Активное полевое полупроводниковое электронное или оптоэлектронное устройство с энергонезависимой памятью и способ изготовления такого устройства

Активное полевое полупроводниковое электронное или оптоэлектронное устройство с энергонезависимой памятью и способ изготовления такого устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в основном к использованию натуральных целлюлозных волокон, синтетических волокон или их физических и химических смесей, объединенных водородными связями и с использованием смолы, обычно называемых бумагой различного вида и состава, в качестве одновременно несущего основания и составного элемента полевых транзисторов n-типа или р-типа с эффектом памяти, способных по меньшей мере в течение 20 часов сохранять электрические и ионные заряды, образующиеся под воздействием электрического поля, и удалять эту информацию при приложении электрического поля, равного по напряженности, но противоположного по знаку электрическому полю, использованному для записи информации. То есть, к использованию бумаги в качестве активного компонента запоминающих полевых транзисторов, в которых активная область дискретного канала (1) состоит из многокомпонентного оксида, например из легированного галлием и индием оксида цинка, легированного индием оксида цинка, легированного цинком оксида олова, легированного галлием и оловом оксида цинка, арсенида цинка и оксидов мышьяка, оксида серебра и оксида алюминия или легированного медью алюмината цинка, с содержанием указанных компонентов от 0,1% до 99,9%, при этом диэлектрик (2) состоит из массива бумаги на основе целлюлозных волокон, на который нанесен полупроводник, с возможностью чрезвычайного увеличения способности к удержанию ионных и электрических зарядов в ответ на воздействие в виде ступенчатого импульса напряжения и по существу полного разряда (удаления информации) сразу после приложения электрического напряжения, равного по величине, но противоположного по направлению напряжению, использованному для сохранения информации, в которых симметричные области истока и стока (5) состоят из металлического сплава титана с золотом или титана с алюминием, или хрома с алюминием, или серебра с алюминием, или из оксидного вырожденного полупроводника с высокой проводимостью, такого как легированный цинком оксид галлия, с пропорциями в составе от 0,1% до 99,9%, обеспечивающего возможность интеграции содержащих полупроводник волокон, при этом соответствующие контактные поверхности между слоями могут содержать модифицирующую их (4) пленку наноразмерной толщины, и в которых имеется непрерывный электрод (3) затвора, к которому прикладывается ступенчатое напряжение для сохранения или стирания электрических зарядов, и который выполнен из любых из образующих области стока или истока материалов, но расположен на другой стороне листа бумаги.

Настоящее изобретение основывается на том, что бумага на основе целлюлозы, состоящая из целлюлозных волокон, соединенных химическим образом водородными связями или посредством сжатия, с различной толщиной (от 1 мкм до 8000 мкм), используется в устройствах в качестве одновременно несущего основания и интегрального составного элемента, способного обеспечить необходимую электрическую изоляцию между металлом и дискретно нанесенным на волокна активным полупроводником, так что в отсутствие приложения электрического поля электрические заряды не перемещаются через волокна, а наоборот, накапливаются на двух его контактных поверхностях, физически соприкасающихся с электродом (3) затвора и областью (3) канала, состоящей из многокомпонентного активного оксидного полупроводника, дискретно нанесенного на волокна, с обеспечением возможности удерживать указанные заряды в течение одного или нескольких сот часов после снятия инициирующего воздействия, в зависимости от количества имеющихся волокон, их распределения, степени уплотнения, а также вида покрытия на указанных поверхностях, выполненного либо непосредственно из материалов, образующих, соответственно, непрерывный электрод затвора или дискретную область канала, либо с использованием нанослоя модификации (4).

В настоящем изобретении при нанесении любых материалов на бумагу, состоящую из целлюлозных волокон, называемую далее просто бумагой, необходимо, чтобы способы изготовления этих пленок осуществлялись при низких температурах, в частности при температурах ниже 200°C, или без превышения указанной температуры при их отжиге.

Изготовленные таким образом запоминающие транзисторы могут быть использованы в области оптоэлектроники и электроники, в частности, при создании электронных схем и систем с временной энергонезависимой памятью, схем сдвиговых регистров с записью, логических схем, цифровых схем, в кольцевых генераторах для памяти устройств радиочастотной идентификации, в частности, с использованием того преимущества, что функцию несущего основания, причем гибкого и обеспечивающего возможность одноразового использования, выполняет сама бумага.

Устройства, создание которых является задачей настоящего изобретения, могут быть выполнены с защитным слоем или корпусированием, изготовленным, например, из фторида магния, при этом в качестве активных полупроводниковых компонентов области канала возможно использование органических полупроводников, таких как N,N′-дифенил-N,N-бис[3-метилфенил]-1,1′-бифенил-4,4′-диамин; трис(8-гидроксихинолинат).

В раскрываемом изобретении материалы, наносимые на бумагу для образования готового устройства, могут быть изготовлены с использованием способов физического, химического и физико-химического реактивного или нереактивного нанесения тонких пленок атомного масштаба, осуществляемых при температурах, близких к комнатной температуре, а именно, посредством следующих способов:

катодного напыления при постоянном токе или токе высокой частоты;

терморезистивного или электроннолучевого вакуумного испарения;

химического разложения газообразных веществ с использованием или без использования плазмы высокой частоты или сверхвысокой частоты;

резистивного нагрева в вакууме;

выращивания эпитаксиальных слоев;

струйной печати;

с использованием химической эмульсии.

Перечисленные способы позволяют выполнять управляемое выращивание пленок толщиной от 1 нм до 50 мкм из органических и неорганических материалов, причем без повреждения бумаги или нарушения электронных характеристик нанесенного материала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении описан способ изготовления электронного или оптоэлектронного устройства на основе полевого транзистора с активным оксидным полупроводником, обладающего энергонезависимой памятью и содержащего называемую бумагой (2) тонкую пленку на основе натуральных целлюлозных волокон, синтетических или смешанных волокон, выполняющую в указанном устройстве функцию диэлектрика.

В предпочтительном варианте осуществления указанная пленка (2) выполняет в устройстве также функцию подложки, обеспечивая таким образом самостоятельность указанного устройства.

Еще более предпочтительный вариант осуществления предусматривает присоединение к устройству по меньшей мере одного дополнительного компонента органического или неорганического происхождения с электрическими характеристиками металла (3, 5), полупроводника (1), изолятора (6) или пассивирующих пленок (4), посредством дискретного или непрерывного нанесения их на поверхность обеих сторон бумаги в виде однокомпонентных структур, композитных двухкомпонентных структур или многослойных структур.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления предусмотрено, что присоединение компонентов происходит при температурах, близких к комнатной температуре, с возможностью их отжига при температурах до 200°C.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления компоненты наносят по меньшей мере одним из следующих способов: терморезистивным или электроннолучевым вакуумным испарением; напылением при постоянном токе или токе высокой частоты, или сверхвысокой частоты, с использованием или без использования магнетрона; химическим разложением газообразных веществ с использованием или без использования высокой частоты или сверхвысокой частоты; струйной печатью; химическим нанесением эмульсии.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает возможность нанесения по меньшей мере одного проводящего компонента (3, 5), содержащего проводящие органические или неорганические материалы, такие как металл или оксидные полупроводники с высокой проводимостью, толщиной до 30 мкм.

Еще более предпочтительный вариант осуществления предусматривает нанесение по меньшей мере одного полупроводникового компонента (1), содержащего либо ковалентный неорганический материал, либо однокомпонентный или многокомпонентный неорганический ионный материал, либо органический материал толщиной от 1 нм до 50 мкм, предпочтительно кремниевые сплавы или многокомпонентные оксиды на основе цинка.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что для изготовления вырожденного полупроводника используют ионный оксид, обеспечивающий возможность соединения волокон с покрытием с активным оксидным полупроводником на выводах области канала, используемым в качестве областей (5) стока и истока, с выполнением предпочтительно на основе оксидных сплавов цинка и индия.

Еще один вариант осуществления предусматривает получение структур, имеющих основу металлический электрод (3) - бумага на основе волокон (2) - полупроводник (1), в которых бумага из натуральной или синтетической, или смешанной целлюлозы функционирует в качестве как диэлектрика, так и элемента, способного индуцировать и сохранять заряды в волокне, в активном полупроводнике или на контактной поверхности между полупроводником и бумагой.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что перед нанесением любого другого компонента готового устройства на бумаге из натуральной, синтетической или смешанной целлюлозы изготавливают пассивирующий или модифицирующий слой (4).

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления предусмотрена возможность выполнения пассивации или модификации на основе либо ковалентного диэлектрического материала, либо ионного диэлектрического материала, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление и толщину от 1 нм до 500 нм, что на два порядка величины меньше толщины образующих бумагу волокон.

Другой вариант осуществления предусматривает, в частности, корпусирование готового устройства диэлектриком (6) толщиной до 30 мкм.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления пленка (2) содержит натуральные целлюлозные волокна или синтетические волокна, изготовленные посредством регенерации, растворения или смешанных способов, или смесь синтетических и натуральных волокон, с обеспечением возможности спонтанной электрической поляризации, при которой диэлектрик, сходным с электретами образом, сохраняет квазипостоянные заряды независимо от наличия приложенного электрического поля.

В другом варианте осуществления целлюлозные волокна бумаги (2) помещают в смолу или ионное клеящее вещество с возможностью регулировки электроотрицательности, предпочтительно добавлением катионных частиц, например, алюминия.

В раскрываемом изобретении также описано электронное или оптоэлектронное устройство на основе активных полупроводниковых полевых транзисторов с энергонезависимой памятью, содержащее называемую бумагой (2) тонкую пленку на основе натуральных целлюлозных волокон, синтетических или смешанных волокон, выполняющую в указанном устройстве функцию диэлектрика.

Другой вариант осуществления раскрываемого изобретения предусматривает, что пленка (2) выполняет в устройстве также функцию подложки, обеспечивая таким образом самостоятельность указанного устройства.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления предусмотрено наличие по меньшей мере одного дополнительного компонента органического или неорганического происхождения с электрическими свойствами металла (3, 5), полупроводника (1), изолятора (6) и модифицирующего слоя (4) в виде единых или дискретных структур, двухкомпонентных композитов или многослойных структур, дискретно или непрерывно нанесенных на поверхность обеих сторон бумаги.

В другом варианте осуществления по меньшей мере один проводниковый компонент (3, 5) содержит органический или неорганический проводящий материал, металл или оксидный полупроводник с высокой проводимостью, толщиной до 30 мкм.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере один полупроводниковый компонент (1) содержит неорганический ковалентный материал или простой неорганический ионный материал, или неорганический ионный композитный материал, или органический материал толщиной от 1 нм до 30 мкм, предпочтительно оксиды или кремниевые сплавы или многокомпонентные оксиды на основе цинка.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает использование в качестве вырожденного полупроводника ионного оксида, обеспечивающего возможность соединения волокон с покрытием с активным оксидным полупроводником на выводах области канала, используемым в качестве областей (5) стока и истока, с выполнением предпочтительно на основе оксидных сплавов цинка и индия.

Еще один предпочтительный вариант осуществления содержит структуры типа металлический электрод (3) - состоящая из волокон (2) бумага - полупроводник (1), в которых бумага из натуральной, синтетической или смешанной целлюлозы функционирует одновременно в качестве диэлектрика и элемента, способного индуцировать и сохранять заряды в волокне, в активном полупроводнике или контактной поверхности полупроводник - бумага.

В другом предпочтительном варианте осуществления непосредственно на бумаге (2) имеется модифицирующий или пассивирующий слой (4), нанесенный до нанесения любого другого компонента готового устройства.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления пассивирующий или модифицирующий слой (4) нанесен в виде ковалентного или ионного диэлектрического материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, толщиной, в частности, до 500 нм, что более чем на два порядка величины меньше толщины образующих бумагу волокон.

В другом предпочтительном варианте осуществления готовое устройство корпусировано диэлектриком (6) толщиной до 30 мкм.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления устройства выполнены в виде транзистора n-типа или р-типа, способного при воздействии соответственно положительного или отрицательного ступенчатого напряжения, приложенного к электроду (3) затвора, сохранять электрические и ионные заряды вдоль образующих бумагу (2) волокон в зависимости от их электроотрицательности, а также удерживать накопленные заряды после снятия приложенного к электроду затвора напряжения, функционирующего таким образом по принципу работы транзисторов с так называемым плавающим затвором.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрена возможность полного удаления или стирания записанной вдоль волокон бумаги информации посредством приложения напряжения по меньшей мере той же величины, что и у напряжения, использованного для записи информации, но имеющего противоположный знак.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, в частности, выполнение устройства со способностью сохранять в одной и той же области различную информацию, записанную путем приложения ступенчатого напряжения различной амплитуды, причем с возможностью выборочного различения устройством указанной информации.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрена возможность непрерывного накапливания сохраняемой информации посредством приложения ступенчатого напряжения различной амплитуды к электроду (3) затвора, выполненного непрерывным или дискретным и расположенного на поверхности бумаги (2), противоположной поверхности, содержащей активный полупроводник (1).

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления предусмотрено неполное удаление сохраненной информации, если приложенное напряжение противоположного знака меньше по величине напряжения, использованного для записи информации.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что на полупроводниковом слое (1) устройств имеются два материала, нанесенные на каждой из сторон области канала, обладающие совершенно одинаковой высокой электронной проводимостью, расположенные друг от друга на расстоянии от 10 нм до 500 мкм, и представляющие собой соответственно область стока и область (5) истока, таким образом, что обеспечивается соединение волокон бумаги (2), содержащих активный полупроводник на оксидной или не оксидной основе.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления области истока и стока содержат расположенный между ними непрерывный органический или неорганический ионный полупроводник с проводимостями по меньшей мере на три порядка величины выше, чем у размещенного на волокнах бумаги активного полупроводникового материала, на который они нанесены, называемого областью (1) канала, с толщинами, зависящими от толщины волокон бумаги, содержащей образующий активную область канала активный полупроводник, и равными предпочтительно от 1 нм до 500 нм.

В другом предпочтительном варианте осуществления вместо нанесенного на волокна бумаги активного полупроводника имеется комплементарная пара из двух дискретных полупроводников (1, 7) р-типа и n-типа или наоборот, расположенных рядом друг с другом на расстоянии от 50 нм до 10 мкм, и образующих устройство, называемое в дальнейшем комплементарным.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления оба полупроводника (1, 7) соединены между собой относительно тем же материалом, что используется в качестве стока и истока, выполняет при этом функцию общего электрода и содержит два дополнительных вывода (5) со сходными электронными параметрами, нанесенные независимым образом на каждом из конечных участков областей канала, с обеспечением соединения между волокнами (2), содержащими соответствующие активные полупроводники (1, 7), называемые истоком или стоком, или наоборот.

Другой вариант осуществления дополнительно предусматривает, что указанные два транзистора, образующие комплементарное устройство, никогда не находятся во включенном состоянии одновременно.

Еще один вариант осуществления раскрываемого изобретения дополнительно предусматривает возможность стирания хранимой информации при приложении напряжения, равного по величине или амплитуде напряжению, использованному для сохранения информации на электроде (3) затвора, но имеющего противоположный знак.

В другом предпочтительном варианте осуществления указанная бумага (2) содержит натуральные или синтетические целлюлозные волокна, или смешанные волокна, изготовленные посредством регенерации, растворения, или смешанным способом, с возможностью спонтанной электрической поляризации, при которой диэлектрик, сходным с электретами образом, сохраняет квазипостоянные заряды независимо от наличия приложенного электрического поля.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления целлюлозные волокна бумаги (2) помещены в ионную смолу или клей с возможностью регулировки электроотрицательности, предпочтительно посредством добавления катионных частиц, например, алюминия.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Что касается применения, нет сведений об использовании бумаги, выполняющей одновременно функции несущего основания и электронного компонента активных устройств, а именно полевого транзистора с энергонезависимой памятью, и известно только ее применение либо в качестве основания, либо в качестве пассивного диэлектрика в электрических конденсаторах.

Настоящее изобретение позволяет использовать бумагу из натуральной, синтетической или смешанной целлюлозы не только для выполнения статических функций или функций обычной подложки для других активных и динамических компонентов, но и в качестве высокотехнологичного компонента, позволяющего изготавливать недорогие электронные устройства и, в конечном счете, одноразовые электронные устройства.

Изобретение расширяет область применения бумаги, в дополнение к ее использованию только при выполнении рисунков/записей.

Для осуществления этой задачи необходимо комбинировать отдельные способы изготовления таким образом, чтобы обеспечивать соответствие нанесенного материала требованиям к прочности сцепления, механической упругости, химической стойкости, электронным и оптическим свойствам, выполняя управление на трех уровнях: способы изготовления; функциональные возможности материала и устройства; их интеграция с волокнами, смолой и клеящим веществом, выполняющими функцию основы и образующими ключевой элемент памяти.

В процессе изготовления осуществляют подготовку бумаги для обеспечения заданного распределения волокон, помещенных в смолу или ионный клей, регулировку электроотрицательности которых выполняют предпочтительно добавлением катионных частиц, например, алюминия, а также степени ее уплотненности, определяющей значение ее диэлектрической постоянной и, соответственно, конечную емкость устройства, в состав которого, она будет интегрирована. Кроме того, в процессе изготовления бумаги необходимо управлять природой электростатических зарядов, сохраняемых вне зависимости от наличия приложенного электрического поля, обусловленной ионной природой используемых смолы и клеящего вещества, преобразующих полученную структуру таким образом, что с точки зрения удержания электростатического заряда она приобретает свойства, аналогичные свойствам электретов.

Кроме того, для подготовки к нанесению покрытий из материалов, необходимых для получения готового устройства, может потребоваться обработка поверхностей обеих сторон бумаги. Такая подготовка может представлять собой обычную обработку поверхности бумаги кислородной плазмой с последующим нанесением тонкого покрытия в виде наноразмерной диэлектрической пленки или без такового, в зависимости от степени уплотнения бумаги и требуемой способности к сохранению заряда.

Для обеспечения вышеуказанных функциональных возможностей наносимые на обе стороны бумаги материалы должны быть органическими или неорганическими материалами со свойствами металла, полупроводника и диэлектрика.

При изготовлении непрерывных или дискретных электрических контактов, называемых электродом затвора, или при изготовлении областей (5) стока и истока применяется один из вышеуказанных способов (3) с использованием таких металлов, как серебро, алюминий, медь, титан, золото, хром и платина, или любого металлического сплава вышеуказанных элементов, или покрытия из него в виде последовательных слоев, осуществляемых нанесением на дискретные или непрерывные активные полупроводники, используемые в качестве канального слоя, например, многокомпонентный оксидный полупроводник, пленки с удельным сопротивлением, приблизительно равным или меньшим 10^-4 Ом·см. Помимо металлов, для изготовления тех же элементов (3) или (5) возможно использовать любой вырожденный оксидный полупроводник, такой как оксид олова, оксид цинка и оксид индия, легированный оловом индий, легированный галлием оксид цинка, легированный алюминием оксид цинка, имеющий удельное сопротивление менее 10^-3 Ом·см или органический полупроводник с проводящими свойствами металла, такой как P-dot.

В качестве активных полупроводников n-типа или р-типа для изготовления дискретных или непрерывных областей канала (1) возможно использовать органические или неорганические ионные активные материалы. Среди органических полупроводниковых материалов следует особо отметить, в частности, следующие: тетрацен, пентацен, фталоцианин меди, фталоцианин с оксидом титана и фталоцианин цинка, обладающие удельным сопротивлением 10¹²-10^-4 Ом·см.

Если в качестве дискретного или непрерывного активного полупроводника в канальном слое устройства используются ионные неорганические полупроводники, то они должны быть выполнены преимущественно на основе нанокомпозитных оксидов или многокомпонентных оксидов, таких как оксид цинка, оксид олова, оксид индия, оксид титана, оксид меди, оксид алюминия, медь с оксидом алюминия, оксид никеля, оксид рутения, оксид кадмия, оксид тантала, многокомпонентные оксиды индия и цинка, многокомпонентные оксиды галлия, индия и цинка, многокомпонентные оксиды галлия, цинка и олова, многокомпонентные оксиды меди и алюминия, многокомпонентные оксиды серебра и меди, многокомпонентные оксиды титана, многокомпонентные оксиды индия и галлия, многокомпонентные оксиды олова и галлия, многокомпонентные оксиды меди, цинка, олова и серебра, с любым процентным соотношением составляющих элементов от 0,1% до 99,9%, удельным сопротивлением 10¹⁴-10^-4 Ом·см и толщиной до 500 нм.

В качестве материалов с очень высоким удельным сопротивлением для пассивации или модификации поверхностей контакта между наносимыми материалами и волокнами (4) используются в основном оксиды или композиты на основе нитридов толщиной от 1 нм до 1000 нм, такие как диоксид кремния или нитрид кремния, или фторид магния, или смеси гафния и окиси алюминия или диоксида кремния, или органический материал, или другой однокомпонентный или многослойный материал, такой как оксид тантала, оксид гафния, диоксид циркония, оксид иттрия, оксид алюминия, или оксидные композиты, например гафний/оксид тантала, алюминий/оксид тантала, гафний/оксид алюминия; диоксид кремния/пентаоксид тантала, иттрия и тантала; цирконий/пентаоксид тантала/диоксид кремния, алюминий/оксид титана или полиметилметакрилат (РММА), или поли(октадецил)метакрилат (РОМА), или майлар, при этом обработка любого из указанных материалов осуществляется при температурах от минус 20°C до плюс 200°C, с обеспечением не только чрезвычайно плотных и плоских поверхностей указанных материалов, но и того, что их структура приобретает аморфность, или свойства наноструктуры.

Выбор наиболее подходящего материала или материалов будет зависеть от заданного времени сохранения зарядов, а также от их способности обеспечивать необходимый рабочий коэффициент относительно образующего канал материала и, таким образом необходимую электрическую изоляцию, при этом пространственное расположение и геометрия указанного составного элемента устройства задается посредством стандартного литографского способа или с использованием маски, или способом, известным как обратная литография.

Изобретение предназначено для изготовления следующих устройств:

1) полупроводниковых структур типа металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-структур), таких как конденсаторы, способные сохранять электрические заряды в течение от одного часа до сотен часов, в которых материал изоляции/емкости, участвующий в процессе сохранения электрических зарядов и одновременно с этим являющийся основанием устройства, представляет собой лист бумаги, выполненный из отдельных волокон, и содержащий сходный с металлом электрод (3) затвора, размещенный на поверхности одной из сторон бумаги, при этом на другой стороне бумаги размещен активный органический или неорганический полупроводник, нанесенный с использованием любого из указанных выше способов ((1), (2), (3));

2) полевых транзисторов n-типа и р-типа с эффектом энергонезависимой памяти (фиг.3-5), в которых диэлектриком и запоминающей средой или накопителем зарядов является бумага, образованная из слоев волокон, распределенных по различным механически сжатым слоям и соединенных смолами и связывающими веществами (2); активным полупроводником, образующим область канала, является ионный неорганический полупроводник или органический полупроводник (1), дискретно осажденный на поверхность волокон, при этом области истока и стока выполнены, соответственно на основе оксида с высокой проводимостью или металла, или органического полупроводника (4) с высокой проводимостью, посредством которого осуществляется интеграция. Конфигурация таких устройств, показанная на фиг.2, предусматривает, что канал (1) нанесен либо непосредственно на образованную аккумулирующими волокнами (2) бумагу, либо на модифицирующий контактные поверхности слой, нанесенный перед этим на бумагу (4), вместе с пленками, образующими области (5) истока и стока, при этом на поверхности другой стороны бумаги (2) имеется непрерывный или дискретный электрод (3) затвора, нанесенный на указанную поверхность либо непосредственно, либо с использованием модифицирующего слоя, состоящего из металла или оксида с высокой проводимостью, или органического материала с высокой проводимостью, такого, в частности, как тетрацен, пентацен, фталоцианин меди, фталоцианин с оксидом титана и фталоцианин цинка. Эти устройства имеют значения подвижности носителей тока, превышающие 0,5 см²/(Вс), отношения уровня сигнала во включенном и выключенном состояниях, превышающие или равные 10⁴, значения времени сохранения заряда, превышающие один час, положительное пороговое рабочее напряжение для транзисторов n-типа и отрицательное для транзисторов р-типа, при этом они функционируют либо в режиме обогащения, либо в режиме обеднения и могут иметь или не иметь корпусирование (6). То есть, в случае если устройство не находится во включенном состоянии без наличия приложенного напряжения, то для перевода его во включенное состояние необходимо приложить напряжение. В этих устройствах запись информации (удержание электрических зарядов благодаря скоплению электронов или отрицательных ионов вблизи электрода затвора или вблизи области канала, в зависимости от того, обладает ли полупроводник канала проводимостью, соответственно, р-типа или n-типа, а также в зависимости от свойств используемой смолы) выполняется приложением напряжения, превышающего по абсолютной величине пороговое рабочее напряжение устройства, при этом количество накопленных зарядов пропорционально величине приложенного напряжения, непрерывно меняющейся от равной пороговому напряжению минимальной величины, до максимальной величины, соответствующей области стоко-затворной характеристики устройства, в которой наступает насыщение тока стока в области канала, и таким образом максимуму индуцированных и накопленных устройством зарядов (как электронных, так и ионных). Для удаления всей сохраненной информации (преобразованной в сохраненные электрические и ионные заряды) необходимо приложить напряжение, равное по величине, но противоположное по знаку напряжению, использованному для записи (сохранения зарядов) информации. Это позволяет в одном и том же пространстве посредством использования разных значений ступенчатого напряжения или приложенного к электроду затвора напряжения сохранять и записывать различную информацию, которая может быть выборочно различена устройством;

3) устройств типа КМОП (CMOS) или с комплементарных устройств с затвором Шоттки (CMESFET) с энергонезависимой памятью, в которых материал, используемый в качестве одновременно подложки и диэлектрика, и обеспечивающий возможность сохранять или индуцировать электрические и ионные заряды, представляет собой состоящую из дискретных волокон бумагу, при этом интегрированные в устройства комплементарные полупроводники n-типа и р-типа являются либо неорганическим ионным полупроводником, либо органическими полупроводниками, либо любыми возможными гибридными сочетаниями указанных материалов, нанесенными на образующие бумагу волокна, как показано на фиг.6. То есть, для изготовления устройства на основе двух полевых транзисторов, один из которых р-типа, а другой n-типа, с общим затвором, с одним общим (исток и сток или наоборот) и двумя независимым выводами, в котором при приложении положительного напряжения транзистор (1) n-типа переходит во включенное состояние и происходит запись информации, а транзистор (7) р-типа переходит в выключенное состояние и происходит удаление информации, причем при приложении отрицательного напряжения происходит обратное.

Задачей настоящего изобретения является создание нового принципа применения бумаги на основе целлюлозы и новых ионных неорганических полупроводников и органических полупроводников или называемой гибридной комбинации обоих полупроводников для использования в устройствах с энергонезависимой памятью, обладающих свойствами, неизвестными из уровня техники или существующих патентных документов. Иными словами, изобретение относится к структуре МДП-конденсаторов для применения в энергонезависимой памяти или в полевых транзисторах с эффектом энергонезависимой памяти, или в КМОП (CMOS)-устройствах с эффектом энергонезависимой памяти, в которых бумага является как основанием, так и обеспечивающим сохранение заряда активным элементом, а также к их сочетаниям с использованием неорганических полупроводников на основе многокомпонентных оксидов или органических полупроводников, или сочетаний обоих полупроводников.

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

Новаторским является принцип, на котором основано настоящее изобретение, и хотя варианты его осуществления реализуемы посредством известных способов, его новизна относится к области расширения 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 для одновременного выполнения функций подложки и электронного компонента с эффектом памяти.

1. Зарегистрированная в 2008 году национальная патентная заявка №103951 относится к использованию бумаги на основе целлюлозы или бумаги биоорганического происхождения в качестве несущего основания для производства электронных устройств и систем, однако не имеет отношения к ее интеграции при изготовлении и в качестве подложки электронных устройств и систем с эффектом памяти. 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 настоящим изобретением и упомянутым выше изобретением состоит в аналогичности способов обработки материалов, лежащих в основе изготовления устройств. С другой стороны, эффект памяти, заявленный в национальном патентном документе №103951, относится к наносимым на бумагу электрохромным материалам, сохраняющим свою степень окисления (окисления или восстановления) после устранения инициирующего электрического воздействия. Этот эффект имеет обратимый характер. Однако указанный эффект памяти не имеет отношения к настоящему изобретению, в котором эффект энергонезависимой памяти связан с собственными свойствами бумаги, а также с новым принципом построения электронных устройств на основе интеграции различных целлюлозных волокон, на которые нанесены активные полупроводники, и интеграция поверхности которых осуществляется посредством контактов с металлическими свойствами, обеспечивающих возможность соединения всех волокон, и соответствующих активных полупроводников на той же поверхности бумаги, при этом основой управления