domene 9' kan emittere rødt lys. Celler som består av flere OLED eller domener være utført som vist i artikkelen "White light emission from a polymer blend light emitting diode", av M. Granstrom og O. Inganås i Applied Physics Letters, vol. 68:2, pp. 147-149, (1996), jf.

Granstroms ovennevnte avhandling pp. 135-140, idet den foreliggende

oppfinnelse kan være basert på OLED som emitterer i blått og rødt og som er anordnet slumpmessig i cellens volum. Eksitasjon med lav spenning eksiterer bare OLED som emitterer rødt lys, mens en høyere spenning også vil eksitere OLED som emitterer blått lys.

Skriving finner sted ved eksitasjon og en høy spenning slik at emisjonen av blått lys og øket varmedissipasjon reduserer eller ødelegger lysemisjonen fra OLED som emitterer rødt lys. Igjen kan fotofølsomme tilsetningsstoffer benyttes som beskrevet i tilknytning til eksempel 3 ovenfor. Lesing finner sted ved eksitasjon ved en lav spenning, slik at bare OLED som emitterer rødt lys, aktiveres og varmegenereringen blir lav. Den utstrålte effekt fra den angjeldende celle overvåkes av en fotodetektor, og den logiske tilstand i cellen kan således bestemmes.

Eksempel 5 - Kapasitive logiske celler basert på væskekrystaller Snikstrømproblemet som ble omtalt ovenfor, foreligger ikke i passive matriseadresserte logiske innretninger med meget høy impedans i hvert krysningspunkt, dvs. på stedet for en enkelt logisk celle. En innretning med ekstremt høy ohmsk resistans er vist på fig. 8. En logisk celle 2 inneholder bistabilt væskekrystallmateriale LC anordnet mellom anoden 3 og katoden 4 i elektroden E. Den logiske tilstand til cellen 2 er representert av graden av molekylær orden i LC, noe som reguleres ved at elektroden påtrykkes spenning. Grunnprinsippet for dette kan forklares som følger. Anta at den logiske celle 2 på venstre side av fig. 8, befinner seg i en uordnet tilstand og representerer en logisk verdi 0. Påtrykking av polariserende spenning for skriving ordner det flytende krystalls molekyler og resulterer i en ordnet tilstand som representerer den logiske verdi 1, vist ved den logiske celle 2 til høyre på fig. 8. Utkobling av spenningen etterlater molekylene i LC i den innrettede ordnede tilstand og det fås en ikke-flyktig logisk tilstand. Deretter kan cellen vende tilbake til logisk tilstand 0 ved påtrykking av en spenningspuls eller en sekvens av spenningspulser med en verdi som bevirker sletting. I henhold til den foreliggende oppfinnelse bestemmes den logiske celles logiske verdi ved å detektere forskjellen i elektrisk impedans mellom de logiske tilstander 0 og 1 i cellen. Som et konkret eksempel kan kapasitansen over den logiske celle 2 tilnærmet settes som C=C0+C], hvor C0 er et bidrag som avhenger svakt av den innrettede tilstand av LC-molekylene, mens Cj er et bidrag eksplisitt relatert til molekylær innretting.

Lesing av data involverer bestemmelse av graden av ordning av LC-molekylene. Mlc er et direkte mål på den orienteringsmessige mobilitet til LC-molekylene og vil være forskjellig henholdsvis i 0- og 1-tilstandene. To forskjellige, foretrukkede opplegg for elektrisk eksitasjon med tanke på bestemmelse av M|C skal omtales. For enkelt å visualisere disse er LC-molekylene vist på fig. 8 som staver med vilkårlig orientering i uordnet tilstand i den logiske celle 2 til venstre på figuren. I den logiske celle 2 til høyre på figuren er LC-molekylene innrettet langs retningen mellom anoden 3 og katoden 4 og befinner seg i den ordnede tilstand. Dette forhindrer imidlertid ikke at mer kompleks ordning kan finne sted i logiske celler basert på et ferroelektrisk væskekrystall. I et første opplegg påtrykkes elektroden en kontinuerlig vekselspenning (bipolar spenning) med en frekvens som er tilstrekkelig lav til at LC-molekylene reagerer med delvis reorientering, dvs. fSl/x, hvor x er tidskonstanten for småsignalreorientering og f frekvensen. Hvis molekylene er relativt mobile, typisk for en uordnet tilstand, vil det bli detektert en større verdi for Mic i den ordnede tilstand, hvor molekylene er låst langs den lokale ordningsvektor.

I det annet opplegg blir elektroden påtrykt et spenningsnivå med en lesespenning som er lavere enn den spenningen som er benyttet til skriving. Avhengig av hvorvidt LC-molekylene befinner seg i 0-tilstanden eller i 1-tilstanden, vil de ha forskjellig orienteringsmobilitet, og størrelsen av M|C som utledet fra en måling av den transiente forskyvningsstrøm vil romme informasjon om ordningen av LC-molekylene og således den logiske celles logiske tilstand. Begge disse opplegg har sine fordeler og svakheter. Opplegget med bruk av kontinuerlig vekselspenning skaffer således nøyaktighet, men gir en reduksjon av responshastigheten for deteksjonen. Opplegget med spenningstrinn gir deteksjon i et tidsrom som er ;Sx, men representerer en større grad av teknisk kompleksitet. I begge tilfeller forenkler en relativt høy og terskeldefinert skrivespenning utlesningsprosessen. På den annen side må en høy skrivespenning avveies mot ønskeligheten av å benytte lavspennings-driverelektronikk og lavspenningsstrømkilder.

Eksempel 6 - Elektrisk svitsjede bistabile, organiske filmer

Komplekse organiske molekyler, f.eks. av biologisk opphav, kan vise bistabilitet eller multistabilitet, dvs. at de kan opptre i forskjellige konformasjoner. En klasse såkalte konformasjonsreaktive materialer av denne art er bakteriorodopsin og varianter av dette eller beslektede forbindelser. Bakteriorodopsinets konformasjonsreaktive egenskaper med tanke på bruk i en optisk logisk innretning er forøvrig nærmere omtalt i NO patentsøknad nr. 972574 som tilhører den nærværende søker og som det her skal vises til.

En bistabil minneinnretning kan oppnås på basis av den matriseadresserbare utførelse av den logisk innretning som omtalt ovenfor. Et tynnfilm av f.eks. bakteriorodopsin kan da eksempelvis utgjøre det organiske materiale i funksjonsmediet 1. Tynnfilmen er foretrukket innrettet og svitsjes mellom to bistabile, molekylære konformasjoner under påvirkning av det elektriske felt som dannes mellom anoden 3 og katoden 4 i elektrodeanordningen når denne påtrykkes spenning. Svitsjing kan skje reversibelt og utføres et stort antall ganger uten at minnemediet utmattes. Lesing finner sted ved at elektroden påtrykkes spenning som ligger over svitsjeterskelen. Hvis den angjeldende celle allerede er blitt svitsjet i en forutgående skriveoperasjon, fås det ingen ytterligere respons i cellen ved påtrykking av lesespenningen. Hvis på den annen side cellen ikke er blitt svitsjet, vil den nå reagere. Svitsjingen ledsages av en elektrisk transient som avføles via en elektronisk krets koblet over elektrodeanordningen som driver den angjeldende celle.

For å oppnå de ønskede egenskaper ved en elektrisk adresserbar passiv innretning i henhold til oppfinnelsen må det organiske materiale i funksjonsmediet ha en ikke-lineær impedanskarakteristikk. I tillegg til de ovenfor drøftede organiske materialer kan det f.eks. være aktuelt å benytte et ferroelektrisk polymermateriale for å danne kapasitive celler. Et annet aktuelt materiale kan være organisk baserte, ladningsoverførende komplekser med ikke-lineære impedanskarakteristikker, eksempelvis det ovennevnte M(TCNQ)-kompleks. Skal innretningen i henhold til oppfinnelsen realiseres som en optisk detektor, kan dette skje med bruk av et funksjonsmedium hvor det organiske materiale danner lysfølsomme dioder, f.eks. polymerer tilsvarende dem som benyttes i de ovenfor omtalte OLED. Det må da benyttes en lysfølsom polymer med den ønskede spektralselektivitet.

Realisert som en optisk detektor skal det forstås at innretningen danner en detektormatrise i et plan, dvs. at noen stablet konfigurasjon ikke er aktuell. Til gjengjeld må elektrodene m,n i elektrodeanordningen i hvertfall på den ene side være dannet i et gjennomsiktig eller gjennomskinnelig materiale, dvs. på den side hvor lyset faller inn. Eksempelvis kan elektrodene m eller n være dannet av ITO (indiumtinnoskyd) eller et gjennomsiktig eller gjennomskinnelig polymer som f.eks. polypyrrol.

For en rekke formå ville det i en optisk detektor av denne art være ønskelig å kunne variere spektralselektiviteten, f.eks. med tanke på multispektral deteksjon. Dette kunne skje ved å benytte et elektrisk avstembart optisk filter over de gjennomsiktige elektroder, f.eks. anordnet i form av et kontinuerlig sjikt med en separat drivelektronikk. En annen mulighet vil være å benytte et lysfølsomt diodemateriale hvis spektralselektivitet lot seg avstemme elektrisk, slik at avstemningen kunne skje direkte over elektrodeanordningen E. for nærværende har dette imidlertid ikke vist seg praktisk gjennomførbart. Et mer nærliggende praktisk gjennomførbart alternativ vil være å mønstre funksjonsmediet, dvs. at det ikke dannes som et sammenhengende sjikt, men separat tilordnes de enkelte celler. Eksempelvis kunne da grupper på tre og tre tilstøtende celler danne et piksel i en RGB-detektor, med de respektive celler i hvert piksel selektive overfor rødt, grønt og blått lys og adressert i henhold til en for RGB-deteksjon egnet protokoll.

Selve funksjonsmediet i innretningen i henhold til oppfinnelsen kan være avsatt som et kontinuerlig homogent sjikt mellom elektrodene i elektrodeanordningen. Det er imidlertid ingenting i veien for at funksjonsmediet kan være mønstret, dvs. avsatt i separate partier mellom elektrodene i hver enkelt elektrodeanordning. I dette tilfelle behøver det ikke å være noen problem om funksjonsmediet har en isotrop elektrisk ledningsevne. Videre kan funksjonsmediet være dannet med en homogen struktur, f.eks. bestående av et organisk materiale, eventuelt med ett eller flere tilsetningsstoffer. Slike tilsetningsstoffer kan i seg selv være uorganiske eller organiske. Det er imidlertid ingenting i veien for at funksjonsmediet dannes med en stratifisert struktur, slik at materialene som utgjør funksjonssjiktet, er anordnet lagvis mellom elektrodene i elektrodeanordningen. Hvert sjikt kan da bestå av forskjellige organiske materialer med de ønskede elektriske eller elektroniske egenskaper og eventuelt med uorganiske eller organiske tilsetninger. Også her kan et, eventuelt flere sjikt kan være dannet av et uorganisk materiale. Det kan f.eks. være aktuelt å benytte en kombinasjon av amorft hydrogenert silisium (a-Si:H) tilstøtende et polymermateriale, slik at det fås et hybrid uorganisk/organisk funksjonsmedium. Benyttes det i funksjonsmediet et organisk basert ladningsoverførende kompleks eksempelvis et metallorganisk kompleks, som M(TCNQ), må dette ha en ikke-lineær impedanskarakteristikk, men kan dessuten i tillegg anordnes sammen med et til elektrodene på enten den ene eller den annen side av funksjonsmediet tilstøtende halvledermateriale som kan være organisk eller uorganisk, f.eks. dannet av galliumarsenid, slik at det som i og for seg kjent og i innledningen omtalt fås en schottkyjunksjon. Er det ønskelig å realisere funksjonsmediet med en diodefunksjon eller en likerettende funksjon, vil en stratifisert utførelse gjøre det mulig å realisere disse funksjonene i forskjellige teknologier, f.eks. med bruk av PN-, NPN-, PNP- eller PIN-junksjoner og eventuelt også i hybrid uorganisk/organisk utførelse. Stratifiserte funksjonsmedier gir også mulighet for å benytte lysemitterende eller lysdetekterende materialer anordnet i separate sjikt dersom dette er ønskelig.

Fagfolk vil innse at i en praktisk utførelse vil den logiske innretning i henhold til oppfinnelsen også omfatte drivere for elektrodene og med matelinjer og strømbusser for å føre spenning til de elektriske ledere m, n. Den eksterne tilførsel av elektrisk energi til den logiske innretning i henhold til oppfinnelsen kan imidlertid realiseres på en rekke måter som vil være velkjente for fagfolk og utgjør derfor ikke noen del av den foreliggende oppfinnelse og er følgelig heller ikke omtalt nærmere i det ovenstående.

Claims (42)

1. Elektrisk adresserbar, passiv innretning til registrering, lagring og/eller prosessering av data, hvor innretningen omfatter et funksjonsmedium (1) i form av en hovedsakelig sjiktlignende, kontinuerlig eller mønstret struktur (S), hvor funksjonsmediet (1) kan gjennomgå en fysisk eller kjemisk tilstandsforandring ved en passende energetisk påvirkning, hvor funksjonsmediet (1) omfatter individuelt adresserbare, passive celler (2) anordnet i et todimensjonalt mønster, hvor funksjonsmediet er dannet som en homogen eller stratifisert struktur omfattende et eller flere hovedsakelig organiske materialer, hvor en gitt fysisk eller kjemisk tilstand i en celle representerer en registrert eller detektert verdi eller er tilordnet en forhåndsbestemt logisk verdi for cellen, hvor hver celle (2) er anordnet mellom anoden (3) og katoden (4) i en elektrodeanordning (E) som direkte eller indirekte kontakterer funksjonsmediet i cellen for å bevirke en direkte eller indirekte elektrisk kobling gjennom cellen, hvorved hver celle (2) direkte kan tilføres elektrisk energi for deteksjon av cellens fysiske eller kjemiske tilstand eller en forandring i cellens fysiske eller kjemiske tilstand, hvor det på hver side av funksjonsmediet er anordnet en rekke hovedsakelig parallelle elektriske ledere (m;n) slik at overliggende og underliggende ledere (m;n) krysser hverandre i en hovedsakelig ortogonal innbyrdes relasjon, og hvor hver celles (2) elektrodeanordning (E) er dannet i krysningspunktet mellom en respektive overliggende og underliggende leder (m;n) slik at cellene (2) i funksjonsmediet (1) og deres tilordnede elektrodeanordninger (E) utgjør elementene i en matrise hvis rader og søyler er definert av henholdsvis de overliggende og underliggende elektriske ledere (m; n) som i krysningspunktene danner anodene (3) og katodene (4) i elektrodeanordningen (E), karakterisert ved at cellens (2) funksjonsmedium (1) har en samlet ikke-lineær impedanskarakteristikk og at minst et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er en polymer.

2. Elektrisk adresserbar, passiv innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at hver celle (2) omfatter en likeretterdiode dannet mellom anoden (3) og katoden (4) til elektrodeanordningen (E), slik at innretningen danner et elektrisk nettverk av slike dioder.

3. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at likeretterdioden dannes spontant ved direkte kontaktering av polymermaterialet mellom elektrodene (3;4).

4. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at de elektriske ledere (m;n) er anordnet i eller på funksjonsmediet (1) og kontakterer dette direkte.

5. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1 karakterisert ved at det på hver side av funksjonsmediet (1) og mellom dette og de elektriske ledere (m;n) er anordnet et dielektrisk sjikt (7;8), slik at de elektriske ledere (m;n) kontakterer funksjonsmediet (1) indirekte.

6. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 4 eller 5, karakterisert ved at det de elektriske ledere (m;n) er anordnet i eller på et hovedsakelig sjiktlignende substrat (5; 6) tilstøtende funksjonsmediet (1) på hver side av dette.

7. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav krav 1, karakterisert ved de elektriske ledere (m;n) på i det minste den ene side av funksjonsmediet (1) er dannet av et gjennomsiktig materiale.

8. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at polymermaterialet er en konjugert polymer.

9. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at polymermaterialet er en ferroelektrisk polymer.

10. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er et anisotropt elektrisk ledende organisk materiale.

11. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 10, karakterisert ved at det anisotropt elektrisk ledende organisk materiale innbefatter separate elektrisk ledende domener (10, 10') omgitt av et elektrisk isolerende materiale.

12. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 11, karakterisert ved at de ledende domener (10, 10') er dannet ved faseseparasjon mellom minst to organiske væsker som fordeles i form av en hovedsakelig sjiktlignende struktur før de elektriske ledere (m;n) og eventuelle substrater (5;6) for disse anordnes på hver side av funksjonsmediet (1).

13. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et stoff som kan emittere lys ved tilførsel av elektrisk energi, er tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet (1), og at dette organiske materiale under påvirkning av det emitterte lys, eventuelt varme generert ved elektrisk energitilførsel, kan gjennomgå en kjemisk reaksjon som bevirker en forandring av funksjonsmediets impedans.

14. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er tilsatt ett eller flere stoffer som ved tilførsel av elektrisk energi kan emittere eller detektere lys på forskjellige bølgelengder eller i forskjellige bølgelengdebånd.

15. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at funksjonsmediet (1) omfatter et ferroelektrisk væskekrystall.

16. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at funksjonsmediet (1) omfatter mikrokrystallitter.

17. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) selv eller et til dette organiske materiale tilsatt stoff kan gå over fra en krystallinsk fase til en amorf fase eller omvendt.

18. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er et multistabilt, konformasjonsreaktivt organisk materiale.

19. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er en organisk halvleder.

20. Elektrisk adresserbar innretning i henb&ld til krav 19, karakterisert ved at den organiske halvleder i hver celle (2) danner en diodejunksjon enten iboende eller i forbindelse med en av elektrodene (3;4).

21. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er en organisk ladningsoverførende forbindelse.

22. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 21, karakterisert ved at den organiske ladningsoverførende forbindelse er TCNQ (7,7,8,8-tetracyanokinodimetan) og danner et ladningsoverførende kompleks med en elektrondonor.

23. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at funksjonsmediet (1) i tillegg omfatter et eller flere uorganiske halvledende materialer, anordnet i respektive et eller flere separate sjikt (4).

24. Elektrisk adresserbar innretning i henhold til krav 23, karakterisert ved at et uorganisk halvledende materiale er amorft hydrogenert silisium (a-Si:H).

25. Elektrisk adresserbart materiale i henhold til krav 23, karakterisert ved at et organisk halvledende materiale danner en diodejunksjon enten iboende eller i forbindelse med en av elektrodene (3;4).

26. Fremgangsmåte til elektrisk adressering av en passiv innretning for registrering, lagring og/eller prosessering av data, hvor innretningen omfatter et funksjonsmedium (1) i form av en hovedsakelig sjiktlignende, kontinuerlig eller mønstret struktur (S), hvor funksjonsmediet (1) kan gjennomgå en fysisk eller kjemisk tilstandsforandring ved passende energetisk påvirkning, hvor funksjonsmediet (1) omfatter individuelt adresserbare celler (2) anordnet i et todimensjonalt mønster, hvor funksjonsmediet (1) er dannet med en homogen eller stratifisert struktur omfattende ett eller flere hovedsakelig organiske materialer, hvor en gitt fysisk eller kjemisk tilstand i en celle (2) representerer en registrert eller detektert verdi eller er tilordnet en forhåndsbestemt logisk verdi for cellen, hvor adresseringen omfatter operasjoner for deteksjon av en i cellen registrert eller detektert verdi og ytterligere operasjoner for skriving, lesing, sletting og svitsjing av en til cellen tilordnet logisk verdi, hvor fremgangsmåten omfatter å tilføre elektrisk energi direkte til funksjonsmediet (1) i cellen (2) for å detektere eller endre cellens fysiske og/eller kjemiske tilstand og dermed bevirke en adresseringsoperasjon, og hvor den elektriske energi tilføres en celle (2) ved å anordne cellen mellom anoden (3) og katoden (4) i en elektrodeanordning (E) som direkte eller indirekte kontakterer funksjonsmediet (1) i cellen (2) og å påtrykke cellen en elektrisk spenning som bevirker en direkte eller indirekte elektrisk kobling gjennom cellen, hvorved en til en celle tilordnet logisk verdi enten detekteres eller svitsjes, karakterisert ved å gi funksjonsmediet (1) i cellen (2) en samlet ikke-lineær impedanskarakteristikk og å anordne et polymermateriale som det minst ene organiske materiale i funksjonsmediet.

27. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at cellen (2) dannes i krysningspunktet mellom respektive på hver side av funksjonsmediet (1) anordnede, hovedsakelig parallelle elektriske ledere (m;n), idet en overliggende og en underliggende leder krysser hverandre i en hovedsakelig ortogonal innbyrdes relasjon og utgjør henholdsvis elektrodene (3;4) i en elektrodeanordning (E) for cellen (2), slik at cellene (2) i funksjonsmediet (1) og deres tilordnede elektrodeanordning utgjør elementer i en matrise hvis rader og søyler defineres av henholdsvis de overliggende og underliggende elektriske ledere (m;n).

28. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at cellen (2) dannes med en sterkt ikke-lineær spenningskarakteristikk.

29. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, karakterisert ved at elektrisk energi tilføres ved injeksjon av elektriske ladninger i cellen (2).

30. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at elektrisk energi tilføres ved generering av elektriske felt i cellen (2).

31. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, hvor et stoff som kan emittere lys ved tilførsel av elektrisk energi er tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet (1), slik at det emitterte lys, eventuelt sammen med varme generert ved elektrisk energitilførsel, utløser en kjemisk reaksjon i dette organiske materiale, karakterisert ved at impedansen i funksjonsmediet endres.

32. Framgangsmåte i henhold til krav 26, hvor et eller flere stoffer som ved tilførsel av elektrisk energi kan emittere eller detektere lys på forskjellige bølgelengder eller i forskjellige bølgelengdebånd, er tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet (1) karakterisert ved at spektralkarakteristikken til det emitterte lys endres ved å variere spenningsverdien av den tilførte elektriske energi.

33. Fremgangsmåte i henhold til krav 32, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logiske verdi svitsjes ved å påtrykke cellen en høy spenningsverdi, og at den logiske verdi avleses ved deteksjon av lysemisjonen under en påtrykket lav spenningsverdi, slik at det fra cellen (2) avgis langbølget lys som ikke påvirker funksjonsmediets kjemiske eller fysiske tilstand, idet intensiteten av det langbølgede lys avhenger av den logiske verdi.

34. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, hvor et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er et ferroelektrisk væskekrystall eller en ferroelektrisk polymer, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logisk verdi detekteres ved å måle cellens (2) impedans.

35. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes ved at den tilførte elektriske energi ved resistansoppvarming forandrer den elektriske ledningsevne i funksjonsmediet (1).

36. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes irreversibelt ved å bevirke en irreversibel forandring i funksjonsmediets (1) elektriske ledningsevne.

37. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes irreversibelt ved å bevirke en irreversibel forandring i grensesjiktet mellom funksjonsmediet (1) og en av elektrodene (3,4).

38. Fremgangsmåte i henhold til krav 18, hvor smeltbare mikrokrystallitter er tilsatt et organisk materiale i funksjonsmediet (1), karakterisert ved at en til en logisk celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes irreversibelt ved å bevirke en smelting av mikrokrystallittene.

39. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, hvor et organisk materiale selv eller et til dette organiske materiale tilsatt stoff kan gå over fra en krystallinsk fase til en amorf fase eller omvendt, karakterisert ved at en til celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes reversibelt, idet svitsjingen bevirkes ved en overgang mellom en krystallinsk fase og en amorf fase eller omvendt i nevnte organiske materiale eller tilsetningsstoffet i dette.

40. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, hvor et organisk materiale i funksjonsmediet (1) er et multistabilt, konformasjonsreaktivt organisk materiale, karakterisert ved at en til en celle (2) tilordnet logisk verdi svitsjes reversibelt ved å generere et elektrisk felt i cellen (2).

41. Anvendelse av en elektrisk adresserbar passiv innretning i henhold til et av kravene 1-25 og en fremgangsmåte til elektrisk adressering i henhold til et av kravene 26-40 i en optisk detektoranordning.

42. Anvendelse av en elektrisk adresserbar, passiv innretning i henhold til et av kravene 1-25 og en fremgangsmåte til elektrisk adressering i henhold til et av kravene 26-40 i en volumetrisk datalagringsinnretning eller databehandlingsinnretning.