DE2725955A1

DE2725955A1 - Mehrphasenfotoaktivierte schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2725955A1
Application number: DE19772725955
Authority: DE
Inventors: Philip O Sliva
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1976-06-08
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: GB1570460A; US4085321A; JPS52150646A

Description

PAT E N TAN W ALTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ D I PL.-I NG. W. E ITLE ■ D K. R E R. NAT. K. H OF FMAN N · D I PL. -I NG. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSlE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEUASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TE LE X 05-29619 (PATH E)

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Xerox Corporation, Rochester, N.Y. / USA

Mehrphasenfotoaktivierte Schaltvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen erhöhter Flexibilität in fotoaktivierten Schaltungen bezüglich ausgewählter Spannungen oder Felder zur Erzielung eines Ansprechens durch piezoeleketrische, elektro-optische, piezo- -optische, ferroelektrische oder elektrolumineszente feld- oder spannungsaktivierte Vorrichtungen.

Während perfekte nicht-mechanische Relais oder Schalter noch ausstehen, sind die Hauptcharakteristika derartiger Einrichtungen bereits bekannt. Zum Beispiel ist es wünschenswert, daß ein Festkörperschalter schnell sein soll und sehr empfindlich auf die schaltungsaktivierende Kraft jedweder Art anspricht, und daß eine Ladungsstreuung entlang des Schalters verringert wird oder eine minimale aktivierende Schwelle festgesetzt wird.

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Darüber hinaus ist es oft erforderlich und wünschenswert, nicht nur eine gesteuerte Spannungsänderung beizubehalten, sondern auch ein begrenztes Ansprechen auf eine maximale Intensität in Übereinstimmung mit der speziellen zu schaltenden Vorrichtung zu erreichen, während gleichzeitig fotoleitende Eigenschaften, wie z.B. Dunkelzerfall, optische Dichte, Spektralbereich, etc. konstant gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst an die oben genannten Parameter heranzukommen und eine licht- oder strahlungsaktivierte Festkörperschaltvorrichtung zu schaffen, in welcher variable Empfindlichkeitsschwellen erreicht werden, und in welcher geeignete Spannungen oder Felder für eine vollständige Ansprechwirkung in feld- oder spannungsaktivierten elektrischen Vorrichtungen realisiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Elektroden vorgesehen sind, von denen wenigstens eine im wesentlichen licht- oder strahlungsdurchlässig ist, daß die Elektroden außen und an entgegengesetzten Enden eines Feldstromkreises einerseits in bezug auf eine feld- oder spannungsaktivierte elektrische Vorrichtung und andererseits auf ein Schaltelement angeordnet sind, welches im wesentlichen aus wenigstens einem Elektronen- oder Lochstellentransportmaterial und wenigstens einem fotoleitenden Material besteht, daß das Transportmaterial und das fotoleitende Material funktionell unabhängig und eng zueinander angeordnet ist, daß das Schaltelement im Feldstromkreis in Reihe angeordnet ist und in unmittelbarer Nähe zur licht- oder strahlungsdurchlässigen Elektrode.

Mit der Erfindung können Spannungen oder Felder gesteuert werden, um eine Schaltreaktion in einer feld- oder spannungsaktivierten Vorrichtung unter Verwendung einer Ladungstransportschicht und eines fotoleitenden Materials als Primärkomponenten in einem fotoaktivierten Schaltelement zu erreichen, die in einem Feld

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■1"

seriell angeordnet sind, wobei die Ladungstransportschicht beträchtlich licht- oder strahlungsdurchlässig ist, das durch das fotoleitende Material absorbiert wird, und wobei das Ladungstransportmaterial und das fotoleitende Material in engem Ladungstransportkontakt stehen, jedoch funktionell unabhängig bezüglich der dielektrischen Eigenschaften bei Vorhandensein oder Fehlen der aktivierenden Beleuchtung oder Strahlung sind.

Zu diesem Zweck ist das Transportmaterial und das fotoleitende Material des Schaltelementes entweder in getrennten Kontaktierungsschichten innerhalb des Schaltelementes vorgesehen bzw. angeordnet, oder wird durch Verteilung des fotoleitenden Materials als diskrete Teilchen innerhalb des Transportmaterials erreicht. Letztere Anordnung schließt diskrete Kontaktierungspartikelchen ein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, und

Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungsformen der Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1.

Vorrichtungen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, sind schematisch in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, in welchen die Elemente 1, 1a bis 1b, 5 und 7 eine Elektrode oder einen elektrischen Kontakt, wie z.B. eine ladungsleitende Platte oder einen dünnen metallbeschichteten Unterbau, wie z.B. NESA-Glas oder ähnliches, darstellen. Die eine. Elektrode ist dabei im wesentlichen licht- oder strahlungsdurchlässig. Mit 2 und 2a bis 2b ist ein später noch näher angegebenes fotoleitendes Material bezeichnet, während 3 und 3a bis 3b ein Elektronen- oder Lochstellen- bzw. Defektelektronentransportmaterial darstellen, wie ebenfalls später

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näher erläutert werden wird. Mit 4, 4a bis 4b und 6 ist eine geeignete elektronische oder andere Vorrichtung gekennzeichnet, die durch das fotoaktivierte Schaltelement betätigt oder aktiviert werden soll, und enthält feld- oder spannungsaktivierte Vorrichtungen, wie z.B. piezoelektrische, elektro-optische, piezo-optische, ferroelektrische oder eine elektrolumineszente oder ähnliche Einrichtungen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine dünne metallische Schicht, die als eine ladungsleitende Schicht dient, während mit 8 ein Schaltelement gekennzeichnet ist, das eines oder mehrere fotoleitende Materialien und eine Transportschicht, wie oben und später angegeben^enthält.

Geeignete lichtdurchlässige Elektroden, Kontakte oder Platten als die obigen Elemente 1, 1a bis 1b, enthalten sehr dünne Überzüge bzw. Beläge aus Zinnoxid, Kupfer, Messing, Zink oder Aluminium, Nickel oder anderen geeigneten ladungsleitenden Metallen, die mit dem fotoleitenden Material oder dem Ladungstransportmaterial elektrisch oder chemisch kompatibel sind, mit dem sie in Kontakt sind.

Fotoleitende Materialien, die im Rahmen der Erfindung geeigneterweise verwendet werden, sind vorzugsweise, wenn auch nicht ausschließlich anorganische Materialien. Derartige Materialien umfassen beispielsweise eine homogene Schicht eines einzigen Materials,wie z.B. glasartiges Selen, Selenlegierung, oder bestehen aus einer zusammengesetzten Schicht mit einem Fotoleiter und Elektron- oder Lochstellentransportmaterial als Matrix. In beiden Formen umfaßt sind Selenlegierungen einschließlich Legierungen aus Selen mit Tellur, Germanium, Antimon, Wismut und Arsen und/oder einem oder mehreren Halogenen wie z.B. Brom, Chlor oder Jod. Derartige fotoleitende Materialien sind beispielsweise erreichbar, wenn Selen plus geringe Mengen von Arsen etc., und Halogen Hitze ausgesetzt werden.

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" V

Wo einzelne fotoleitende Teilchen verwendet werden, können sowohl anorganische kristalline als auch anorganische fotoleitende Glasmaterialien, wie z.B. Cadmiumsulfoselenid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid und deren Gemische umfaßt sein. Anorganische fotoleitende Glasmaterialien umfassen das vorstehend aufgeführte amorphe Selen, und Selenlegierungen, wie z.B. Selen-Tellur und Selen-Arsen und können auch in der kristallinen Form, wie z.B. trigonales Selen, verwendet werden.

Brauchbare fotoleitende organische Materialien umfassen Phthalocyanin-Pigmente, wie z.B. die X-Form des in der US-PS 3 357 beschriebenen metallfreien Phthalocyanins, Metall-Phthalocyanin, wie z.B. Kupferphthalocyanin, Chinacridone, die von DuPont unter der Handelsbezeichnung Monastral Rot, Monastral Violett und Monastral Rot Y geliefert werden; substituierte 2,4-Diamino- -triazine, wie in der US-PS 3 445 227 von Weinberger offenbart; Triphenodioxazine, wie in der US-PS 3 442 781 von Weinberger offenbart; mehrkernige aromatische Chinone, die von Allied Chemical Corp. unter der Handelsbezeichnung Indofast Double Scarlet, Indofast Violett Lake B, Indofast Brilliant Scarlet und Indofast Orange geliefert werden. Diese Materialien werden günstigsterweise, jedoch nicht ausschließlich, als eine homogene Schicht verwendet (Fig. 1). Die obige Zusammenstellung fotoleitender Materialien ist keineswegs nur auf diese begrenzt, sondern stellt lediglich geeignete Materialien dar.

Elektron- oder Lochstellentransportmaterial, das bei dem Schaltelement der Erfindung verwendet werden soll, kann zweckdienlicherweise jegliches geeignete transparente organische polymere oder nichtpolymere Material umfassen, das die Injektion fotoerregter Lochstellen (Elektronen) vom fotoleitenden Pigment unterstützen kann, und den Transport dieser Lochstellen (Elektronen) durch die aktive Matrix erlaubt, um eine Oberflächenladung selektiv zu entladen. Polymere mit dieser Eigenschaft enthalten, wie festgestellt wurde, sich wiederholende Einheiten eines mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffs, die auch Heteroatome, wie z.B.

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Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten können. Typische Polymere umfassen Poly-N-vinylcarbazol (PVK), Poly-1-vinylpyren (PVP), Poly-9-vinylanthracen, Polyacenaphthalin, Poly-9-(4- -pentenyl)-carbazol, Poly-9-(5-hexyl)-carbazol, Polymethylen- -pyren, Poly-1-(- pyrenyl)-butadien und N-substituierte polymere Acrylsäureamide des Pyrens. Ebenfalls geeignet sind die Derivate solcher Polymere, einschließlich der alkyl-, nitro-, amino-, halogen- und hydroxy-substituierten Polymere. Innerhalb des Umfangs derartiger Polymere liegen Poly-3-amino-carbazol, 1,3-Dibrom-poly-N-vinylcarbazol und 3,6-Dibrom-poly-N-vinylcarbazol. Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang Derivate der Formel:

-CH-CH₂-

worin X und Y Substituenten darstellen und N eine ganze Zahl ist. Ebenfalls umfaßt sind Strukturisomere solcher Polymere, wie z.B. Poly-N-vinylcarbazol, Poly-2-vinylcarbazol und Poly-3-vinylcarbazol und ebenso Copolymere, wie z.B. N-Vinylcarbazol-Methylacrylat- -Copolymere und 1-Vinylpyren-Butadien ABA, und AB Blockpolymere. Weiter umfaßt sind nichtpolymere Transportmaterialien, wie z.B. Carbazol, N-Äthylcarbazol, N-Phenylcarbazol, Pyren, Tetrapyren, 1-Brompyren, 1-Äthylpyren, 1-Methylpyren, Perylen, 2-Phenylindol, Tetracen, Picen, 1,3,6,8-Tetraphenylpyren-chrysen, Fluoren, Fluorenon, Phenanthren, Triphenylen, 1,2,5,6-Dibenzanthracen, 1,2,3,4-Dibenzanthracen, 2,3-Benzopyren, Anthrachinon, Dibenzothiophen,Bis-(4-diäthylamino - 2-methylphenyl)phenylmethan, Naphthalin, und 1-Phenylnaphthalin.

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Falls gewünscht, können nichtpolymere Materialien, wie sie oben aufgeführt sind, auch entweder mit einem aktiven polymeren Material oder einem nichtaktiven polymeren Bindemittel bzw. Binder kombiniert werden. Typische Beispiele umfassen geeignete Gemische von Carbazol in Poly-N-vinylcarbazol als ein aktives Polymer und Carbazol in einem nichtaktiven Bindemittel. Derartige nichtaktive Bindermaterialien umfassen Polycarbonate, Acrylatpolymere, Polyamide, Polyester, Polyurethane und Cellulosepolymere.

Praktisch kann in der Erfindung jede elektronische feld- oder spannungsaktivierte Vorrichtung Verwendung finden, einschließlich piezoelektrischer, elektro-optischer, piezo-optischer oder elektrolumineszenter Vorrichtungen, wobei zu bemerken ist, daß eine geeignete Transportschicht am besten durch die Verwendung der folgenden Gleichungen ausgewählt wird, um die dielektrischen Eigenschaften des Schalters zurechtzuschneidern, um die wahlweise gewünschten Änderungen in der Spannung oder im Feld zu schaffen, um die zu schaltende Vorrichtung anzutreiben, während fotoleitende Eigenschaften konstant gehalten werden. Die Grundgleichungen für einen Betrieb der Vorrichtung sind folgende, wobei

Gleichung I: D₁ = D₂ = D₃

die Erhaltung elektrischer Verschiebung entlang colaminarer dielektrischer Elemente beschreibt. Entwickelt man diese Beziehung weiter, so erhält man:

Gleichung II: _ΰ .. _c ...

^L1 ^L2 ^L3

und daß, wenn die Spannung entlang den drei Elementen konstant gehalten wird, die Beziehung

Gleichung III: V = V₁ + V +V₃

gilt, wobei V₃ die Spannung über der zu betreibenden Vorrichtung ist. Die Beziehung ist gegeben durch:

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27259b5

Gleichung IV; V₃ = V - V₁ - V₃

Gleichung V: V₃ = V - ^L₁V₃

2^3 oder

Gleichung VI: V/

^L3 & 1 "3 C 2 J.

Wird beispielsweise die Verwendung einer fotoleitenden Selenschicht angenommen, ferner daß die Transportschicht PoIy-N- -vinylcarbazol ist, und daß das zu aktivierende Element eine piezoelektrische Keramik bzw. ein keramisches Element, so daß z.B.

Fotoleitende Schicht (Generator) L₁ ^ 1 u P« ^ 6

Transportschicht (Transporter) L « 1Ou £ ? ~ 3

Vorrichtung L₃ «- 200 11 £₃ -3000

ist, zeigt sich zunächst bei Dunkelheit, daß

1 +	1 ·	3000 +	10 ·	3000
V	200	6 wird	200	3

53,5

und daß, wenn die Spannung über dem fotoleitenden Generator und der Transportschicht zusammenbricht V₃ = V ist, und daß ein a ^ 50- -facher Anstieg der Spannung am Element zu erwarten ist.

Zum Zwecke des Zuschneidernsder funktionell unabhängigen Transportschicht, wie oben definiert, auf die zu schaltende Vorrichtung, muß ebenfalls berücksichtigt werden, daß es zweckmäßig sein kann,

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ein durchsichtiges Material hinsichtlich des aktivierenden Lichtes zu verwenden, um entweder Zugriff von vorne oder hinten zur fotoleitenden Schicht (d.h. der erzeugenden Schicht) zu erlauben.

Im allgemeinen kann für das Ziel der Erfindung, der spezifische Widerstand der Materialien, welche eine dielektrische Dicke der Vorrichtung schaffen, sehr hoch sein, und die fotoleitende (erzeugende) Schicht, falls gewünscht, sehr dünn gemacht werden, um die Wirkung thermischer Erzeugung einer Ladungsträger-Zusammenballung zu minimisieren, und zwar bei fehlender aktivierender Beleuchtung. Tatsächlich scheint dies langsames Schalten durch das Verhindern des Aufbaus von Ladung an der Grenzfläche mit der Transportschicht zu bedeuten. Wo eine Transportschicht verwendet wird, welche eine hohe Trägerbeweglichkeit besitzt, kann jedoch die Geschwindigkeit des Schaltelementes direkt durch Veränderung der Intensität des aktivierenden Lichtes oder der Strahlung gesteuert werden. Wo andererseits eine Unabhängigkeit von der aktivierenden Lichtintensität oder einer oberen Schwelle gewünscht wird, wird dies lediglich durch die Wahl und die Stärke des Materials mit relativ niedriger Trägerbeweglichkeit leicht erreicht.

Die Stärke einer Transportschicht, wie z.B. des Elementes 3 in Fig. 1, kann zweckdienlicherweise von ungefähr 1 bis 15On oder mehr variieren, abhängig von der Feldstärke, von dielektrischen Eigenschaften und der Trägerbeweglichkeit der Bestandteile des Schaltelementes. Im allgemeinen jedoch, kann ein Verhältnis in der Stärke der Transportschicht zur fotoleitenden Schicht von ungefähr 2:1 bis 400:1 beibehalten werden. Im Hinblick auf Fig. 1 (Element 2) kann die fotoleitende Schicht wiederum von ungefähr 0,1 bis 20 u und vorzugsweise von ungefähr 0,5 bis 5 u in der Stärke auf einer Ladungstransportschicht von bis zu ungefähr 150 u variieren.

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Im Hinblick auf die Fig. 2 und 3, wo die Schaltelemente 1a bis 3a fotoleitendes Material in der Form von diskreten Teilchen verwenden, die innerhalb der Transportschicht vorgesehen sind, kann eine Gesamtstärke von ungefähr 2 bis 150 u und ein Bereich von ungefähr 0,1 bis 30 Volumenprozent fotoleitender Teilchen als ausreichend angesehen werden, ohne daß eine Beschränkung hierauf nötig wäre. Die Teilchengröße des fotoleitenden Materials ist nicht entscheidend für den letzteren Zustand und kann zweckdienlicherweise von ungefähr 0,2 bis 10 u oder größer reichen.

Durch Ändern der aktivierenden Lichtintensität und/oder der Trägerbeweglichkeit, kann die Schaltzeit innerhalb eines gewünschten Bereichs von Mikrosekunden- bis Sekundendauer beibehalten werden, um den Anforderungen der Schaltvorrichtung und ihrer Funktion zu genügen.

Mittels eines weiteren Beispiels kann eine Diode schaltungsgesteuert werden in Verbindung mit der Erfindung, und zwar durch Beachtung der oben angeführten Offenbarung.

Wo eine Schaltdiode mit einer Haltespannung von 75 V und einer Schaltspannung von ungefähr 1OO V mittels einer Versorgungsspannung von 100 V betrieben werden soll, und unter der Annahme, daß eine 1 η starke fotoleitende Selenschicht ähnlich jener der Fig. 1 verwendet wird, und eine Ladungstransportschicht von PoIy- -N-vinylcarbazol gewünscht wird, lassen sich die folgenden Parameter entwickeln:

L₁ = 1_Λ ί_λ = 6

L₂ = zu bestimmen, C₂ ⁼ 3

L₃ = 127 u (5 mils), E₃ = 10

Die Diodencharakteristika von L₃ = 127 u und eine dielektrische Konstante von 10 sind (annähernd) representativ für Schaltdioden bzw. die dielektrischen Konstanten von Silizium und Germanium.

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Verwendet man Gleichung VI, so erhält man:

^VNetz

ι + L₁ e₃ ⁺ L₂ t₃

^L3 ET ^L3 £

und die Dicke der Transportschicht, um dies zu erreichen wird zu 12,3 u errechnet.

Beispiel I

Ein fotoaktivierter Schalter zum Betreiben einer Schaltdiode mit den folgenden Parametern: Haltespannung 75 V; Versorgungsspannung =100 V; dielektrische Konstante = 10; Charakteristik = 127 u, errechnet sich aus der Gleichung

_v _ ^VNetz

3 1 +. L₁ fe₃ + L₂

"3 ^&1 ^L3 ^2

worin L₁ = 1 ,u £₂ = 3

L₂ = S₃ = 10

L₃ = 127 η (5 mils)

ist. Das für Schaltzwecke geeignetste V₃ (Transportschicht), ist mit einer Stärke von 12,3 u veranschlagt (siehe oben, Gleichungen I bis VI). Ein Schaltelement ist wie folgt aufgebaut: Ein etwa 5,08 cm χ 5,08 cm (2" χ 2") großer Teststreifen von NESA-Glas wird in einen Vakuumbeschichter bei 1 χ 10 Torr eingesetzt, ungefähr 7,62 cm (3") oberhalb einer geöffneten Abdeckvorrichtung eines rostfreien Selbsterhitzungsschmelztiegels,der auf etwa 28O°C gehalten wird und enthält eine 5-%ige Arsen/Selenlegierung. Nach 1,5 min. wird der Schmelztiegelverschluß bzw. die Abdeckvorrichtung geschlossen und der Beschichter (Ofen) kann sich auf Raumbedingungen einstellen. Das mit Selenlegierung (1 11) beschichtete NESA-Glas wird dann mit einer 3-%igen Toluollösung

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von Poly-N-vinylcarbazol besprüht und 16 Stunden lang luftgetrocknet, um eine Schicht von ungefähr 12,3 u Dicke der Trägerschicht über der vorher aufgetragenen fotoleitenden Selenschicht zu erzielen. Eine Goldelektrode wird dann auf das Carbazol dampfbeschichtet, und Anschlüsse werden am NESA-Glas und den Goldschichten befestigt. Die daraus entstehende Vorrichtung wird in Reihe mit einer Schaltdiode mit 1OO V Versorgungsspannung verbunden und mit einem weißen Licht geringer Intensität

2
(20 ergs/cm ) aktiviert. Die Betriebsparameter einer auf diese Weise erhaltenen Vorrichtung, sind im wesentlichen wie berechnet, wobei eine Abweichung in der Dicke der Transportschicht zulässig ist.

Beispiel II

Beispiel I wird wiederholt, jedoch mit einer piezoelektrischen Keramik, wobei die vorgegebenen Parameter sind:

Fotoleitende Schicht (Generator) - L₁ ⁵^ 1 u ^₁ ¹^ 6 Transportschicht (Transporter) - L₂ ~ 10 ,u £5 ~ ³

Vorrichtung - L₃ ^ 200 η 63 ^ 3000

Wird die obige Gleichung VI angewendet, so zeigt sich, daß, wenn die Spannung an der Generatorschicht und der Transportschicht des Schalters zusammenbricht, V₃ = V ist, und am Element eine annähernd 50-fache Zunahme der Spannung erzielt wird. Bei Verwendung von Bariuintitanat als piezoelektrischer Keramik, kann die obige Spannungszunähme in guter Annäherung erreicht werden.

Beispiel III

Beispiel I wird wiederholt, jedoch mit einer piezoelektrischen Keramik, wobei die vorherbestimmten Parameter sind:

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Fotoleitende Schicht (Generator) - L₁ ^ 1 u C₁ ^ 6 Transportschicht (Transporter) -L₂ ^ 10 Ai £2^3

Vorrichtung - L₃ ^ 200 M L-₃ "^ 3000

Unter Verwendung der obigen Gleichung VI zeigt sich, daß, wenn die Spannung an der Generatorschicht und der Transportschicht des Schalters zusammenbricht, V- = V ist, und am Element eine annähernd 50-fache Zunahme der Spannung erzielt wird. Verwendet man Lithiumniobat als piezoelektrische Keramik, kann die obige Spannungszunahme in guter Annäherung erreicht werden.

Beispiel IV

Fotoleitende Schicht (Generator) ~^Li ^ 1 /i £ λ '^X/ 6 Transportschicht (Transporter) - L₂ ~ 10 a £>₂ ⁰^ 3

Vorrichtung - L₃ ^ 200 u έ₃ °° 3000

Unter Verwendung der obigen Gleichung VI zeigt sich, daß, wenn die Spannung an der Generatorschicht und der Transportschicht des Schalters zusammenbricht, V·, = V ist, und am Element eine annähernd 50-fache Zunahme der Spannung erzielt wird. Verwendet man Kaliumniobate als piezoelektrische Keramik, kann die obige Spannungszunähme in guter Annäherung erreicht werden.

Kurz zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erreichen gesteigerter Flexibilität und Ansprechempfindlichkeit in Festkörperschaltkreisen und Schaltvorrichtungen, um eine Änderung in der Spannung oder im Feld hervorzurufen, und eine entsprechende Schaltvorrichtung zum Erreichen eines derartigen Ergebnisses, in welchem die Komponente für den Ladungstransport

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des fotoaktivierten Schalters in funktioneller Hinsicht getrennt ist und sich von der fotoleitenden ladungserzeugenden Komponente unterscheidet, wobei die erstere ursprünglich dazu ausgewählt ist, die notwendigen Änderungen hinsichtlich der Spannung oder des Feldes zu schaffen, während gleichzeitig
die fotoleitenden Parameter, wie z.B. Dunkelzerfall, Spektralbereich, etc. in der letzteren Komponente konstant gehalten werden.

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Leerseite

Claims

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HOFFMANN · EITLE & PARTNER *'*^l);jJJ

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ D I PL.-I N G. W. E ITLE ■ D R. RER. NAT. K. H O F FMAN N ■ D I Pl.-1 NG. W. LE H N

DIPl.-ING. K. FOCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MD N C H EN 81 · TELEFON (089) »11087 . TELEX 05-27619 (PATH E)

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Xerox Corporation, Rochester, N.Y. / USA

Mehrphasenfotoaktivierte Schaltvorrichtung

Patentansprüche

Mehrphasenfotoaktivierte Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden vorgesehen sind, von denen wenigstens eine im wesentlichen licht- oder strahlungsdurchlässig ist, daß die Elektroden außen und an entgegengesetzten Enden eines Feldstromkreises einerseits in bezug auf eine feld- oder spannungsaktivierte elektrische Vorrichtung und andererseits auf ein Schaltelement angeordnet sind, welches im wesentlichen aus wenigstens einem Elektronen- oder Lochstellentransportmaterial und wenigstens einem fotoleitenden Material besteht, daß das Transportmaterial und das fotoleitende Material funktionell unabhängig und eng zueinander angeordnet ist, daß das Schaltelement im Feldstromkreis in Reihe angeordnet ist und in unmittelbarer Nähe zur licht- oder strahlungsdurchlässigen Elektrode.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Feld ansprechende elektrische Vorrichtung eine piezoelektrische, elektro-optische, piezo-optische, ferroelektrische oder elektrolumineszente Vorrichtung ist.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material und das Transportmaterial des Schaltelementes in getrennten Kontaktierungsschichten innerhalb des Schaltelementes angeordnet sind.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material des Schaltelementes in Form von diskreten Teilchen in dem Transportmaterial verteilt ist.
5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material des Schaltelementes als diskrete Kontaktierungsteilchen verteilt ist.
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmaterial des Schaltelementes eine mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffverbindung ist und daß das fotoleitende Material isotop im Hinblick auf die anregende Strahlung oder das Licht ist und fotoerregte Lochstellen in das Transportmaterial zu injizieren vermag.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmaterial des Schaltelementes eine oder mehrere der Verbindungen Poly-N-vinylcarbazol, Poly-1-vinylpyren, Poly-9-vinylanthracen, Polyacenaphthalin, Poly-9-(4-pentenyl)-carbazol, Poly-9-(5-hexyl)-carbazol, PoIymethylen-pyren, Poly-1-(- pyrenyl)-butadien oder ein N-substituiertes polymeres Acrylsäureamid des Pyrens enthält.

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8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmaterial des Schaltelementes eine oder mehrere der Verbindungen Poly-N-vinylcarbazol, Poly-1-vinylpyren, Poly-9-vinylanthracen, Polyacenaphthalin, Poly-9-(4-pentenyl)-carbazol, Poly-9-(5-hexyl)-carbazol, PoIymethylen-pyren, Poly-1-(- pyrenyl)-butadien oder ein N-substituiertes polymeres Acrylsäureamid des Pyrens enthält.
9. Foto- oder strahlungsaktiviertes Festkörperelement, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine lichtdurchlässige ladungsleitende Grundschicht, eine Elektronenoder Defektelektronentransportschicht und ein fotoleitendes Material in elektrischem Kontakt mit dem Material der Transportschicht vorgesehen sind, daß das fotoleitende Material einer lichtdurchlässigen Elektrode benachbart angeordnet ist oder in Kombination mit dem Transportschichtmaterial verwendet wird, welches für das anregende Licht oder die Strahlung, auf welche das Schaltelement anspricht, durchlässig ist.
10. Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material und das Transportmaterial des Schaltelementes in getrennten elektrischen Kontaktierungsschichten angeordnet sind.
11 . Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material im wesentlichen innerhalb der Ladungstransportschicht angeordnet ist.
12. Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Ladungstransportschicht eine oder mehrere der Verbindungen Poly-1-vinylcarbazol, Poly-1- -vinylpyren, Poly-9-vinylanthracen, Polyacenaphthalin, Poly-9- -(4-pentenyl)-carbazol, Poly-9-(5-hexyl)-carbazol, Polymethylen- -pyren, Poly-1-(- pyrenyl)-butadien oder N-substituiertes polymeres Acrylsäureamid des Pyrens enthält.

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13. Schaltelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material amorphes Selen oder eine Selenlegierung ist, und die Ladungstransportschicht im wesentlichen aus Polyvinylcarbazol oder einem Polyvinylpyren besteht.
14. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material wenigstens eine der Verbindungen Cadmiumsulfoselenid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, amorphes Selen, Selen-Tellur-Legierung, trigonales Selen oder Selen-Arsen-Legierung,ist und daß die Ladungstransportschicht im wesentlichen aus einem Polyvinylcarbazol oder einem Polyvinylpyren besteht.
15. Verfahren zur Steuerung der Spannung oder des Feldes, um in einer feld- oder spannungsaktivierten Vorrichtung eine Schaltwirkung zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladungstransportschicht und ein fotoleitendes Material als Primärkomponenten in einem fotoaktivierten Schaltelement verwendet werden und seriell im Feld angeordnet sind, daß die Ladungstransportschicht im wesentlichen für Licht oder Strahlung durchlässig ist, die durch das fotoleitende Material absorbiert wird, daß das Ladungstransportmaterial und das fotoleitende Material in engem Ladungstransportkontakt angeordnet sind, jedoch funktionell unabhängig in bezug auf die elektrischen Eigenschaften bei Vorhandensein oder beim Fehlen von aktivierender Lichtstrahlung.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material im Schaltelement als getrennter Film oder getrennte Schicht in Kontakt mit dem lichtdurchlässigen. Ladungstransportmaterial vorgesehen ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material als diskrete Teilchen innerhalb einer Matrix vorgesehen ist.

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18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material als diskrete Teilchen innerhalb einer Ladungstransportschicht vorgesehen ist.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das ladungsleitende Material ein PoIy-N- -vinylcarbazol, Poly-1-vinylpyren, Poly-9-vinylanthracen, Polyacenaphthaiin, Poly-9-(4-pentenyl)-carbazol, Poly-9-(5-hexyl) -carbazol, Polymethylen-pyren, Poly-1-(- pyrenyl)-butadien oder N-substituiertes polymeres Acrylsäureamid des Pyrens ist.

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