Электрически адресуемое устройство, способ электрической адресации и использование этого устройства и этого способа

 

Изобретение относится к электрически адресуемому устройству для записи, хранения и/или обработки данных. Техническим результатом является осуществление адресации в больших пассивных матрицах, снижение паразитических токов. Устройство содержит функциональную среду в виде непрерывной структуры или структуры с узором, отдельно адресуемые пассивные ячейки, электродное средство, множество параллельных электрических проводников. Способ описывает работу данного устройства. 2 с. и 38 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электрически адресуемому устройству для записи, хранения и/или обработки данных, которое содержит функциональную среду в виде слоеподобной непрерывной или узорной структуры. Функциональная среда может подвергаться физическому или химическому изменению состояния посредством соответствующего энергетического воздействия, при этом функциональная среда содержит множество отдельно адресуемых пассивных ячеек, предусмотренных в двумерном узоре, реализована как однородная или слоистая структура, содержащая по меньшей мере один практически органический материал. Физическое или химическое состояние в ячейке представляет записанное или обнаруженное значение или заранее заданное логическое значение присваивается ячейке, при этом ячейки размещены между электродами электродного средства, которое прямо или косвенно контактирует с функциональной средой в каждой ячейке для осуществления прямой или косвенной электрической связи между ними. Тем самым каждая ячейка может запитываться электрической энергией для определения физического или химического состояния или изменения физического или химического состояния в ней. А множество практически параллельных электрических проводников размещены на каждой стороне упомянутой функциональной среды, так что верхние и нижние проводники пересекают друг друга практически в прямоугольной взаимной связи. Причем электродное средство для каждой ячейки формируется в точке пересечения между соответствующими верхним и нижним проводниками, так что ячейки в функциональной среде и предназначенные им электродные средства формируют элементы матрицы, ряды и столбцы которой определены соответственно верхними и нижними электрическими проводниками, которые в точках пересечения формируют электроды упомянутых электродных средств. Настоящее изобретение относится также к способу электрической адресации устройства для записи, хранения и/или обработки данных, в котором устройство содержит функциональную среду в виде слоеподобной непрерывной или узорной структуры, причем эта функциональная среда может подвергаться физическому или химическому изменению состояния посредством соответствующего энергетического воздействия. При этом функциональная среда содержит множество отдельно адресуемых пассивных ячеек, предусмотренных в двумерном узоре, эта функциональная среда реализована как однородная или слоистая структура, содержащая по меньшей мере один практически органический материал. Физическое или химическое состояние в ячейке представляет записанное или обнаруженное значение или присваивают заранее. заданное логическое значение ячейке. Адресация содержит операции по обнаружению записанного или обнаруженного значения в ячейке и дополнительные операции по записи, считыванию, стиранию и переключению логического значения, присвоенного ячейке, при этом способ включает операцию подачи электроэнергии непосредственно в функциональную среду ячейки для обнаружения или изменения физического и/или химического состояния ячейки. Посредством чего вызывают операцию адресации, подачи электроэнергии в ячейку путем размещения упомянутой ячейки между анодом и катодом в электродном средстве, которое прямо или косвенно контактирует с функциональной средой в ячейке. И осуществляют подачу электрического напряжения в упомянутую ячейку и осуществляют прямую или косвенную электрическую связь между ними, тем самым логическое значение ячейки либо обнаруживается, либо переключается, либо и то и другое.

Изобретение также относится к использованию электрически адресуемого устройства и способа его электрической адресации.

В частности, изобретение относится к логическому устройству, которое может быть использовано в качестве устройств памяти данных типа ПЗУ, типа "с однократной записью и многократным считыванием" или для реализации устройства памяти данных, которое может стираться и записываться еще раз, и к способу адресации таких устройств памяти чисто электронными средствами.

Еще конкретней, изобретение относится к адресации устройств памяти данных, в которых запоминающая среда практически состоит из органических материалов, а адресация происходит по пассивной матрице электрических проводников, которые контактируют с запоминающей средой непосредственно или косвенно.

Электронные устройства адресации или логические устройства, например, для хранения или обработки данных, в настоящее время являются синонимами неорганической твердотельной технологии и, в частности, кристаллических кремниевых устройств. Даже если такие устройства показали себя технически и коммерчески очень успешными, они имеют некоторые недостатки. В особенности они имеют сложную архитектуру, которая ведет к высокой стоимости и потере плотности хранения данных. В большой подгруппе энергозависимых полупроводниковых устройств памяти, выполненных на неорганическом полупроводниковом материале, схема должна постоянно запитываться электрическим током с результирующим нагреванием и высоким потреблением электроэнергии для сохранения запомненной информации. Энергонезависимые полупроводниковые устройства, с другой стороны, не имеют этой проблемы с результирующим снижением скорости передачи данных, сопровождающимся высоким энергопотреблением и большой степенью сложности. Несколько различных архитектур реализованы для микросхем памяти, выполненных на полупроводниковом материале, и отражают тенденцию к специализации по отношению к различным задачам. Матричная адресация ячеек памяти в плоскости является простым и эффективным способом достижения большого числа доступных ячеек памяти с приемлемым количеством линий для электрической адресации. В квадратной сетке с n линиями в каждом направлении количество ячеек памяти равно n². В том или ином виде, это основной принцип, который в настоящее время воплощен в нескольких твердотельных полупроводниковых устройствах памяти. В этих случаях, однако, каждая ячейка памяти должна иметь выделенную ей электронную схему, которая осуществляет связь с окружающей средой через точки пересечения сетки, а также энергозависимый или энергонезависимый элемент памяти, обычно блок хранения заряда.

В существующем уровне техники известно несколько устройств, которые предназначены для реализации адресуемых пассивных элементов памяти, основанных на использовании органической запоминающей среды. Так, из выложенной заявки Японии JP-A-4-145664 известен органический электронный элемент, в котором между верхним и нижним электродами размещена тонкая пленка, причем нижний электрод выполнен на соответствующей подложке, а верхний электрод перпендикулярно пересекает нижний электрод. Изменение электрического напряжения между электродами воздействует на проводимость органической тонкой пленки. Эта проводимость может поддерживаться постоянно и использоваться для представления состояния памяти в тонкой пленке между парой электродов. Однако нет никакого указания на то, как этот способ и устройство могут быть использованы для адресации в больших пассивных матрицах.

Выложенная заявка Японии JP-A-62-95883 раскрывает ячейку памяти с первым нижним электродом, сформированным путем нанесения меди на стеклянную подложку и нанесения поверх электрода тонкой пленки органо-металлического комплекса переноса заряда, в данном случае Cu-TCNQ, после чего посредством нанесения алюминиевой пасты на тонкую пленку формируется верхний электрод. Если электрический потенциал на первом электроде выше, чем на втором электроде, тонкая пленка поддерживается в состоянии высокого сопротивления до тех пор, пока электрическое поле не достигнет порогового значения и затем переключается в состояние низкого сопротивления. Нет никаких указаний на то, что такие элементы памяти могут быть выполнены непосредственно в больших пассивных матрицах. В общем случае, однако, хорошо известно формирование устройства памяти, в котором запоминающая среда является двустабильной переключаемой тонкой пленкой в виде органического сложного соединения типа переноса заряда, см. также выложенную заявку Японии JP-A-62-95883, в которой в каждом элементе памяти для адресации используются транзисторные переключатели.

В выложенной заявке Японии JP-A-3-137896 раскрыт элемент памяти, использующий органическую тонкую пленку, которая может переключаться с двумя устойчивыми состояниями между состоянием высокого сопротивления и состоянием низкого сопротивления путем подачи электрического поля, и поддерживает состояние кратковременного сопротивления после того, как электрическое поле отключают. Этот элемент может менять состояние очень быстро при высокой температуре, и медленнее при низкой температуре. Опять таки, органическая тонкая пленка расположена между верхним электродом и нижним электродом и выполнена на подложке. Утверждается, что переключение происходит быстрее и быстрее при увеличивающейся температуре, но ничего не говорится об использовании элемента памяти такого типа в больших пассивных матрицах, и пригоден ли он для адресации пассивной матрицы. Далее, из выложенной заявки Японии JP-A-3-137894 известно, как разместить тонкие пленки между верхней и нижней электродными матрицами. В реальном случае матрица показана как матрица 6•11, следовательно всего 66 элементов. Тонкая пленка является осаждаемой из паровой фазы фталоцианиновой пленкой. Если напряжение выше порогового значения подано на пересечение электродов, сохраняется "включенное" состояние. Когда подано напряжение, равное пороговому значению, точка пересечения облучается светом, так что в этой части сохраняется "включенное" состояние и информация, поданная в виде света, может быть записана прямо в матрицу. Когда на точку пересечения подано обратное напряжение, "включенное" состояние стирается. Следовательно, получена структура, которая реализует функцию памяти как для электрического сигнала, так и для светового сигнала. Даже если используется матрица 6•11, не следует, что этот двустабильный переключаемый элемент памяти будет функционировать без ошибки при адресации в пассивной матрице с большим числом элементов памяти.

Заявка ЕПВ ЕР-А2-0177535 раскрывает устройство хранения информации с диэлектриком между парой подложек, при этом каждая подложка на поверхности, обращенной к диэлектрику, снабжена параллельными электродами, так что набор электродов формирует прямоугольную пересекающуюся матрицу, и содержит средство для изменения емкости диэлектрика между пересекающимися электродами, средство для приложения к нему напряжения и средство для обнаружения тока смещения, протекающего через него. Предпочтительно, диэлектрик является жидким кристаллом, и устройство может рассматриваться как устройство хранения, способное выдавать информацию, хранящуюся в элементах узора.

Наконец, в статье Z.Y.Hua & G.R.Chen "A new material for optical, electrical and electronic thin film memories" (Новый материал для оптических, электрических и электронных тонкопленочных памятей) Vacuum 43, 11, pp. 1019-1023, 1992 описывается новая категория стираемых запоминающих сред, которые позволяют реализовать элементы памяти, которые могут переключаться двустабильно путем подачи энергии в виде тепла, электрических полей или светового излучения в различных условиях. Эти запоминающие среды основаны на упомянутом выше органо-металлическом комплексе переноса заряда M(TCNQ), образованном в 7,7,8,8-тетрацинохинодиметане (C₁₂H₄N₄), который действует как молекулы акцептора электронов с различными металлами (М) в качестве богатых электронами доноров. Hua & Chen предлагают использовать M(TCNQ) в электрически стираемой памяти, например, путем формирования матрицы переключающих элементов, основанных на Cu(TCNQ), между набором нижних электродов, например, из алюминия, и наборов верхних пересекающихся параллельных электродов, например, из меди, которые ориентированы перпендикулярно по отношению к нижним электродам. Авторам известна проблема паразитного тока при формировании запоминающих устройств, основанных на адресации пассивной матрицы такого типа и поэтому, во избежание ошибочного считывания, предлагается добавить слой материала между пленкой Cu(TCNQ) и нижним электродом для формирования барьера Шоттки. Тем самым, проблема паразитных токов в значительной степени устраняется и использование M(TCNQ) в сочетании с барьером Шоттки способно реализовать адресацию элементов памяти в больших пассивных матрицах. Таким образом во избежание проблемы паразитного тока путем адресации в больших пассивных матрицах элементов памяти для хранения данных необходимо принимать во внимание физическое состояние материалов. Это особенно важно, когда в дополнение к чисто запоминающей функции желательно реализовать функции переключения, записи или обнаружения в матрице, при этом значения тока и напряжения могут изменяться широко, так что диодная функция не всегда является необходимым условием. Также может быть желательно сочетать электрическую адресацию в пассивной матрице с устройствами светового излучения или обнаружения света, что предъявляет дополнительные требования к используемому материалу, особенно когда требуется реализовать пассивные матрицы, например, с 10⁸ элементами или ячейками на см².

Было обнаружено, что трудно адресовать двустабильные или многостабильные запоминающие среды в пассивных матрицах, и что проблемы как с адресуемостью, так и с надежным обнаружением только увеличиваются с увеличением числа узлов в матрице, как показали исчерпывающие моделирующие проверки, проведенные заявителем. Было также установлено, что эти проблемы могут быть преодолены путем использования подходящих материалов с особыми электрическими или электронными свойствами.

Основной задачей настоящего изобретения является разработка электрически адресуемого пассивного устройства, в котором устранены недостатки известных полупроводниковых устройств для хранения данных и которое делает возможным адресацию очень большого числа ячеек, например, 10⁸ на один см², для регистрации, хранения и обработки данных в полностью электронном формате, которые не имеют таких недостатков, как сложность, высокая стоимость, высокое энергопотребление и энергозависимое хранение.

Еще одной задачей настоящего изобретения является реализация электрически адресуемого пассивного устройства с функциональной средой в виде органического материала, который предлагает возможности для гибких технических решений и гораздо более низкую стоимость, чем соответствующие устройства, основанные на неорганических кристаллических полупроводниках.

Второй основной задачей настоящего изобретения является создание способа электрической адресации пассивного устройства в соответствии с настоящим изобретением и, в частности, путем адресации пассивной матрицы в полностью электронном формате, где функциональную среду в пассивном устройстве формируют практически органическими материалами и воплощают очень большое число ячеек, например, 10⁸ на один см², для записи, хранения и/или обработки данных.

Еще одной задачей настоящего изобретения является также использование электрического адресуемого пассивного устройства, равно как и способа адресации пассивной матрицы.

При использовании средства оптического обнаружителя, или при использовании объемно-организованного адресуемого устройства для хранения и/или обработки данных.

Вышеперечисленные задачи и преимущества достигаются в соответствии с изобретением с помощью электрически адресуемого пассивного устройства, которое характеризуется тем, что функциональная среда в каждой ячейке имеет общую нелинейную характеристику импеданса, и по меньшей мере один практически органический материал упомянутой функциональной среды является полимерным материалом, и с помощью способа, который согласно изобретению характеризуется приданием функциональной среде ячейки общей нелинейной характеристики импеданса, и использованием полимерного материала в виде по меньшей мере одного органического материала функциональной среды.

В соответствии с изобретением, электрически адресуемое устройство и способ используются в средстве оптического обнаружения и в объемном устройстве хранения данных или устройстве обработки данных.

В предпочтительном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением, каждая ячейка содержит выпрямительный диод, размещенный между анодом и катодом электродного средства, так что формируется электрическая сеть диодов такого типа. Предпочтительно, выпрямительный диод затем формируется спонтанно путем прямого контактирования с полимерным материалом между электродами.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением электрические проводники выполнены внутри функциональной среды или на ней и контактируют с ней непосредственно, или на каждой стороне функциональной среды и между ней и электрическими проводниками предусмотрен диэлектрический слой, так что электрические проводники контактируют с функциональной средой косвенно. Предпочтительно, чтобы в каждом случае электрические проводники были выполнены внутри слоеподобной подложки или на ней рядом с функциональной средой на каждой ее стороне.

В другом выгодном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением электрические проводники сформированы из прозрачного материала.

В соответствии с изобретением упомянутый полимерный материал предпочтительно является полидиеном.

В соответствии с изобретением упомянутый полимерный материал предпочтительно является ферроэлектрическим полимером.

В соответствии с изобретением органический материал функциональной среды является анизотропным электрическим проводящим материалом. Затем предпочтительно, чтобы анизотропный электрический проводящий материал включал в себя отдельные электрические проводящие области, окруженные электрическим изолирующим материалом, и в частности проводящие области были сформированы разделением фазы между по меньшей мере двумя органическими жидкостями, которые распределяются в виде в основном слоеподобной структуры до того, как электрические проводники и возможные подложки для них выполнены на обеих сторонах функциональной среды.

В еще одном выгодном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением в органический материал функциональной среды добавлено вещество, которое может излучать свет при подаче электроэнергии, и этот органический материал под воздействием света может подвергаться химической реакции, которая воздействует на изменение импеданса функциональной среды.

В соответствии с изобретением в органический материал функциональной среды добавлено одно или более веществ, которые способны при подаче электроэнергии излучать свет или обнаруживать свет на различных длинах волн или в различных диапазонах длин волн при приложении электроэнергии.

В соответствии с изобретением функциональная среда содержит ферроэлектрический кристалл.

В соответствии с изобретением функциональная среда содержит плавкие микрокристаллы.

В соответствии с изобретением, органический материал функциональной среды или вещество, добавленное в этот органический материал, могут переходить из кристаллической фазы в аморфную фазу или наоборот.

В соответствии с изобретением, органический материал функциональной среды может быть реактивным органическим материалом многостабильной структуры.

В соответствии с изобретением органический материал функциональной среды является органическим полупроводником. Затем предпочтительно, чтобы органический полупроводник в каждой ячейке формировал диодное соединение либо самостоятельно, либо в соединении с каждым электродом.

В соответствии с изобретением органический материал функциональной среды является органическим соединением с переносом заряда. Предпочтительно, чтобы органическим соединением с переносом заряда был TCNQ (7,7,8,8-тетрацинохинодиметан), формируя комплекс с переносом заряда с донором электронов.

В выгодном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением функциональная среда дополнительно содержит один или более неорганических полупроводниковых материалов, предусмотренных соответственно в одном или более отдельных слоях. Предпочтительно, чтобы один неорганический полупроводниковый материал являлся аморфным гидрогенизированным кремнием (a-Si:H) и/или чтобы неорганический полупроводниковый материал формировал диодный переход либо самостоятельно, либо в соединении с каждым электродом.

В выгодном варианте выполнения способа в соответствии с изобретением ячейка формируется в точке пересечения между соответствующими практически параллельными электрическими проводниками, предусмотренными на каждой стороне функциональной среды, верхний и нижний проводники пересекают друг друга практически под прямым углом и содержат соответственно электроды в электродном средстве упомянутой ячейки, так что ячейки в функциональной среде и предназначенные им электродные средства формируют элементы в матрице, ряды и столбцы которой определены соответственно верхними и нижними электрическими проводниками.

В соответствии с изобретением ячейка имеет высоко нелинейную характеристику напряжения.

В соответствии с изобретением электроэнергия подается путем генерирования электрических полей в ячейку.

В соответствии с изобретением энергия подается путем выработки электрических полей в ячейке.

В выгодном варианте выполнения способа в соответствии с изобретением, когда в органический материал функциональной среды добавлено вещество, которое может излучать свет при подаче электроэнергии, так что излученный свет, возможно вместе с теплом, произведенным подачей электроэнергии, запускает химическую реакцию в этом органическом материале и общий импеданс функциональной среды изменяется.

В выгодном варианте выполнения способа в соответствии с изобретением, когда в органический материал функциональной среды добавлено одно или более веществ, которые путем подачи электроэнергии могут излучать или обнаруживать свет на разных длинах волн или в разных диапазонах длин волн, спектральные характеристики излученного света изменяются путем изменения значения напряжения поданной электроэнергии, Предпочтительно, чтобы логическое значение, присвоенное ячейке, переключалось путем подачи значения высокого напряжения в ячейку и считывания логического значения путем обнаружения светового излучения во время подачи значения низкого напряжения, так что ячейка излучает длинноволновой свет, который не влияет на физическое или химическое состояние функциональной среды, причем интенсивность длинноволнового света зависит от логического значения.

В соответствии с изобретением, когда органический материал функциональной среды является ферроэлектрическим жидким кристаллом или ферроэлектрическим полимером, то логическое значение, присвоенное ячейке, определяется путем измерения импеданса ячейки.

В выгодном варианте выполнения способа в соответствии с изобретением логическое значение, присвоенное ячейке, переключается путем подачи электроэнергии, из-за изменения электрической проводимости функциональной среды путем резистивного нагревания.

В соответствии с изобретением логическое значение, присвоенное ячейке, переключается необратимо путем проведения необратимого изменения в электрической проводимости функциональной среды.

В соответствии с изобретением логическое значение, присвоенное ячейке, переключается необратимо путем проведения необратимого изменения в поверхности раздела между функциональной средой и каждым электродом.

В соответствии с изобретением, когда в органический материал функциональной среды добавлены плавкие микрокристаллы, логическое значение, присвоенное ячейке, переключается необратимо путем плавления микрокристаллов.

В соответствии с изобретением, если органический материал сам по себе или вещество, добавленное в этот органический материал, могут перейти из кристаллической фазы в аморфную фазу или наоборот, логическое значение, присвоенное ячейке, переключается обратимо, причем переключение обусловлено переходом между кристаллической фазой и аморфной фазой или наоборот в упомянутом органическом материале или в упомянутом веществе, добавленном в него.

В выгодном варианте выполнения способа в соответствии с изобретением, когда органический материал функциональной среды является реактивным органическим материалом многостабильной структуры, логическое значение, присвоенное ячейке, переключается обратимо путем выработки в упомянутой ячейке электрического поля.

В дальнейшем изобретение поясняется более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых: фиг.1а изображает схематически общий вид предпочтительного варианта выполнения матричного адресуемого пассивного устройства, согласно изобретению; фиг. 1b изображает схему устройства на фиг.1а, реализованного как сеть диодов, согласно изобретению; фиг. 2 изображает ячейку в устройстве по фиг.1 (поперечный разрез), согласно изобретению; фиг.3 изображает другой вариант выполнения ячейки в устройстве по фиг.1, согласно изобретению; фиг. 4 изображает устройство, использованное в объемном устройстве хранения данных или устройстве обработки данных, согласно изобретению; фиг. 5 изображает схему паразитных токов или альтернативных каналов тока в матричном адресуемом пассивном устройстве, согласно изобретению; фиг. 6 изображает пример адресации с выработкой светового излучения в ячейке, согласно изобретению; фиг.7 изображает пример адресации с использованием органических светоизлучающих диодов в ячейке, согласно изобретению; фиг. 8 изображает пример адресации с использованием ферроэлектрического жидкокристаллического материала в ячейке, согласно изобретению.

На фиг. 1 показано электрически адресуемое пассивное устройство в соответствии с изобретением, реализованное как матричное адресуемое устройство. Функциональная среда 1 (фиг.1) выполнена в виде плоского слоя S. Функциональная среда 1 является органическим материалом с нелинейной характеристикой импеданса и, возможно, с различными веществами, добавленными для реализации желательных функций обнаружения или переключения. На верхней поверхности слоя S предусмотрены линии для электрической адресации в виде множества электрических проводников m, а на нижней поверхности слоя S соответственно предусмотрены линии для электрической адресации в виде параллельных электрических проводников n, причем проводники m, n расположены взаимно перпендикулярно, так что они формируют матрицу. Устройство имеет х проводников m и у проводников n, так что проводники формируют плоскую прямоугольную матрицу х, у. Логическая ячейка 2 в устройстве формируется в объеме между двумя пересекающимися электрическими проводниками m, n. Это показано на фиг. 1а элементом 2_kl в точке пересечения между k-ым проводником m и 1-ым проводником n. Если все элементы 2 сформированы с выпрямительной функцией, устройство может быть представлено электрической сетью выпрямительных диодов, как показано в эквивалентной схеме на фиг.1b.

Противоположные части проводников m_k и n_l в точке пересечения содержат вместе электронное средство E_kl логической ячейки 2_kl, когда анод 3 в электродном средстве может быть проводником m_k, а катод 4 в электродном средстве м. б. проводником n₁. Согласно изобретению ячейка 2_kl может обозначаться как логический элемент или как логическая ячейка, т.к. материал или функциональная среда в ячейке путем адресации могут предполагать различные физические и химические состояния, которые могут представлять определяемые электрически логические значения.

На фиг. 2 схематически показано, что функциональная среда 1 выполнена в виде слоя между проводниками m_k, n₁, при этом анод 3 и катод 4 электродного средства Е_kl соединены соответствующей частью проводника m_k и соответствующей частью проводника n₁ в точке пересечения между этими проводниками. В этой точке пересечения, т.е. между анодами 3 и катодами 4, формируется пассивная логическая ячейка, обозначенная 2_kl, она расположена между проводником m_k и проводником n₁. Поскольку фиг.2 является только частью фиг.1, то должно быть понятно, что вся часть, взятая вдоль проводника m_k, покажет все у логических элементов 2 и у проводников n_у. Если х≠у, устройство формирует прямоугольную область с х•у логических элементов, а если х=у, то устройство квадратное с х² ячеек.

квадратное x² ячеек.

Более сложное выполнение устройства в соответствии с изобретением в примере показано на фиг.3. Здесь электрический проводник m размещен на подложке 5, тогда как электрический проводник n соответственно размещен на подложке 6. Как показано на фиг.2, проводники m, n могут контактировать с функциональной средой 1 прямо, но в варианте выполнения на фиг.3 показаны диэлектрические слои 7, 8 между проводниками m, n или подложками 5, 6 соответственно. Следовательно, электродное средство Е своими анодом 3 и катодом 4 более не контактирует с функциональной средой 1 напрямую, но косвенно через диэлектрические слои 7, 8, так что через ячейку 2 формируется косвенная электрическая связь. Эта связь может, например, быть индуктивной или емкостной. Если диэлектрические слои 7, 8 отсутствуют, электродное средство Е, конечно, будет контактировать с функциональной средой 1 напрямую, и через ячейку 2 будет получена соответствующая прямая или резистивная связь.

Объем между анодом 3 катодом 4 электродного средства Е, размер которого грубо определяется шириной проводников m, n и расстоянием между ними, т.е. толщиной функциональной среды 1, определяет логическую ячейку 2, которая формирует обнаруживающий элемент в оптическом детекторе в устройстве хранения данных или переключающий элемент в устройстве обработки данных.

Анод 3 и катод 4, которые окружают функциональную среду 1, включены в электродное средство Е, которое, когда на него подано электрическое напряжение, вызывает физическое или химическое изменение состояния в функциональной среде. Это может вызвать изменение в электрическом импедансе между анодом 3 и катодом 4. Изменение импеданса может быть обнаружено в электрических проводниках m, n, которые в данном случае формируют электродное средство Е. Логическое состояние или логическое значение в каждой точке пересечения между m и n или в каждой ячейке 2 может затем быть определено путем измерения электрического импеданса между электрическими проводниками m, n, которые формируют электродное средство Е ячейки 2.

Следует отметить, что имеется существенная разница между существующими матричными адресуемыми логическими устройствами, например, устройствами хранения данных, и настоящим изобретением, поскольку последнее использует функциональную среду с общей нелинейной характеристикой импеданса и сформированную одним или более органическими материалами, один из которых является полимерным материалом, а это имеет далеко идущие последствия в отношении конструктивной гибкости, рабочих характеристик и стоимости. Важным свойством использования функциональной среды такого типа является возможность расширенного использования действительно пассивной адресации даже в очень больших матрицах, например от 10⁶ до 10⁸ элементов предусмотренных с плотностью, например, 10⁸ элементов на см², когда не будет требоваться никаких дискретных активных элементов схемы в точках пересечения.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением формирует практически плоскую слоеподобную структуру S, а это подразумевает, что можно сложить такие плоские слоеподобные структуры S послойно в стопу и сформировать объемное логическое устройство, например, объемное запоминающее устройство. Это может быть реализовано, например, как на фиг.4, где показано объемное устройство такого типа, состоящее из сложенных в стопу слоев структуры ₁,...S_z, показанных в сечении через ряд ячеек 2 устройства, одно из которых показано. Выполнение логического устройства в соответствии с настоящим изобретением и способ, используемый для электрической адресации в матричном формате, одновременно реализуют близостную адресацию, т.е. сигналы для адресации передаются сразу в функциональную среду 1 и воздействуют на нее по электродному средству Е, которое на фиг.4 показано для логической ячейки 2 соответственно с анодом 3 и катодом 4 в структуре S₁. Если несколько структур S₁,...S_z сложены в стопу друг на друга, они должны быть взаимно изолированы, предпочтительно изолирующим слоем 9, который может изолировать электрически, термически или оптически.

В принципе, каждая ячейка 2 устройства может иметь очень малую протяженность, например, величиной примерно 10 нм и даже меньше, если функциональная среда 1 лежит на слое полимерного материала. Толщина структуры S становится меньше и, следовательно, будет видно, что устройство в соответствии с изобретением с использованием близостной электрической адресации ячейки сделает возможным создание объемного устройства хранения данных с очень большой емкостью по отношению как к плотности хранения, так и скоростей передачи данных. Устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет близкую аналогию с соответственно воплощенными оптическими устройствами хранения данных, основанными на близостной адресации и реализованными в объемном выполнении. Такие оптические устройства хранения данных, кроме того, раскрыты в международной заявке PCT/N097/00154.

Важной причиной, по которой пассивные твердотельные памяти не были воплощены в большом объеме, например, с использованием плавких сопротивлений, является проблема альтернативных токовых каналов или так называемых, паразитных токов в сети электрических проводников. Эта проблема схематически показана на фиг.5, где электрические проводники опять обозначены как m, n, а логическая ячейка 2_kl показана в точке пересечения между проводником m_k, и проводником n₁. Если логическая ячейка 2 в каждой точке пересечения содержит резистивное сопротивление, это предполагает, что изменение сопротивления в данной точке х, у в матрице проводников тока при осуществлении операции адресации будет замаскировано токами, которые утекают через альтернативные цепи (фиг.5), где должна адресоваться логическая ячейка 2_kl в положении x=k и у= 1, тогда как ток утекает по показанным пунктиром токовым каналам в соседние ячейки. Правильный путь тока для адресации соответственно на проводниках m и n показан широкой непрерывной линией. Видно, что проблема паразитных токов только усиливается, когда увеличивается размер матрицы проводников тока, т. е. с величиной произведения х•у. Ниже будут пояснены два пути обхода этой проблемы, а именно использование выпрямительных диодов или материалов с высоким импедансом, например, жидких кристаллов, или структурный реактивный материал.

Для избежания проблемы паразитных токов такой путь, например, имеет место посредством придания электрическому соединению в точке пересечения, т. е. в ячейке, высоко нелинейной характеристики ток/напряжение, что уменьшит или устранит проблему паразитного тока. Это может быть достигнуто путем размещения выпрямительных диодов последовательно с сопротивлением в каждой точке пересечения. Следовательно, существенно важным в настоящем изобретении является формирование сети выпрямительных диодов простым и надежным способом, который обеспечивает низкую стоимость и в то же время способен вырабатывать требуемые структуры переноса данных в виде регулируемых и нелинейных импедансов. Например, путем использования функциональной среды с органическим материалом в форме полидиена тиофена или PPV и с подходящим выбором электродного материала по отношению к органическому материалу, можно вырабатывать диодное соединение на поверхности раздела между металлическим и органическим материалом, и этому диоду могут быть приданы очень хорошие выпрямительные свойства. Электрическая связь через функциональную среду управляется импедансными свойствами последней. Адресация логической ячейки, следовательно, будет предполагать изменение в импедансе между проводниками m и n в точке пересечения, например, как показано на фиг.5 между m_k и n₁ и это может быть достигнуто несколькими путями.

Ниже приведены примеры предпочтительных вариантов выполнения способа электрической адресации в соответствии с настоящим изобретением и в первую очередь примеры будут направлены на запись и возможное считывание данных в логической ячейке.

Пример 1. Запись джоулевым нагреванием
Сильный ток, который проходит через логическую ячейку, выполненную в точке пересечения х, у между электрическими проводниками m, n, будет нагревать функциональную среду, основанную на органическом проводящем материале. Путем разумного выбора материала его объемный импеданс может изменяться обратимо или необратимо импульсом тока, и измененный импеданс может считываться измерением на проводниках m, n, которые формируют электродное средство Е логической ячейки.

Если устройство в соответствии с изобретением воплощено как устройство хранения данных с высокой плотностью хранения, логические ячейки будут расположены очень близко друг к другу, и становится важным избежать перекрестных искажений в форме тепловой диффузии, которая вызывает изменение импеданса в соседних ячейках во время операции записи. Следовательно, обязательно применять короткие импульсы записи, т.к. обычное пространственное разрешение, которое может быть достигнуто, можно выразить длиной тепловой диффузии. Последняя является хорошо определенной величиной, которая зависит от объемных параметров, а также от геометрических и временных характеристик нагревающего импульса. Обычно необходимо, чтобы ширина импульсов была меньше 1 мкс для достижения пространственного решения меньше, чем 1 мкм.

Другой формой пространственных искажений, которые особенно относятся к считыванию данных, является распространение тока между логическими ячейками в функциональной среде, сформированной органическим объемным материалом. Этого можно избежать путем использования органического материала с сильной анизотропной электропроводностью, т. е. высокой проводимостью через ячейку между анодом 3 и катодом 4, тогда как проводимость в направлении протяжения структуры S, т.е. вдоль слоя или плоскости, сформированного(ой) структурой S, и от ячейки памяти к ячейке памяти низка. Полимерные смеси со свойствами такого типа описаны в работе M.Granstrom^ "Macromolecular microstructures" (Макромолекулярные микроструктуры), Linkoping Studies in Science and Technology 432, Linkoping 1996, особенно стр. 49-51 и стр. 134-158, см. работу M. Granstrom & al. : "Self organising polymer films - a route to novel electronic devices based on conjugated polymers" (Самоорганизующиеся полимерные пленки - путь к новым электронным устройствам, основанным на полидиенах), опубликованную в Supramolecular Science. В идеале, свойства импеданса ячеек не могут изменяться во время операции считывания. Это предполагает, что процессы, запускаемые термически, должны быть крайне нелинейными или порогозависимыми, т.е. чтобы на функциональную среду нельзя было воздействовать при токах от низких до средних, но должен быть хорошо определенный и резкий переход при более высоких токах (нелинейная характеристика импеданса). Кристаллические материалы обычно показывают термически обусловленные изменения в хорошо определенной точке плавления. В аморфных материалах, таких как полимер и стекло, такие переходы, однако, имеют место постепенно в увеличенном температурном диапазоне, и обычно используется менее точный параметр температуры смягчения или температуры перехода стекла (точка Вика).

Имеется обширная экспериментальная документация о том, что срок годности основанных на полимерах диодов сильно зависит от рабочих условий, и основной причиной, ведущей к ошибке, является джоулево нагревание. Однако даже с плохо определенной температурой теплового перехода такие диоды очень хорошо удовлетворяют требованиям, которые даны выше относительно разделения между операциями записи и считывания.

Пороговая функция, обусловленная точкой плавления, может быть достигнута в полимерах и других диодных материалах путем включения микрокристаллов в проводящий органический объемный материал или путем частичного покрытия ими контактной поверхности между электродами и органического материала. Одним путем воплощения последнего указанного варианта является электродное распыление мелких кристаллов на поверхности электродов до сборки устройства. Воздействие микрокристаллов может заключаться в механическом пробое токового канала из-за плавления, например, из-за хороших смачивающих свойств в отношении электродного материала, чтобы способствовать диффузии в продольном направлении, или в освобождении активных веществ, которые тормозят распространение тока.

Пример 2. Запись генерированием света
Хорошо известно, что экспозиция на свету может снижать или ускорять химические изменения в органических материалах.

В одном выполнении устройства в соответствии с настоящим изобретением, органический объемный материал полностью или частично формируется из светоизлучающей органической смеси, которая активируется путем подачи электрического тока. Органические светоизлучающие диоды (ОСИД) (OLED) такого типа в настоящее время широко распространены. Механизмы деградации в ОСИД представляют собой предмет усиленных исследований, и важным результатом является экранирование от облучения диодного объемного материала ультрафиолетовым или синим светом, что существенно для достижения длинных сроков службы.

В настоящем изобретении используется восприимчивость к ультрафиолетовому и синему свету для выработки интенсивного и управляемого локального облучения путем возбуждения ОСИД, который излучает ультрафиолетовый и/или синий свет. Как указано ниже, воздействие облучения, которое обычно сопровождается нагреванием ОСИД, может быть использовано двумя различными путями. Первым является базисное считывание при обнаружении изменения импеданса логической ячейки, вторым является базисное считывание при обнаружении изменения светоизлучающих свойств ОСИД.

Для уменьшения потребления энергии и увеличения скорости адресации выбирают материалы, которые крайне восприимчивы к изменениям состояния, вызванным светом. Это предполагает оптимизацию, в точности противоположна той, которая обычна при изготовлении ОСИД, а также использование некоторых интересных материалов, которые ранее отвергались при разработке ОСИД. В настоящем изобретении существует очень большая степень свободы относительно выбора материалов. Следовательно, можно использовать взаимодействующие системы материалов, включающие светочувствительный фотоинициатор, который специально изготовлен для особой стимуляции светоизлучающей составляющей в ОСИД. Такие меры могут касаться как функциональной среды в логической ячейке, так и материала на поверхностях электродов.

Пример 3. Запись путем использования внутренней генерации света и считывание путем прямого измерения импеданса
В этом случае единственной функцией света является запуск и/или ускорение химических изменений в функциональной среде 1 ячейки 2. Простое общее изменение функциональной среды 1 показано на фиг.6, где полимер, который излучает ультрафиолетовый и/или синий свет, размещен между анодом 3 и катодом 4 электродного средства и создает выпрямительное соединение на одной из поверхностей раздела. Смещение в прямом направлении заставляет ток течь через него, свет излучается и взаимодействует с органическим материалом ячейки 2. Одновременно вырабатывается тепло и связь между поданной электроэнергией рассеивается в виде тепла и используется для генерирования света в зависимости от функциональной среды и условий электрического возбуждения. Объединенное воздействие тепла и света вызывает химические изменения в ячейке путем одного или нескольких механизмов. Одним из них является разделение цепочек в связанных молекулах, что уменьшает проводимость объемного материала и изменяет последовательное сопротивление в каждой ячейке. Другой механизм косвенный, когда добавленные химические вещества становятся химически активными под воздействием света и атакуют электропроводные материалы в ячейке. Одним примером последнего является выработка свободных радикалов ультрафиолетовым и/или синим светом.

Пример 4. Запись и считывание путем внутренней генерации света
Общая структура показана на фиг.7. На ней каждая ячейка памяти содержит смесь микроскопических органических светоизлучающих диодов (ОСИД) 10, 10', которые соответственно излучают свет на двух или более длинах волн. ОСИД 10, 10' на фиг.7 показаны как эллиптические области, которые вытянуты между анодом 3 и катодом 4 и контактируют с ними. К примеру, область 10 может излучать ультрафиолетовый или синий свет, тогда как область 10' может излучать красный свет. Ячейки, состоящие из нескольких ОСИД и областей, могут быть выполнены как раскрыто в статье M.Granstrom & O.Inganas, "White light emission from a polymer blend light emitting diode" (Излучение белого света из полимерного светоизлучающего диода) Applied Phys Lett. 68:2, стр. 147-149, 1996, см. вышеуказанную диссертацию Granstrom, стр. 135-140, поскольку настоящее изобретение может быть основано на ОСИД, которые излучают синий и красный свет и которые выполнены в объеме ячейки случайным образом. Возбуждение низким напряжением возбуждает только ОСИД, которые излучают красный свет, тогда как более высокое напряжение также возбуждает ОСИД, которые излучают синий свет.

Запись происходит путем возбуждения при использовании высокого напряжения, так что излучение синего света и увеличившееся рассеивание тепла уменьшает или разрушает излучение света ОСИД, которые излучают красный свет. Опять же могут быть применены фоточувствительные добавки, как указано выше в примере 3. Считывание происходит путем возбуждения при низкой температуре, так что активизируются только те ОСИД, которые излучают красный свет, и выработка тепла становится меньше. Излученная в ответ энергия ячейки регистрируется фотодетектором, и, следовательно, может быть определено логическое состояние ячейки.

Пример 5. Емкостные логические ячейки на жидких кристаллах
Проблема паразитного тока, о которой упоминалось выше, отсутствует в пассивных матричных адресуемых логических устройствах с очень низким импедансом в каждой точке пересечения, т.е. в точке каждой отдельной логической ячейки. Устройство с крайне высоким резистивным сопротивлением показано на фиг. 8. Логическая ячейка 2 содержит двустабильный жидкокристаллический (ЖК) материал, размещенный между анодом 3 и катодом 4 электродного средства Е. Логическое состояние ячейки 2 представлено степенью молекулярного порядка в ЖК, который может управляться путем подачи напряжения на электрод. Основной принцип может быть объяснен следующим образом. Предположим, что логическая ячейка 2 в левой части на фиг. 8 находится в беспорядочном состоянии и представляет логическое значение 0. Подача поляризованного напряжения для записи выстраивает молекулы жидкого кристалла в линию и выражается в упорядоченном состоянии, которое представляет логическое значение 1, показанное логической ячейкой 2 в правой части на фиг.8. Снятие напряжения оставит молекулы ЖК в выстроенном в линию упорядоченном состоянии, и получается неизменяемое состояние. После этого, ячейка может вернуться в логическое состояние 0 путем подачи импульса напряжения или последовательности импульсов напряжения, которое осуществит стирание. В соответствии с настоящим изобретением, логическое значение логической ячейки 2 определяется путем обнаружения разницы в электрическом импедансе между логическими состояниями 0 и 1 в ячейке. В качестве конкретного примера, емкость логической ячейки 2 может примерно задаваться как C=C₀+C₁, где С₀ является слагаемым, которое слабо зависит от выстроенного в линию состояния молекул ЖК, тогда как C₁ является слагаемым, которое сильно связано с молекулярным выстраиванием в линии.

Считывание данных включает определение степени упорядоченности молекул ЖК. M_LS ≅ f(C₁) является прямой мерой ориентированной мобильности молекул ЖК и будет отличаться соответственно в состояниях 0 и 1. Ниже описаны две различных предпочтительных схемы электрического возбуждения, касающиеся определения М_LS. Чтобы представить это простым образом, молекулы ЖК показаны на фиг.8 как полоски со случайной ориентацией в беспорядочном состоянии в логической ячейке 2 в левой части рисунка. В логической ячейке 2 в правой части рисунка молекулы ЖК выстроены в линию вдоль направления между анодом 3 и катодом 4 и находятся в упорядоченном состоянии. Это, однако, не предотвращает того, что более сложное упорядочивание может произойти в логических ячейках на ферроэлектрическом жидком кристалле. В первой схеме на электродное средство подается непрерывно изменяющееся напряжение (биполярное напряжение) с частотой, которая достаточно мала, чтобы позволить молекулам ЖК реагировать с частичной переориентацией, т.е. f≤l/τ, где τ- постоянная времени переориентации малого сигнала; f - частота. Если молекулы относительно мобильны, что обычно для беспорядочного состояния, то для M_LC будет обнаружено большее значение, чем в упорядоченном состоянии, где молекулы зафиксированы вдоль вектора их локального упорядочивания.

Во второй схеме напряжение подается на электроды и с напряжением считывания, которое ниже, чем напряжение, используемое для записи. В зависимости от того, находятся ли молекулы ЖК в состоянии 0 или в состоянии 1, они будут иметь различную ориентационную мобильность, и величина M_LC, полученная от измерения переходного тока смещения, будет содержать информацию о порядке молекул ЖК, а следовательно, и о логическом состоянии логической ячейки. Обе этих схемы имеют свои преимущества и недостатки. Схема подачи непрерывно изменяющегося напряжения обеспечивает точность, но одновременно ведет к уменьшению времени ответа обнаружения. Схема с уровнями напряжения проводит обнаружение за период времени, который ≤τ, но имеет большую степень технической сложности. В обоих случаях относительно высокое и зависящее от порога напряжение записи упрощает процесс считывания. С другой стороны, высокое напряжение записи должно уравновешиваться с требованием использования низковольтовых приводной электроники и источников питания.

Пример 6. Электрически переключаемые двустабильные органические пленки
Сложные органические молекулы, например, биологического происхождения, могут быть двустабильными или многостабильными, т.е. могут появляться в различных структурах. Классом молекул такого типа является бактериородопсин и его варианты или связанные с ним составы. Структурные реактивные свойства бактериородопсина, касающиеся использования в оптических логических устройствах, кроме того, подробно обсуждены в патентной заявке Норвегии 972574.

Двустабильное запоминающее устройство может быть получено на основе матричного адресуемого выполнения логического устройства, как указано выше. Тонкая пленка, например, из бактериородопсина, может быть органическим материалом в функциональной среде 1. Тонкая пленка предпочтительно выровнена и переключается между двумя двустабильными молекулярными структурами под воздействием электрического поля, генерируемого между анодом 3 и катодом 4 в электродном средстве Е, когда на него подается напряжение. Переключение может быть обратимым и выполняться большое количество раз без истощения запоминающего материала. Считывание происходит путем подачи на электродное средство напряжения выше порога переключения. Если ячейка в ответ уже переключена в предшествующей операции записи, то в ячейке не будет никакого последующего ответа на подачу напряжения считывания. С другой стороны, если ячейка не была переключена, она отреагирует. Переключение сопровождается электрическим переходом, который может быть определен через электронную схему, подключенную через электронное средство, которое в ответ управляет ячейкой.

Для получения желательных свойств в электрически адресуемом пассивном устройстве в соответствии с изобретением органический материал в функциональной среде должен иметь общую нелинейную характеристику импеданса, которая обычно предполагает, что ее органический материал имеет нелинейную характеристику импеданса. В дополнение к органическим материалам, обсужденным выше, может быть, например, актуальным использовать ферроэлектрический полимерный материал для формирования емкостных ячеек. Другим актуальным материалом могут быть органические соединения на основе переноса заряда с нелинейными характеристиками импеданса, например, вышеупомянутое соединение M(TCNQ). Если устройство в соответствии с изобретением должно быть реализовано как оптический детектор, то это может иметь место путем использования функциональной среды, в которой органический материал формирует светочувствительные диоды, например, полимеры, соответствующие тем, которые были использованы в вышеупомянутых ОСИД. Затем должен быть использован светочувствительный полимер с желательной спектральной избирательностью.

При реализации в виде оптического детектора должно быть понятно, что устройство формирует обнаруживающую матрицу в плоскости и никакая сложенная в стопу конфигурация не приемлема. С другой стороны, электроды m, n в электродном средстве Е по меньшей мере на одной стороне должны быть сформированы из прозрачного или полупрозрачного материала, т.е. на стороне падения света. Например, электроды m или n могут быть из оксида индия-олова (ОИО) (ITO) или прозрачным или полупрозрачным полимером, таким как полипиррол.

В некоторых случаях желательно, чтобы в оптическом детекторе такого типа было возможно регулировать спектральную избирательность, например, для многоспектрального обнаружения. Это может иметь место путем использования электрически настраиваемого оптического фильтра поверх прозрачных электродов, например, выполненного в виде непрерывного слоя с отдельной управляющей электроникой. Другой возможностью было бы использование светочувствительного диодного материала, спектральная избирательность которого могла бы настраиваться электрически, так что такая настройка могла бы происходить прямо над электродным средством Е. В настоящее время обнаружилось, что это практически невозможно. Более близкой альтернативой, которая возможна для выполнения на практике, было бы нанесение узора на функциональную среду, т.е. не формирование ее как непрерывного слоя, но выделения по отдельности единичным ячейкам. Например, это могли бы быть группы из трех ячеек и трех соседних ячеек, которые образуют пиксель на детекторе RGB, при этом рассматриваемые ячейки в каждом пикселе селектируют красный, зеленый и синий свет и адресуются в соответствии с протоколом, пригодным для обнаружения RGB.

Функциональная среда сама по себе в устройстве в соответствии с изобретением может наноситься как непрерывный слой между электродами в электродном устройстве. Однако, нет ничего, чтобы препятствовать нанесению узора на функциональную среду, т.е. наносить под отдельными частями между электродами в каждом отдельном электродном средстве. В этом случае не будет проблем, если функциональная среда имеет изотропную электропроводность. В дополнение к этому, функциональная среда может быть сформирована с однородной структурой, например, содержащей один органический материал, возможно с одной или более добавкой. Такие добавки могут сами по себе быть органическими и неорганическими. Однако, нет ничего, чтобы препятствовать формированию функциональной среды с такой послойной структурой, чтобы материалы, которые содержат функциональную среду, были размещены в слоях между электродами в электродном средстве. Каждый слой может затем состоять из различных органических материалов, один из которых будет полимерным материалом с желательными электрическими или электронными свойствами и, возможно, с неорганическими или органическими добавками. Также, в этом случае один, а возможно, и более слоев могут быть сформированы из неорганического материала. Может, например, наносить комбинацию аморфного гидрогенированного кремния (а-Si: H) рядом с полимерным материалом, так что получается гибридная неорганическая/органическая функциональная среда. Если в функциональной среде используется основанное на органике соединение с переносом заряда, например, органо-металлическое соединение, такое как M(TCNQ), то оно должно иметь нелинейную характеристику импеданса, но может дополнительно быть размещено рядом с полупроводниковым материалом, размещенным рядом с электродами на одной или другой стороне функциональной среды, и который, например, может быть арсенидом галлия, так что получается переход Шоттки, что известно. Если желательно реализовать функциональную среду с диодной функцией или выпрямительной функцией, то послойное выполнение делает возможным реализацию этих функций различными методами, например, с использованием переходов P-N, N-P-N, P-N-P или P-I-N и, возможно, также в гибридном неорганическом/органическом выполнении. Послойные функциональные среды также обеспечивают возможность использовать светоизлучающие или светообнаруживающие материалы, предусмотренные, если это желательно, в отдельных слоях.

Специалистам ясно, что логическое устройство в соответствии с настоящим изобретением в практическом выполнении также будет содержать формирователи для электродов, и при этом для подачи тока на электрические проводники m, n должны использоваться линии питания и токовые шины. Внешний подвод электроэнергии к логическому устройству в соответствии с изобретением может, тем не менее, быть воплощен несколькими путями, что хорошо известно специалистам.

Электрически адресуемое устройство и способ адресации согласно изобретению можно применять для реализации устройства оптического обнаружения в качестве либо объемного устройства хранения данных, либо устройства обработки данных. В случае объемных устройств они могут быть воплощены с архитектурой, показанной на фиг.4.

Формула изобретения

1. Электрически адресуемое устройство для записи, хранения и/или обработки данных, содержащее функциональную среду (1) в виде непрерывной структуры (S) или структуры с узором, причем функциональная среда (1) может подвергаться физическим или химическим изменениям состояния посредством соответствующего энергетического воздействия и содержит множество отдельно адресуемых пассивных ячеек (2), размещенных в двумерном узоре, при этом функциональная среда (1) реализована как однородная/слоистая структура, содержащая по меньшей мере один органический материал, в котором данное физическое или химическое состояние в ячейке (2) представляет записанное или обнаруженное значение, или заранее заданное логическое значение присваивается ячейке, при этом ячейки (2) размещены между электродами (3, 4) электродного средства (Е), которое прямо или косвенно контактирует с функциональной средой (1) в каждой ячейке для осуществления прямой или косвенной электрической связи между ними, посредством чего каждая ячейка (2) может запитываться электроэнергией для определения физического или химического состояния или изменения ее физического или химического состояния, при этом множество параллельных электрических проводников (m, n) размещены на каждой стороне функциональной среды (1), так что проводники (m, n), расположенные на одной из сторон функциональной среды, находятся под прямым углом относительно проводников, расположенных на другой стороне функциональной среды, а электродное средство (Е) для каждой ячейки (2) сформировано в точке пересечения между соответствующими верхним и нижним проводниками (m, n), так что ячейки (2) в функциональной среде (1) и соответствующие им электродные средства (Е) формируют элементы матрицы, ряды и столбцы которой определены соответственно верхними и нижними электрическими проводниками (m, n), которые в точках пересечения формируют электроды (3, 4) электродных средств (Е), отличающееся тем, что функциональная среда (1) в каждой ячейке (2) имеет общую нелинейную характеристику импеданса и при этом по меньшей мере один органический материал функциональной среды (1) является полимерным материалом.

2. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая ячейка (2) содержит выпрямительный диод, сформированный между анодом (3) и катодом (4) упомянутого электродного средства (Е), так что формируется электрическая сеть диодов такого типа.

3. Электрически адресуемое устройство по п. 2, отличающееся тем, что выпрямительный диод сформирован самопроизвольно путем прямого контакта с полимерным материалом между электродами (3, 4).

4. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрические проводники (m, n), выполнены внутри функциональной среды (1) или на ней и контактируют с ней напрямую.

5. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что на каждой стороне функциональной среды (1) и между ней и электрическими проводниками (m, n) размещен диэлектрический слой (7, 8), так что электрические проводники (m, n) контактируют с функциональной средой (1) косвенно.

6. Электрически адресуемое устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что электрические проводники (m, n) размещены внутри слоеподобной подложки (5, 6) или на ней рядом с функциональной средой (1) на каждой ее стороне.

7. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрические проводники (m, n) по меньшей мере на одной стороне функциональной среды (1) сформированы из прозрачного материала.

8. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал является полидиеном.

9. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал является ферроэлектрическим полимером.

10. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что органический материал функциональной среды (1) является анизотропным электропроводным материалом.

11. Электрически адресуемое устройство по п. 10, отличающееся тем, что анизотропный электропроводный материал включает отдельные электропроводные области (10, 10'), окруженные электроизолирующим материалом.

12. Электрически адресуемое устройство по п. 11, отличающееся тем, что электропроводные области (10, 10') сформированы путем разделения фаз между по меньшей мере двумя органическими жидкостями, которые распределены в виде слоеподобной структуры до того, как электрические проводники (m, n) и возможные подложки (5, 6) для них выполнены на обеих сторонах упомянутой функциональной среды (1).

13. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в органический материал функциональной среды (1) добавлено вещество, которое может излучать свет путем подачи электроэнергии, а органический материал под воздействием излучаемого света и, возможно, тепла, выработанного поданной электроэнергией, может подвергаться химической реакции, которая действует на изменение импеданса функциональной среды.

14. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в органический материал функциональной среды (1) добавлено одно или более веществ, которые при подаче электроэнергии излучают свет или обнаруживают свет различных длин волн или в различных диапазонах длин волн.

15. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что функциональная среда (1) содержит ферроэлектрический жидкий кристалл.

16. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что функциональная среда (1) содержит плавкие микрокристаллы.

17. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что органический материал функциональной среды (1) или вещество, добавленное в этот органический материал, могут переходить из кристаллической фазы в аморфную фазу или наоборот.

18. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что органический материал функциональной среды (1) является реактивным органическим материалом многостабильной структуры.

19. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что органический материал функциональной среды (1) является органическим полупроводником.

20. Электрически адресуемое устройство по п. 19, отличающееся тем, что органический полупроводник в каждой ячейке (2) содержит диодный переход или образует диодный переход совместно с каждым электродом (3, 4).

21. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что органический материал функциональной среды (1) является органическим соединением с переносом заряда.

22. Электрически адресуемое устройство по п. 21, отличающееся тем, что органическое соединение с переносом заряда является TCNQ (7,7,8,8-тетрацианохинодиметан), которое формирует комплекс с переносом заряда с электронным донором.

23. Электрически адресуемое устройство по п. 1, отличающееся тем, что функциональная среда дополнительно содержит один или более неорганических полупроводниковых материалов, размещенных в соответствующих одном или более отдельных слоях.

24. Электрически адресуемое устройство по п. 23, отличающееся тем, что один неорганический полупроводниковый материал является аморфным гидрогенизированным кремнием (а - Si: H).

25. Электрически адресуемое устройство по п. 23, отличающееся тем, что неорганический полупроводниковый материал формирует диодный переход либо самостоятельно, либо в соединении с каждым электродом (3, 4).

26. Способ электрической адресации устройства для записи, хранения и/или обработки данных, в котором устройство содержит функциональную среду (1) в виде, непрерывной структуры (S) или структуры с узором, причем функциональная среда (1) может подвергаться физическим или химическим изменениям состояния посредством соответствующего энергетического воздействия и содержит множество отдельно адресуемых пассивных ячеек (2), размещенных в двумерном узоре, при этом функциональная среда (1) реализована как однородная/слоистая структура, содержащая по меньшей мере один практически органический материал и в котором данное физическое или химическое состояние в ячейке (2) представляет записанное или обнаруженное значение, или заранее заданное логическое значение присваивается ячейке, причем адресация содержит операции по обнаружению записанного или обнаруженного значения в ячейке и дополнительные операции по записи, считыванию, стиранию и переключению логического значения, присвоенного ячейке, при этом способ заключается в том, что подают электроэнергию в ячейку (2) путем размещения ячейки между анодом (3) и катодом (4) в электродном средстве (Е), которое прямо или косвенно контактирует с функциональной средой в ячейке, осуществляют подачу электроэнергии непосредственно в функциональную среду ячейки для обнаружения или изменения физического и/или химического состояния ячейки и в результате осуществляют операцию адресации, электрическое напряжение, поданное в ячейку, вызывает прямую или косвенную электрическую связь между ними, так что логическое значение ячейки либо обнаруживают, либо переключают, либо и то и другое, отличающийся тем, что используют функциональную среду (1) с общей нелинейной характеристикой импеданса и используют полимерный материал в качестве по меньшей мере одного органического материала функциональной среды (1).

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что формируют ячейку (2) в точке пересечения между соответствующими параллельными электрическими проводниками (m, n), предусмотренными на каждой стороне функциональной среды (1), так что проводники (m, n), расположенные на одной из сторон функциональной среды, находятся под прямым углом относительно проводников, расположенных на другой стороне функциональной среды, и содержат соответственно электроды (3, 4) электродного средства (Е) каждой ячейки (2), так что ячейки (2) в функциональной среде (1) и предназначенные им электродные средства (Е) формируют элементы в матрице, ряды и столбцы которой определены соответственно верхними и нижними электрическими проводниками (m, n).

28. Способ по п. 26, отличающийся тем, что используют ячейки (2) с высоко нелинейной характеристикой напряжения.

29. Способ по п. 26, отличающийся тем, что подают электроэнергию путем подачи электрических зарядов в ячейку (2).

30. Способ по п. 26, отличающийся тем, что подают энергию путем генерирования электрических полей в ячейке (2).

31. Способ по п. 26, отличающийся тем, что в органический материал функциональной среды (1) добавляют вещество, которое может излучать свет при подаче электроэнергии, посредством излученного света и тепла, выработанного поданной электроэнергией, запускают химическую реакцию в органическом материале и изменяют общий импеданс функциональной среды (1).

32. Способ по п. 26, отличающийся тем, что в органический материал функциональной среды (1) добавляют одно или более веществ, которые при подаче электроэнергии излучают свет или обнаруживают свет различных длин волн или в различных диапазонах длин волн, изменяют спектральные характеристики излученного света путем изменения значения напряжения подаваемой электроэнергии.

33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что логическое значение, присвоенное ячейке (2), переключают путем подачи высокого напряжения в ячейку и считывают логическое значение путем обнаружения светового излучения во время подачи низкого напряжения, так что ячейка (2) излучает длинноволновой свет, который не влияет на физическое или химическое состояние функциональной среды, при этом интенсивность длинноволнового света зависит от логического значения.

34. Способ по п. 26, отличающийся тем, что используют органический материал функциональной среды (1), являющийся ферроэлектрическим жидким кристаллом или ферроэлектрическим полимером, определяют логическое значение, присвоенное ячейке (2) путем измерения импеданса ячейки (2).

35. Способ по п. 26, отличающийся тем, что логическое значение, присвоенное ячейке (2), переключают поданной электроэнергией из-за изменения электрической проводимости функциональной среды (1) от резистивного нагревания.

36. Способ по п. 26, отличающийся тем, что логическое значение, присвоенное ячейке (2), переключают необратимо, для чего осуществляют необратимое изменение электрической проводимости функциональной среды (1).

37. Способ по п. 26, отличающийся тем, что логическое значение, присвоенное ячейке, переключают необратимо, для чего осуществляют необратимое изменение поверхности раздела между функциональной средой (1) и каждым электродом (3, 4).

38. Способ по п. 26, отличающийся тем, что в органический материал функциональной среды (1) добавляют плавкие микрокристаллы и логическое значение, присвоенное логической ячейке (2), переключают необратимо, для чего осуществляют плавление микрокристаллов.

39. Способ по п. 26, отличающийся тем, что используют органический материал сам по себе или вещество, добавленное в этот органический материал, которые могут перейти из кристаллической фазы в аморфную фазу или наоборот, и логическое значение, присвоенное ячейке (2), переключают обратимо, причем переключение вызывают переходом между кристаллической фазой и аморфной фазой или наоборот в упомянутом органическом материале или в упомянутом веществе, добавленном в него.

40. Способ по п. 26, отличающийся тем, что используют органический материал функциональной среды (1), являющийся реактивным органическим материалом многостабильной структуры, а логическое значение, присвоенное ячейке (2), переключают необратимо путем генерирования в упомянутой ячейке (2) электрического поля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9