Способ использования целлюлозного натурального, синтетического или смешанного материала в качестве одновременно несущего и диэлектрического основания в самостоятельных электронных и оптоэлектронных устройствах с полевым эффектом

Изобретение относится к использованию материала, состоящего из натуральных, синтетических или смешанных волокон на основе целлюлозы, соединенных физически и химически водородными связями, и обычно называемого бумагой, в его различных формах и составах. В способе изготовления электронного или оптоэлектронного устройства с полевым эффектом натуральные, синтетические или смешанные диэлектрические волокна на основе целлюлозы соединяют физически и химически водородными связями в слои, после чего полученные слои соединяют путем механического сжатия с получением тонкой бумажной пленки, способной накапливать электрические и ионные заряды на единицу площади в зависимости от характера распределения волокон, их взаимосвязи и соединения в различных механически сжатых плоскостях, причем указанную бумажную пленку используют в указанном устройстве одновременно в качестве несущего основания и диэлектрика. Изобретение обеспечивает возможность использования бумаги при изготовлении устройств, основанных на новом принципе интерслойной интеграции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

В целом настоящее изобретение относится к использованию материала, состоящего из натуральных, синтетических или смешанных волокон на основе целлюлозы, соединенных физически и химически водородными связями, и обычно называемого бумагой, в его различных формах и составах, таких как: термочувствительная бумага или щелочная бумага, или крафт-бумага, или тонкая типографская бумага, или картон, или мелованная бумага, или бумажные полотенца, или туалетная бумага, или газетная бумага, или фотобумага, или бумага для ксерокса, или бумага для офсетной печати, или строительная бумага, или растительная бумага, или целлофановая бумага, в дальнейшем для простоты называемых бумагой, в качестве одновременно несущего основания электронных или оптоэлектронных устройств и диэлектрического элемента в составе этих устройств.

Настоящее изобретение основано на использовании бумаги, имеющей различную толщину (от 1 микрометра до 4000 микрометров) и обработанную поверхность, в качестве диэлектрического материала и несущего основания активных электронных устройств, таких как полевые транзисторы, при этом на одну сторону бумаги нанесен металлический электрод для инжекции электрических зарядов, а на другую сторону нанесен органический или неорганический, ионный или ковалентный полупроводниковый материал для использования в качестве канала диодной структуры устройства (1). Помимо активного полупроводника, эта поверхность полупроводника может содержать две другие области, являющиеся типичными для изготовления и построения полевого транзистора, а именно области (5) стока и истока.

Согласно настоящему изобретению две стороны бумаги используются в качестве основания для дополнительных компонентов при изготовлении электронного или оптоэлектронного устройства, выполняя тем самым интеграцию компонентов, а именно обеспечивая процесс инжекции зарядов в полупроводник, одновременно с этим выполняя функцию несущего основания для интегрируемых устройства или устройств, результатом чего является образование согласованной системы, в которой бумага становится электронно-активируемым динамическим элементом. При осуществлении способов нанесения любых материалов на бумагу, обеспечивающих возможность ее использования в качестве материала одновременно диэлектрика и основания (в дальнейшем называемого электронными устройствами с интерслойной КМОП (CMOS) структурой), необходимо, чтобы эти пленки изготавливались при низких температурах, в частности при температурах ниже 150°C, или чтобы указанная температура не была превышена при их отжиге.

Интерслойные КМОП (CMOS) структуры, то есть такие структуры, в которых диэлектрик является одновременно и подложкой и диэлектриком, применимы в электронике и оптоэлектронике, в частности при производстве полевых комплементарных устройств, логических элементов, кольцевых генераторов, а также тонкопленочных транзисторов, не нуждающихся в подложке для обеспечения несущей основы, и при изготовлении защитного слоя или окончательном корпусировании которых возможно использование такого материала, как фторид магния, с дальнейшим применением в электронной промышленности, полупроводниковой промышленности, производстве плоских индикаторных панелей и других схожих отраслях промышленности, а также в производстве логических схем, в производстве измерительных приборов и датчиков, в медицинской и биотехнологической промышленности, в изготовлении оптоэлектронных и фоточувствительных элементов, в области микро- и наноэлектроники.

В настоящем изобретении диэлектрик представляет собой бумагу, являющуюся одновременно основанием единичных и интегрированных устройств, при этом активные полупроводники могут быть органическими (например, N,N'-дифенил-N, N-бис [3-метилфенил]-1,1'бифенил-4, 4'диамин; трис(8-гидроксихинолинат), или неорганическими, с ковалентной структурой, такой как кремниевая или ионная структура, например, как полупроводниковые оксиды, изготавливаемые с применением способов, включающих различные, как реактивные, так и нереактивные, способы нанесения покрытий, такие как физическое нанесение, химическое нанесение и физико-химическое нанесение тонких пленок атомного масштаба, осуществляемые при температурах, близких к комнатной температуре, а именно:

катодное напыление при постоянном токе или токе высокой частоты;

термическое резистивное или электроннолучевое напыление в вакууме;

химическое осаждение из паровой фазы как с использованием, так и без использования плазмы высокой частоты или сверхвысокой частоты;

нагрев в вакууме;

выращивание атомарных слоев методом эпитаксии;

струйное нанесение;

нанесение химической эмульсии.

Перечисленные способы обеспечивают возможность управляемого выращивания пленок толщиной от 1 нм до 50 мкм из органических и неорганических веществ, причем без повреждения бумаги или нарушения электронных характеристик нанесенного вещества.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение описывает способ изготовления активного полупроводникового электронного или оптоэлектронного устройства с полевым эффектом, в состав которого входит тонкая пленка на основе натуральных, синтетических или смешанных волокон, являющаяся для указанного устройства одновременно основанием и диэлектриком, чем обеспечивается самостоятельность указанного устройства.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления тонкая пленка содержит целлюлозный материал или бумагу биоорганического происхождения.

Другой предпочтительный вариант осуществления дополнительно содержит получение по меньшей мере одного компонента органического или неорганического происхождения, обладающего электрическими свойствами металла (3, 5), полупроводника (1), диэлектрика (6) или модифицирующего слоя (4), в виде однокомпонентных структур или составных структур, состоящих из двух или множества слоев, для образования активных устройств, в частности переходов диодов или транзисторов, или, в частности устройств с двумя, тремя или четырьмя гибридными выводами.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления на указанных целлюлозном материале или бумаге биоорганического происхождения до нанесения любого другого компонента готового устройства выполняют пассивацию или модификацию или модифицирующий слой (4).

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления указанный пассивирующий или модифицирующий слой (4) содержит диэлектрический материал с высоким удельным электрическим сопротивлением, толщиной, в частности до 2000 нм.

В другом предпочтительном варианте осуществления указанные компоненты получают при температурах, близких к комнатной температуре, при этом при необходимости возможен отжиг указанных компонентов при температурах до 150°C.

Кроме того, другим предпочтительном вариантом осуществления предусмотрено нанесение компонентов по меньшей мере одним из следующих способов: терморезистивным испарением и с использованием электронно-лучевой пушки в вакууме, катодным напылением при постоянном токе или с использованием, или без использования магнетрона высокой частоты или сверхвысокой частоты, или химическим разложением пара с использованием или без использования высокой частоты или сверхвысокой частоты, струйной печатью, или способами с использованием химической эмульсии.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает нанесение тонких пленок по определенным чертежам, непосредственно напечатанным защитной смолой до или после процесса изготовления, с использованием масок или выполнением рисунка непосредственно на материале, нанесенном на бумагу.

Еще один предпочтительный вариант осуществления предусматривает нанесение по меньшей мере одного проводящего компонента (3, 5), содержащего органические или неорганические материалы, оксид металла или полупроводник с высокой проводимостью, толщиной до 10 мкм.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает нанесение по меньшей мере одного полупроводникового компонента (1), содержащего неорганический ковалентный материал или однокомпонентный, или композитный ионный материал, или органический материал, толщиной от 2 нм до 20 мкм.

Еще один предпочтительный вариант осуществления предусматривает корпусирование готового устройства диэлектриком (6) толщиной до 10 мкм.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает получение указанных целлюлозного материала или бумаги биоорганического происхождения из натуральных, синтетических или смешанных целлюлозных волокон, изготовленных посредством регенерации, растворения или смешанных способов с возможностью регулировки постоянной величины электроотрицательности ионов.

Кроме того, в настоящем изобретении описано активное полевое полупроводниковое электронное или оптоэлектронное устройство, содержащее натуральную, синтетическую или смешанную тонкую пленку, являющуюся для указанного устройства одновременно основанием и диэлектриком, чем обеспечивается самостоятельность указанного устройства.

В другом предпочтительном варианте осуществления тонкая пленка содержит целлюлозный материал или бумагу биоорганического происхождения.

Еще один предпочтительном варианте осуществления содержит по меньшей мере один компонент органического или неорганического происхождения, обладающий электрическими свойствами металла (3, 5), полупроводник (1), изолятор (6) или модификацию (4), в виде однокомпонентных структур, двухкомпонентных структур или многослойных структур для образования активных устройств, в частности переходов диодов или транзисторов, или, в частности, устройств с двумя, тремя или четырьмя гибридными выводами.

В другом предпочтительном варианте осуществления непосредственно на указанном целлюлозном материале или бумаге биоорганического происхождения имеется пассивирующий или модифицирующий слой (4).

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления пассивирующий или модифицирующий слой (4) содержит диэлектрический материал с высоким удельным электрическим сопротивлением, толщиной, в частности, до 20000 нм.

Кроме того, в другом предпочтительном варианте осуществления указанный по меньшей мере один проводящий компонент (3, 5) содержит органический или неорганический материал, или оксид металла или полупроводника с высокой проводимостью, толщиной до 10 мкм.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один полупроводниковый компонент (1) содержит неорганический ковалентный материал или простые или композитные ионные материалы, или органические материалы толщиной от 2 нм до 20 мкм.

В другом предпочтительном варианте осуществления готовое устройство корпусировано диэлектриком (6) толщиной до 10 мкм.

Еще один предпочтительный вариант осуществления содержит составные компоненты бумаги, выполняющей функцию диэлектрика; нанесенную на волокна область дискретного канала, содержащую органические или неорганические активные полупроводники, которые могут быть либо ковалентными либо ионными; области (5) стока и истока и область (3) затвора, образованные из проводящих оксидов или металлов в виде непрерывных структур или размещенные на отдельных взаимосвязанных токопроводящих участках.

Другой предпочтительный вариант осуществления содержит структуры типа металлический электрод (3) - бумажная пленка (2) - полупроводник (1), в которых бумага из целлюлозы или биоорганического происхождения выполняет функцию диэлектрика, у которого электрическая емкость на единицу площади зависит от характера распределения и взаимосвязи волокон в различных механически сжатых слоях, образующих бумагу, при этом в качестве материала, наносимого при изготовлении областей стока, истока (5) и затвора (3), возможно использование прозрачного или непрозрачного металла, а область канала (1) содержит полупроводник.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления устройство представляет собой полевой транзистор p-типа или n-типа, способность которого переключаться из выключенного состояния во включенное состояние, или усиливать электрические и электронные сигналы в значительной степени зависит от электрической емкости на единицу площади, обусловленной свойствами бумаги, предпочтительно способом соединения и распределения волокон указанной бумаги.

В другом предпочтительном варианте осуществления на полупроводниковый слой устройства нанесены два материала, называемые соответственно областью стока и областью (5) истока, которые обладают абсолютно равной высокой проводимостью и расположены друг от друга на расстоянии от 1 нм до 1000 мкм, таким образом, чтобы обеспечить эффективную интеграцию диэлектрика бумаги посредством его составных частей.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления области (5) стока и истока выполнены из органического или неорганического ковалентного или ионного полупроводника с проводимостями по меньшей мере на три порядка величины выше, чем у нанесенного на бумагу полупроводникового материала, на который нанесены указанные полупроводники, который в дальнейшем называется областью (1) канала и имеет толщину от 2 нм до 20 мкм, не превышающую порядок величины толщины волокон, образующих бумагу, причем таким образом, что на примыкающих к области канала областях, обеспечена возможность изготовления непрерывных или полунепрерывных покрытий, используемых в качестве стока и истока (5) полевых транзисторов p-типа или n-типа.

В другом предпочтительном варианте осуществления область канала (1) состоит из органических или неорганических ионных или ковалентных полупроводников p-типа или n-типа в дискретном или непрерывном виде, толщиной от 2 нм до 20 мкм, не превышающей порядок величины толщины образующих органическую бумагу волокон, с проводимостями по меньшей мере на три порядка величины ниже, чем у материалов, используемых для образования областей (5) стока и истока.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения транзисторы p-типа или n-типа соединены таким образом, что их переход во включенное состояние выполняется без подачи какого-либо сигнала или напряжения затвора, как для ключевого режима, так и для режима усиления электронных сигналов, в зависимости от количества зарядов, накопленных на единицу площади в образующих бумагу волокнах.

В другом предпочтительном варианте осуществления вместо активного полупроводника на бумаге использованы два комплементарных полупроводника (1, 7) p-типа и n-типа или наоборот, расположенные рядом друг с другом на расстоянии от 100 нм до 1000 мкм.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления два наносимых на бумагу полупроводника соединены тем же материалом, который используется в качестве соответственно стока и истока (5) каждого из них и выполняет функцию общего электрода.

В другом предпочтительном варианте осуществления указанный целлюлозный материал или бумага биоорганического происхождения содержит натуральные, синтетические или смешанные целлюлозные волокна, изготовленные посредством регенерации, растворения или смешанных способов с возможностью регулировки постоянной величины электроотрицательности ионов.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Что касается применения, нет сведений об использовании бумаги с интерслойными функциями для изготовления транзисторов, и известным является только ее применение в качестве основания или пассивного диэлектрика конденсаторов.

Настоящее изобретение представляет интерес с точки зрения принципиального пересмотра возможностей использования бумаги и восстановления ее репутации высокотехнологичного продукта, поскольку в дополнение к своим статическим функциям или функциям обычной подложки для других активных и динамических компонентов, предлагаемая в изобретении бумага используется одновременно в качестве и электронного компонента и основания, обеспечивая таким образом самостоятельность интегрированных ею устройств и систем.

Это усовершенствование позволяет получать материалы, изготавливать по выгодной стоимости гибкие самостоятельные электронные устройства одноразового использования, а также обеспечивает возможность изготовления также самостоятельных интегральных схем, расширяя таким образом области применения бумаги в дополнение к ее использованию при выполнении рисунков/записей в статической форме. Для осуществления этих задач принципиально важны разработка, изготовление и построение с использованием бумаги схем, аналогичных схемам, реализуемым в настоящее время на других подложках, в которых функциональность активных устройств в целом или частично зависит от использования бумаги в качестве диэлектрического материала, таким образом, чтобы обеспечить интеграцию обеих сторон бумаги в единую монолитную или гибридную интегральную схему.

Для осуществления этих задач необходимо комбинирование отдельных известных технологий с приспособлением их к заданным требованиям на трех уровнях: способ изготовления, функциональные возможности материала и устройства, интеграция.

В технологиях изготовления и построения электронных устройств поверхность бумаги перед нанесением покрытия подготавливают в управляемой атмосфере. При этом, в отличие от традиционных технологий нанесения покрытий, прохождение всего процесса нанесения покрытия осуществляется при почти комнатной температуре, без перегрева вследствие самого процесса нанесения покрытия, а также при соответствии наносимых материалов требованиям к прочности сцепления, механической упругости, химической стойкости, электронным и оптическим свойствам.

Чтобы удовлетворить указанные выше требования, для нанесения на поверхность бумаги, используемой в качестве основания и диэлектрика, применяются органические или неорганические металлические материалы, полупроводниковые материалы, а также другие комплементарные диэлектрические и пассивирующие материалы (4, 6).

Для изготовления металлических контактов (3, 5) и выпрямляющих переходов типа металл-диэлектрик-полупроводник применяются и обрабатываются согласно одному из вышеуказанных способов (3) такие металлы, как серебро, алюминий, медь, титан, золото, хром, платина или любой металлический сплав указанных компонентов, или же многослойное покрытие из указанных компонентов, при этом диэлектриком является сама бумага или самостоятельная тонкая пленка со сходными с бумагой функциями. Дополнительно возможно также предусмотреть нанесение любой тонкой неорганической пленки (оксидов вырожденного полупроводника, таких как оксид олова, оксид цинка и оксид индия, легированный оловом индий, легированный галлием оксид цинка, легированный алюминием оксид цинка, называемых в целом проводящими и прозрачными оксидами, с удельным сопротивлением ниже 10^-3 Ом·см), или органической пленки с проводящими свойствами металла.

В качестве активных полупроводников (1) n-типа или р-типа, возможно использование органических или неорганических ковалентных полупроводников или активных ионных полупроводников, соответствующих так называемому обрабатывающему элементу активных устройств с полевым эффектом, называемому также областью канала, при этом диэлектриком является бумага, выполняющая также функцию несущего основания устройства.

Что касается органических полупроводников, следует отметить следующие материалы: тетрацен, пентацен, фталоцианин меди, фталоцианин оксида титана и фталоцианин цинка, в частности, с проводимостями от 10^-13 Ом^-1·см^-1 до 10⁵ Ом^-1·см^-1.

В качестве ковалентных неорганических полупроводников возможно использование кремния в аморфном, нанокристаллическом или микро/поликристаллическом виде, а также легированного/нелегированного фосфором, мышьяком или бором, с проводимостями от 10^-14 Ом^-1·см^-1 до 10³ Ом^-1·см^-1.

В качестве ионных неорганических полупроводников наиболее подходящими материалами будут полупроводниковые простые оксиды или монооксиды, а также нанокомпозитные или многокомпонентные материалы, такие как оксид цинка, оксид олова, оксид индия, оксид титана, оксид меди, оксид алюминия, соединение типа делафоссит меди CuAlO₂, оксид никеля, оксид титана, оксид меди, оксид алюминия, соединение алюминия и оксида меди, оксид никеля, оксид рутения, оксид кадмия, оксид тантала, смеси оксидов индия и цинка, смеси оксидов индия, цинка и галлия, смеси оксидов цинка и олова, меди и алюминия, смеси оксидов серебра и меди, смеси оксидов титана, меди, цинка, олова и серебра, с любым процентным составом компонентов, с проводимостями от 10^-14 Ом^-1·см^-1 до 10⁴ Ом^-1·см^-1.

Что касается материалов с высоким удельным сопротивлением, используемых либо в качестве пассивирующих или модифицирующих материалов, либо в качестве второго диэлектрика при выращивании контактных поверхностей (4), их основу должны составлять композиты оксида и нитрида кремния толщиной от 2 нм до 10000 нм, таких как диоксид кремния или нитрид кремния, или органический материал, или любой другой однокомпонентный или многослойный материал, такой как оксид тантала, гафний, цирконий, оксид иттрия, алюминий, или композиты, такие как гафний/оксид тантала, алюминий/тантал, гафний/алюминий; диоксид кремния/пентаоксид тантала, тантал/иттрий; цирконий/тантал, пентаоксид тантала/диоксид кремния, алюминий/оксид титана или полиметилметакрилат ПММА (РММА), или поли(октадецил)метакрилат (РОМА), или майлар, с обработкой любого из указанных материалов при температурах от минус 20°C до плюс 150°C, с обеспечением не только высокой плотности и чрезвычайно плоских поверхностей, но также того, что структура указанных материалов приобретает аморфность, или становится наноструктурой, что позволяет, помимо обеспечения необходимой разности работы выхода с образующим канал материалом, получать желаемую электрическую изоляцию, при этом пространственная геометрия данного компонента устройства задается посредством обычной, стандартной литографской технологии, или с использованием шаблона, или обратной литографией. В этом случае, например, на диэлектрик наносят позитивную смолу для защиты не предназначенных для удаления участков материала, а оставшиеся участки удаляются в процессе сухого или влажного избирательного травления, по существу удаляющего незащищенный материал диэлектрика.

В дополнение к указанным материалам, имеющим возможность прямого контакта с бумагой, для образования активного устройства на указанные материалы возможно нанесение других материалов, например, материалов, образующих области (5) стока и истока в полевых транзисторах, например, высоколегированных материалов, если область канала является ковалентным полупроводником или металлами, или металлических сплавов, действующих одновременно с контактами толщиной до 10 мкм в случае, если активный полупроводник является ионным полупроводником или органическим полупроводником.

В отношении устройств изобретение предназначено:

- для разработки и производства диодов со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структура), в которой диэлектриком является лист бумаги, на поверхности одной из сторон которого имеется металл, а на поверхности другой стороны имеется активный полупроводник, нанесенный с использованием любого из вышеописанных способов;

- для разработки и производства полевых транзисторов n-типа и p-типа на основе тонких пленок (фиг.3-5), в которых диэлектриком является бумага, состоящая из натуральных, синтетических или смешанных целлюлозных волокон, соединенных в множество слоев при помощи смолы и клеящего вещества с регулируемыми электроотрицательностью и ионностью, с последующим механическим уплотнением, при этом активный полупроводник, образующий область канала, является неорганическим ионным полупроводником или неорганическим ковалентным полупроводником или органическим полупроводником (1), а области стока и истока выполнены соответственно на основе высокопроводящего оксида или металла, или ковалентного высоколегированного полупроводника n-типа или p-типа, с возможностью функционирования в качестве электронного ключа, а также в качестве проводящих информацию устройств/приемников и усилителей. Структура указанных устройств аналогична структурам, изображенным на фиг.3-5, в которых возможная длина канала (1) составляет от 1 нм до 1000 мкм, при этом канал может быть нанесен либо непосредственно на бумагу, либо на модифицирующий контактную поверхность слой, ранее нанесенный на бумагу, вместе с пленками, образующими области (5) истока и стока, при этом на другой стороне бумаги имеется затвор (3), нанесенный непосредственно на поверхность или с использованием модифицирующего слоя, состоящего из металла или оксида с высокой проводимостью. Эти устройства обладают подвижностью электронов, превышающей 0,5 см²/(В·с), соотношением проводимости между закрытым и открытым состоянием, превышающим 10⁴, и функционируют либо в режиме обогащения, либо в режиме обеднения, то есть им либо необходима энергия для перехода во включенное состояние, либо они уже находятся во включенном состоянии без приложения какой-либо энергии;

- для разработки и производства полевых транзисторов, изготавливаемых в описанных выше условиях, но в которых активный полупроводник или материалы, образующие затвор или области стока и истока, являются органическими материалами, такими, в частности, как тетрацен, пентацен, фталоцианин меди, фталоцианин оксида титана, фталоцианин цинка.

- для разработки и производства устройств КМОП (CMOS) или комплементарных устройств с затвором Шоттки (CMESFET) в которых диэлектрическим материалом является бумага, а встроенные в устройство комплементарные полупроводники n-типа и р-типа представляют собой неорганические ковалентные полупроводники, неорганические ионные полупроводники или органические полупроводники, или любую из их возможных гибридных комбинаций, как показано на фиг.6. То есть, для разработки и производства устройства на основе двух транзисторов p-типа и n-типа с общим затвором, в котором один из выводов (исток и сток или наоборот) является общим, а другие два вывода являются независимыми.

Задачей настоящего изобретения является создание новых возможностей применения бумаги на целлюлозной или биоорганической основе, когда бумага, перестав быть простым статическим основания, становится элементом самостоятельного принципа изготовления и построения электронных и оптоэлектронных компонентов и систем, названных интерслойными.

Из уровня техники не известны патентные документы, относящиеся к технологиям, использующим бумагу на целлюлозной или биоорганической основе, обладающую указанным набором функций. То есть, нет сведений о интерслойной структуре КМОП (CMOS) отличающейся тем, что она обеспечивает возможность производства и построения гибких самостоятельных одноразовых интегрированных устройств монолитного или гибридного типа, при этом также отличающейся тем, что компоненты устройства или системы выполнены на двух сторонах самой указанной структуры.

В результате поиска, проведенного в нескольких патентных базах данных, установлено отсутствие публикаций или заявок на патентную защиту, касающихся каких-либо способов, устройств и систем, относящихся к использованию бумаги, являющейся предметом настоящего изобретения.

Новаторским является сам принцип, на котором основано настоящее изобретение, и хотя варианты его осуществления реализуемы посредством известных способов, его новизна относится к области новых возможностей применения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ниже описывается уровень техники настоящего изобретения, а также приводятся ссылки на предшествующие настоящему изобретению патентные документы, которые могут быть с ним сопоставлены.

Что касается производства, проектирования или применения, отсутствуют сведения о какой-либо деятельности, которая была бы связана или соотносилась бы с предметом настоящего изобретения касательно его аспектов, относящихся к интегрированным способам, устройствам и системам.

В результате патентного поиска были выявлены приводимые ниже патентные документы и ссылки на уровень техники, в которых, однако, не рассматривается использование основания из целлюлозы.

1. Опубликованная в 2008 году национальная патентная заявка №103951 относится к использованию бумаги на основе целлюлозы или целлюлозной бумаги биоорганического происхождения в качестве несущего основания при производстве электронных устройств и систем, однако не имеет отношения к ее интеграции при изготовлении и в качестве подложки электронных устройств и систем. Таким образом, в национальном патентном документе №103951 бумага является простым несущим основанием электронных устройств, изготавливаемых любым традиционным способом с использованием ковалентного полупроводника или органических и неорганических ионных полупроводников, в том числе соответствующих металлических соединений. Единственное сходство между данным патентным документом и упомянутым выше состоит в аналогичности способов, используемых при обработке образующих устройства материалов. В национальном патентном документе №103951 в процессы функционирования устройств не интегрированы функциональные возможности бумаги, названные интерслойными и являющиеся уникальными и соответствующими новаторскому решению, позволяющему создавать совершенно новые транзисторные устройства, применяющие новые по сравнению с традиционными устройствами принципы работы. В данном патентном документе рассмотрены потенциальные возможности, связанные с образующими бумагу волокнами, и, в противоположность известным традиционным устройствам с полевым эффектом на основе непрерывных диэлектрических пленок, предложена конфигурация на основе дискретного диэлектрика, обеспечивающая увеличение на несколько порядков величины емкости на единицу площади бумаги, причем без изменения сравнительно низкого, от 1,5 до 12, значения относительной диэлектрической постоянной. Для достижения такого результата следует изготавливать активные полупроводники толщиной по меньшей мере на один-два порядка величины меньше толщины образующих бумагу волокон. По этому условию толщина используемого активного полупроводника должна быть всегда меньше 100 нм. Это условие не соблюдается в национальном патентном документе №103951, задачей которого является получение как можно более гладкой и однородной поверхности, поскольку бумага в нем используется просто в качестве несущего основания, на которое нанесены одиночные устройства или интегральные электронные схемы.

2. Патентный документ США №3617372, зарегистрированный в 1967 году, относится к электропроводящей бумаге для получения электростатических изображений, причем в объеме рабочей области бумаги выполняются действия, обеспечивающие содержание в ней полимерных цепей гидроксиэтиловой и гидроксипропиловой группы для придания бумаге свойств, позволяющих использовать ее для фиксации изображений и для бесконтактной печати. Указанный патентный документ не является действующим. Он относился к бумаге в объеме, включающем фиксацию изображений и запись изображений, что совершенно не связанно с использованием бумаги в качестве электронного компонента.

3. Патентный документ Японии № JP 2003123559 "Способ и устройство для изготовления прозрачной проводящей пленки, прозрачная проводящая пленка и электронная бумага" описывает изготовление при низких температурах прозрачных и проводящих пленок, известных как оксид индия и олова (ITO) (или оксид цинка ZnO), посредством химического парофазного осаждения (CVD-процесс) с применением плазмы и использованием газообразных форм йодида индия и хлорида олова (нитрат цинка (Zn(NO₃)2.6H₂O)) в кислородной атмосфере, с использованием или без использования инертного газа, например, аргона, наносимых на мембраны из полимера политиофена или другого материала на органической основе, для использования в так называемой электронной бумаге (е-бумага). Таким образом обеспечивается возможность перезаписи буквенно-цифровых символов или изображений на гибкой пленке на основе прозрачного проводящего оксида, нанесенного на органическую подложку. В этом случае, прозрачный проводящий оксид используется, например, в качестве электрода для приложения электрических полей, управляющих оттенками изображения, получаемого, например, в результате ориентации жидких кристаллов. Указанный патентный документ относится к способу получения пленок, системы на их основе, а также к физико-механическим характеристикам пленок, получаемых таким путем, например, адгезией. То есть, задачей указанного изобретения является обеспечение возможности изготовления органических подложек из проводящих оксидов для обычного использования в качестве электродов, при этом вышеуказанный патентный документ не содержит сведений об использовании бумаги на основе целлюлозы в качестве одновременно электронного компонента и основания устройства, которое он объединяет в одно целое.

4. В патентном документе США № US 2006/0132894 раскрыто нанесение прозрачных проводящих оксидов на поверхности обеих сторон электронной бумаги, для применения в основном в целях, аналогичных описанным в документе JP 2003123559. Иными словами, в указанном документе речь идет об использовании технологий, применяемых в дисплеях, а именно в жидких кристаллах современных гибких дисплеев, изготавливаемых на основе органических материалов. Таким образом, формула указанного патентного документа относится к оборудованию, использующемуся как для обработки, так и для удержания изображения на органических гибких подложках, выполненных с возможностью управления непроводящими частицами, размещенными непосредственно внутри самой бумаги или под полученными оксидами, с возможностью изменения степени их пропускания посредством приложения электрического поля. Эта задача не входит в объем настоящего изобретения.

5. Патентный документ Канады № CA 682814 "Электропроводящая бумага и способ ее изготовления" относится к промышленному изготовлению проводящей бумаги, в частности, включению в ее объем проводящих волокон, имеющих или не имеющих металлическое покрытие и распределенных случайным образом в связующей целлюлозной массе. Это не входит в объем раскрываемого здесь изобретения, поскольку оно не содержит манипуляций со структурой бумаги.

6. Патентный документ Канады № CA 767053 "Электропроводящая бумага" относится к нанесению на целлюлозную бумагу проводящей оболочки, покрытой изолирующим фотопроводящим материалом, связанному с добавлением цеолитов, обеспечивающему удельное электрическое сопротивление менее 10¹² Ом·см, для образования и сохранения электростатических зарядов при распечатывании информации. Это не входит в объем раскрываемого изобретения, согласно которому бумага предназначена для использования одновременно в качестве диэлектрика активных устройств и основания для различных компонентов, образующих устройство, выполняемое на обеих сторонах бумаги.

7. Патентный документ Канады № CA 898082 "Полимерные четвертичные производные 4-винилпиридина в электропроводящей бумаге" относится к использованию четвертичных полимеров с возможностью нанесения на них фотопроводящих покрытий, позволяющих изготавливать бумагу для применения в электростатических копировальных аппаратах. Это не входит в объем настоящего изобретения.

8. Патентный документ Канады № CA 922140 "Электропроводящая бумага" относится к электропроводящей бумаге, по меньшей мере на 75% состоящей из полимеров и предназначенной для использования в технологиях воспроизведения изображений. Указанный патентный документ защищает все составы, содержащие структуры радикалов приведенного ниже типа:

Это не входит в объем настоящего изобретения.

На основе вышеописанного можно сделать вывод об отсутствии публикаций или патентных заявок, относящихся к устройству и способу, раскрытых в настоящем изобретении.

Указанные патентные документы и ссылки соответствуют уровню техники, к которой может иметь отношение и настоящее изобретение, при этом имеются некоторые отдаленные точки соприкосновения в отношении способа и материалов, используемых в качестве проводников на пластифицированных поверхностях, а также способов, осуществляемых в некоторых случаях при комнатной температуре. Тем не менее, отсутствуют сведения о существовании работ, патентов или патентных заявок, в которых бы предлагалось использование бумаги на целлюлозной основе одновременно в качестве компонента активных устройств с эффектом памяти и в качестве несущей основы таких устройств, их производных или соединений.

Задача настоящего изобретения состоит в создании нового электронного устройства, в котором бумага является выполняющим функцию основания активным компонентом, называемого интерслойным и изготавливаемого с использованием различных способов, обеспечивающих получение устройств и электронных систем, имеющих в своем составе натуральную, синтетическую или смешанную бумагу на целлюлозной или биоорганической основе, или смешанные соединения, производные от указанных видов бумаги, определяющие окончательные функциональные возможности указанных устройств и систем. На настоящий момент не имеется сведений о попытках лабораторного или промышленного изготовления указанных устройств. Эти устройства, являющиеся основным предметом настоящего изобретения, будут обладать гибридным характером, но оставаться при этом монолитными с точки зрения интеграции электронных компонентов, обеспечивающей получение новых свойств и добавляющей такие возможности применения настоящего изобретения, которые не могут быть осуществлены на основе известного уровня техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематично показана базовая структура некорпусированного диода, образованного металлом, диэлектриком и полупроводником, называемого МДП-диодом, электрические контакты которого выполнены из металлических материалов или сплавов, и компоненты которого обозначены следующими номерами позиций:

1 - активный органический полупроводник или ковалентный неорганический или ионный неорганический полупроводник n-типа или p-типа;

2 - бумага из целлюлозы или биоорганического происхождения, используемая одновременно в качестве диэлектрика и несущего основания (подложки) электронных компонентов;

3 - электрод затвора, используемый для установки электрического контакта с устройством, образованный металлом или металлическим сплавом, или выполненный последовательным нанесением нескольких слоев двух металлов или оксида полупроводника с очень высокой проводимостью, или органического материала с очень высокой проводимостью.

На фиг.2 схематично показана базовая структура некорпусированного диода, образованного металлом, диэлектриком и полупроводником, называемого МДП-диодом, электрические металлические контакты которого выполнены из проводящего оксида высокой проводимости и в котором на одной или обеих сторонах листа бумаги перед нанесением материалов, образующих металлический или полупроводниковый компонент, выполнен модифицирующий слой, обозначенный как:

4 - пассивирующий или модифицирующий контактные поверхности слой, расположенный на одной или обеих контактных поверхностях бумаги.

На фиг.3 схематично показан полевой транзистор n-типа или p-типа, в котором имеется два модифицирующих слоя, расположенных между нанесенными материалами и обеими поверхностями бумаги, используемой в качестве диэлектрика, и в котором области истока и стока нанесены на активный полупроводник, согласно следующим номерам позиций:

1 - активный полупроводник n-типа или p-типа, выполняющий функцию области канала полевого транзистора;

2 - бумага, выполняющая функцию диэлектрика полевого транзистора;

3 - электрод затвора (металл или оксид высокой проводимости, или органический полупроводник высокой проводимости);

4 - диэлектрический модифицирующий слой (4) канала и/или подзатворный диэлектрик;

5 - области истока и стока полевого транзистора, содержащие сильнолегированный или органический полупроводник с высокой проводимостью, такой как P-dot, если область канала имеет основу из ковалентного полупроводника, или металл или P-dot, или однокомпонентный полупроводниковый оксид, или композиционный материал или многокомпозиционный материал с высокой проводимостью, если область канала представляет собой ионный оксид или органический полупроводник.

6 - оболочка корпуса, пассивация поверхности.

На фиг.4 схематично показан некорпусированный полевой транзистор n-типа или p-типа, в котором модифицирующий слой размещен между нанесенными материалами на стороне поверхности бумаги, используемой в качестве диэлектрика, содержащей активный полупроводник, по меньшей мере частично перекрывающий области истока и стока, согласно указанным номерам позиций.

На фиг.5 схематично показан некорпусированный полевой транзистор n-типа или p-типа, в котором модифицирующий слой размещен между нанесенными материалами на стороне поверхности бумаги, используемой в качестве диэлектрика, содержащей активный полупроводник, по меньшей мере частично перекрывающий области истока и стока, согласно указанным номерам позиций.

На фиг.6 схематично показан некорпусированный полевой транзистор n-типа или p-типа без модифицирующего слоя между нанесенными материалами и указанными двумя поверхностями бумаги, используемой в качестве диэлектрика, в котором активный полупроводник по меньшей мере частично перекрывает работающие в режиме обогащения или в режиме обеднения области истока и стока, согласно указанным номерам позиций.

На фиг.7 схематично показано некорпусированное полевое КМОП (CMOS) устройство без модифицирующего слоя между нанесенным материалом и указанными двумя поверхностями бумаги, используемой в качестве диэлектрика, в котором активные полупроводники n-типа или p-типа, или наоборот, по меньшей мере частично перекрывают области стока и истока, согласно указанным номерам позиций, причем:

7 - область канала, тип проводимости полупроводника которого является комплементарным каналу полупроводника с фиг.1, то есть если он является полупроводником n-типа, то дополняющий компонент будет p-типа, и наоборот.

На фиг.8 схематично показано некорпусированное полевое КМОП (CMOS) устройство, в котором два модифицирующих слоя размещены между нанесенным материалом и указанными двумя поверхностями бумаги, используемой в качестве диэлектрика, и в котором активные полупроводники n-типа или p-типа, или наоборот, расположенные друг от друга на расстоянии от 100 нм до 1000 мкм, по меньшей мере частично перекрывают области стока и истока, согласно указанным номерам позиций.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к использованию бумаги на основе целлюлозы или целлюлозных композитов различного веса и состава, или биоорганического происхождения, выполняющей одновременно функции диэлектрика и несущего основания, что позволяет создавать отдельные или интегрированные электронные и оптоэлектронные устройства, а также обеспечивает совместимость способов нанесения покрытий с изготовлением указанных новых устройств, причем выбор указанных процессов и управление ими осуществляются таким образом, чтобы не происходило повреждения интерслойной бумаги. Для решения данной задачи все способы изготовления осуществляют при температурах ниже 150°C, особенно те способы, которые выполняются на поверхности бумаги.

Настоящее изобретение может быть реализовано в различных конфигурациях, в зависимости от конкретного предполагаемого применения. Изобретение позволяет использовать бумагу одновременно в качестве подложки и диэлектрика в различных типах электронных схем, обеспечивающих возможность создания новых электронных устройств с функциональными возможностями, отличающимися от функциональных возможностей традиционных электронных устройств, а именно, электронных устройств с полевым эффектом.

Таким образом, настоящее изобретение относится к созданию нового устройства, обладающего рядом инновационных отличительных особенностей новых электронных устройств, которые при использовании новых инновационных способов обеспечивают возможность осуществления новых устройств и систем, использующих бумагу в ее двойной функции несущего основания и компонента активных устройств или интегральных схем на их основе, причем с исключительно высокой емкостью на единицу площади диэлектрической бумаги, благодаря образующим указанную бумагу волокнам.

А) ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИОДНОГО ПЕРЕХОДА

На фиг.1 и 2 изображен диод, имеющий структуру типа металл-диэлектрик-полупроводник, называемую МДП-структурой. В то время, как в варианте с фиг.1 отсутствует слой, модифицирующий материал контактных поверхностей и наносимый на две поверхности бумаги, указанный слой имеется во втором примере, при этом металлический электрод выполнен на основе оксида вырожденного полупроводника. Все варианты предусматривают возможность того, что активный полупроводник является органическим или неорганическим ковалентным или ионным полупроводником, известным из уровня техники. Изготовление любого из образующих устройство компонентов осуществимо известными физическими, химическими или физико-химическими способами нанесения покрытий, например, описанными ниже способами.

Принцип работы устройства основан на так называемом полевом эффекте, согласно которому накопленный в полупроводнике заряд зависит от электрического поля, приложенного к металлическому электроду, называемому электродом затвора, при этом ток, протекающий в полупроводнике, зависит от емкости на единицу площади бумаги, обусловленной тем, как распределены и соединены между собой волокна.

B) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ПЕРЕХОДА

На первом этапе, независимо от типа и веса используемой бумаги, необходимо подготовить и обработать поверхность с учетом ее текстуры и последующего изготовления сплошных пленок. С этой целью:

a) либо в течение 10 минут обе поверхности бумаги обрабатывают с использованием УФ-излучения;

b) либо подвергают обе поверхности бумаги вакуумной обработке, при которой перед нанесением покрытия поверхность обрабатывают с помощью электрического разряда постоянного тока или высокой частоты в атмосфере аргона, азота или ксенона, при давлениях от 1 до 10^-2 Па, в течение 5 минут с использованием плотности мощности от 0,1 до 3 Вт/см²;

c) либо наносят пассивирующую пленку, которая может быть керамической, оксидированной, нитридной или фторидной, толщиной от 2 до 200 нм;

d) либо очищают поверхность струей азота/водорода для удаления свободных наночастиц и активации поверхности (с использованием водорода в азотной смеси).

По завершении подготовки подготовленную поверхность переносят в производственную среду, в которой, в зависимости от поставленной задачи, осуществляют различные этапы изготовления:

i) Металлический электрод (3) с фиг.1 и 2, изготавливают нанесением неорганического металлического или проводящего оксидного материала или органического материала, такого как P-dot, посредством любого из перечисленных ниже способов:

I) терморезистивным испарением или электроннолучевым испарением, осуществляемыми в вакууме при давлениях ниже 10^-3 Па с использованием систем, обеспечивающих регулировку температуры подложки путем охлаждения. Минимальная толщина для использования равна 10 нм. Осуществление и выполнение этого способа возможно в непрерывном режиме («с катушки на катушку»);

II) катодным напылением с использованием магнетрона (на постоянном токе или ВЧ) в атмосфере аргона, с регулируемой (охлаждением) температурой подложки, при вакуумном давлении от 1 Па до 10^-1 Па, причем с возможностью варьирования расстояния мишень-подложка в пределах от 5 см до 15 см, в зависимости от размеров мишени и листа бумаги для нанесения покрытия;

III) струйной печатью с использованием химического раствора, содержащего органические или неорганические компоненты, при минимальной толщине нанесенного материала 10 нм;

IV) скоростным нанесением химической эмульсии химического раствора с содержанием элементов, предназначенных для нанесения, толщиной до 400 нм.

ii) Органический или неорганический ионный или ковалентный активный полупроводник (1) с фиг.1 и 2 изготавливают посредством одного из следующих способов:

V) катодным напылением (на постоянном токе или ВЧ) при помощи магнетрона с использованием реактивных газовых сред и металлических мишеней, или реактивных или нереактивных газовых сред и керамических мишеней, с различными составами и степенью чистоты. При этом допустимо использовать давления вакуума от 1 Па до 10^-1 Па и парциальное давление кислорода от 10^-4 Па до 10^-2 Па; с расстоянием мишень-подложка от 5 см до 15 см, зависящим от размеров используемой мишени и размеров листа бумаги для нанесения покрытия. Толщина, предназначенная для использования, составляет от 10 до 5000 нм;

VI) вакуумным термическим испарением, резистивным или электронно-лучевым способом, с керамических/оксидных материалов, содержащих металлические элементы для нанесения покрытия, осуществляемое при давлениях вакуума ниже 10^-3 Па, после выполнения операций, описанных для этого способа выше. Толщина, предназначенная для использования, составляет порядка 10-20000 нм;

VII) химическим разложением пара с использованием плазмы высокой частоты или СВЧ. В этом случае наносимые элементы находятся в газообразной форме. Например, при нанесении кремния его используют в форме силана, который разлагают в ВЧ разряде при давлении в диапазоне 10-200 Па, плотности мощности 0,03-2 Вт/см², частоте между 13,56 МГц и 60 МГц. Эффективная толщина активного полупроводника составляет 20-8000 нм;

VIII) струйной печатью с использованием химического раствора, содержащего органические или неорганические компоненты, с минимальной толщиной нанесенного материала 20-5000 нм;

IX) скоростным распылением химического раствора, содержащего предназначенные для нанесения элементы, обеспечивающее толщину нанесенного материала 20-20000 нм.

iii) Модифицирующий слой (4) с фиг.1 и 2 или оболочку (6) корпуса с фиг.1 и 2 получают посредством способа, описанного в пункте ii), с использованием материалов того же типа, но обладающих электрическим сопротивлением по меньшей мере на 3 порядка величины выше, чему у любого из активных полупроводников.

С) ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

В данном разделе описано изготовление корпусированных или некорпусированных полевых транзисторов n-типа или p-типа, изготавливаемых, как показано на фиг.3-6, с модифицирующим слоем на контактных поверхностях или без такового, и работающих в режиме обогащения или в режиме обеднения, в соответствии с которыми для перехода во включенное состояние или в режим усиления им требуется или не требуется подача напряжения на электрод затвора. Данное устройство выполняет функцию электронного ключа в информационных адресных или усилительных схемах, а также используется в качестве проводящей электрический сигнал схемы, в которой циркулирующий в полупроводнике ток зависит от обусловленной характером распределения волокон способности интерслойной бумаги накапливать электрические и ионные заряды на единицу площади. На фиг.3-6 схематически показаны полевые транзисторы с различными типами пассивации или модификации контактной поверхности.

При изготовлении области (1) канала с фиг.3-6 в качестве активного ковалентного полупроводника p-типа или n-типа используются главным образом материалы на основе легированных или нелегированных кремния или ионных оксидов, таких как легированный алюминием оксид цинка, легированный фторидом оксид олова, или оксид меди, или оксид кадмия, или оксид серебра, или композитные сплавы индия и молибдена, или композитные сплавы индия и олова, или композитные сплавы индия и цинка, или композитные сплавы цинка и галлия, композитные сплавы цинка, галлия и индия, композитные сплавы цинка, серебра и индия, или композитные сплавы индия, цинка и циркония, или композитные сплавы индия, цинка, и меди, или композитные сплавы индия, цинка и кадмия, или композитные сплавы индия, цинка и олова, композитные сплавы галлия, олова и цинка, или композитные сплавы индия, цинка и молибдена, или композитные сплавы гафния или титана, или алюминия, или тантала, или оксида в составах, в которых содержится от 0,1% до 99,9% этих компонентов, с удельным сопротивлением 10¹¹-10⁰ Ом·см, зависящим от состава и парциального давления кислорода, используемого в процессах изготовления. Используемые способы изготовления описаны в пункте ii раздела А). Эффективная толщина областей стока и истока составляет 2-20000 нм.

Для изготовления областей (5) стока с фиг.3-6 следует использовать те же полупроводники, что были указаны выше, но обладающие более низким удельным сопротивлением, от 10⁰ до 10^-6 Ом·см, и те же способы, что были указаны выше. Эффективная толщина областей каналов от 2 до 20000 нм.

Используемые оболочка корпуса, пассивирующий и модифицирующий слои аналогичны описанным в разделе А).

D) ИЗГОТОВЛЕНИЕ КМОП (CMOS)-УСТРОЙСТВА

В приводимом примере используются два полевых транзистора: работающий в режиме обогащения транзистор (1) n-типа с фиг.7 и 8, и работающий в качестве динамической нагрузки транзистор (7) p-типа, изготовленные по согласно вышеописанным способам, при этом возможное расстояние между активными областями указанных двух транзисторов составляет от 100 нм до 100 мкм, и на одной или обеих поверхностях бумажного листа, образованного волокнами, определяющими его емкость, возможно при необходимости наличие пассивирующего слоя, что соответствует изготовлению устройства называемого КМОП (CMOS)-устройством. В схеме такого типа указанные два транзистора никогда не находятся во включенном состоянии одновременно друг с другом, что позволяет использовать данное устройство при построении цифровых схем и построении логических схем.

Следует понимать, что конкретные реализации указанных устройств и полупроводниковых схем, а также вышеописанные примеры их использования являются лишь возможными вариантами осуществления, приведенными в основном для лучшего пояснения принципов настоящего изобретения. Приводимые выше варианты осуществления допускают изменения и модификации, не отступающие по существу от идеи и принципа настоящего изобретения. Все такие изменения и модификации должны считаться раскрытыми в данном описании, а также входящими в объем изобретения и защищенными формулой изобретения.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

К основным отраслям, в которых в настоящее время возможно применение устройств и интегральных схем, изготовленных согласно настоящему изобретению, относятся электронная промышленность, полупроводниковая промышленность, производство плоских экранов, производство логических схем, производство измерительного оборудования и датчиков, медицинская и биотехническая промышленность, производство оптоэлектроники, а также микро- и наноэлектроники. Устройства на основе настоящего изобретения предназначены для непосредственного применения в любой электронной технике на основе устройств с полевым эффектом, используемых в качестве коммутаторов или усилителей, в том числе, например, в схемах для ориентации информации (драйверы), дешифраторах адреса для плоских экранов, устройствах на логических схемах, а именно инвертирующих логических элементах, логических элементах типа И, ИЛИ (AND or OR), a также их комплементарных формах И-НЕ и ИЛИ-НЕ (NAND and NOR), кольцевых генераторах, при изготовлении гетеропереходов, а именно МДП-диодов и КМОП (CMOS)-устройств; в инструментальной промышленности; в медицинской и/или пищевой промышленности в качестве ключевого элемента для коммутации управляющих и сигнальных схем; в оборонной промышленности, в том числе, при создании прозрачных экранов с использованием стелс-технологий.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства или устройств, которые изготавливаются с использованием несложных и недорогих способов, и в которых бумага используется одновременно в качестве несущего и диэлектрического основания устройств, а также интегрированных систем, производство которых предполагает применение способов изготовления, согласующихся с низкотемпературным изготовлением тонких пленок на обеих сторонах целлюлозной бумаги или бумаги биоорганического происхождения.

При этом необходимые технологические способы изготовления согласуются со способами, уже применяемыми в электронной, или оптоэлектронной, или полупроводниковой промышленности, а именно со способами катодного напыления для больших площадей или термического испарения, или со способами золь-гель или струйной печати, соответственно не потребуется значительных инвестиций в исследования и разработку подходящего способа.

Технические преимущества, предоставляемые настоящим изобретением, обеспечивают возможность активного использования бумаги не только статичным, но и динамическим образом, то есть и в качестве подложки и в качестве компонента изготовленных из нее электронных устройств.

Хотя выше было дано подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что возможны различные вариации, замены и изменения, не выходящие за рамки настоящего изобретения, причем даже без наличия всех вышеуказанных преимуществ. Помимо представленных в данном документе иллюстрирующих изобретение вариантов осуществления, существует множество других вариантов реализации и осуществления изобретения, также включенных в объем настоящего изобретения. Кроме того, технологии, конструкции, элементы и способы, описанные и проиллюстрированные в возможных вариантах осуществления в качестве отдельных или независимых, могут быть совмещены или интегрированы с другими технологиями, конструкциями, элементами или способами, оставаясь при этом в рамках настоящего изобретения. Хотя для описания настоящего изобретения были приведены несколько вариантов осуществления, указанные варианты могут быть изменены в пределах объема осуществления настоящего изобретения. Другие примеры вариантов, замен и изменений будут очевидны для специалистов в данной области, и их следует считать не отступающими от сущности настоящего изобретения и входящими в объем настоящего изобретения.

1. Способ изготовления электронного или оптоэлектронного устройства с полевым эффектом, отличающийся тем, что натуральные, синтетические или смешанные диэлектрические волокна на основе целлюлозы соединяют физически и химически водородными связями в слои, после чего полученные слои соединяют путем механического сжатия с получением тонкой бумажной пленки (2), способной накапливать электрические и ионные заряды на единицу площади в зависимости от характера распределения волокон, их взаимосвязи и соединения в различных механически сжатых плоскостях, причем указанную бумажную пленку (2) используют в указанном устройстве одновременно в качестве несущего основания и диэлектрика.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна, слои или волокна и слои соединяют между собой посредством клеящего вещества, способного модифицировать электроотрицательность и ионность.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на бумажную пленку (2) наносят активные полупроводники толщиной в 10-100 раз меньше толщины указанных волокон.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на указанную бумажную пленку (2) наносят по меньшей мере один органический или неорганический материал, обладающий электрическими свойствами металла, для получения таких компонентов как электрод (3) затвора и области (5) стока и истока, и/или по меньшей мере один органический или неорганический материал, обладающий электрическими свойствами полупроводника, для получения таких компонентов как область (1) канала, диэлектрик (6) или модифицирующий слой (4), в виде однокомпонентных структур, составных двухслойных структур или многослойных структур, для образования активных устройств, содержащих диодные переходы, или транзисторы, или устройств с двумя, тремя или четырьмя гибридными выводами.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что непосредственно на указанную бумажную пленку (2) наносят пассивирующий или модифицирующий слой (4).

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что указанные материалы наносят посредством любого известного традиционного или нетрадиционного химического или физического способа или сочетания этих способов, например напыления, или распыления, или способа с использованием химической эмульсии, при температурах, близких к комнатной температуре, с возможностью отжига указанных компонентов при температурах до 150°C.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что материал, обладающий электрическими свойствами полупроводника, содержит ковалентный неорганический материал, однокомпонентный ионный материал, многокомпонентный материал или органический материал толщиной от 2 нм до 20 мкм.

8. Электронное или оптоэлектронное устройство с полевым эффектом, выполненное в виде транзистора p-типа или n-типа и отличающееся тем, что оно содержит натуральные, синтетические или смешанные диэлектрические волокна на основе целлюлозы, соединенные физически и химически водородными связями в слои, соединенные в тонкую бумажную пленку (2), используемую в указанном устройстве одновременно в качестве несущего основания и диэлектрика, причем указанное устройство выполнено с возможностью нахождения во включенном состоянии без необходимости подачи напряжения электрического сигнала на электрод затвора, в ключевом режиме или в режиме усиления, в зависимости от сигнала заряда, накопленного на единицу площади в волокнах, образующих тонкую бумажную пленку (2).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что волокна, слои или волокна и слои соединены между собой с использованием клеящего вещества, способного модифицировать электроотрицательность и ионность.

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что на бумажную пленку (2) нанесены активные полупроводники толщиной в 10-100 раз меньше толщины указанных волокон.

11. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выполненный из материала органического или неорганического происхождения, обладающего по меньшей мере электрическими свойствами металла, и используемый в качестве электродов, полупроводниковый компонент, диэлектрик (6) или модифицирующий слой (4), в виде однокомпонентных структур, составных двухслойных структур или многослойных структур, для образования активных устройств, содержащих диоды, транзисторы, или устройств с двумя, тремя или четырьмя гибридными выводами, или с комплементарной структурой металл-окисел-полупроводник КМОП (CMOS).

12. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что непосредственно на указанной бумажной пленке имеется пассивирующий или модифицирующий слой (4).

13. Устройство по 11, отличающееся тем, что полупроводниковый компонент содержит ковалентный неорганический материал, однокомпонентный ионный материал, многокомпонентный ионный материал или органические материалы, имеющие толщину по меньшей мере от 2 нм до 20 мкм.