DE10209400A1

DE10209400A1 - Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung sowie Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE10209400A1
Application number: DE10209400A
Authority: DE
Inventors: Guenter Schmid; Hagen Klauk; Tarik Kriem
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Offenbart wird eine Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung, die mindestens ein Bauelement aufweist, das mindestens eine Schicht mit einem organischen Material aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung.
Transponder sind elektrische Bauelemente, die ein Signal wie z. B. ein Radiofrequenz-Signal erzeugen, das zum Beispiel zur Orts- oder Anwesenheitsbestimmung eines Objekts dienen kann, an denen der Transponder angebracht ist. Eine potentielles neues Anwendungsgebiet von Transpondern ist deren Einsatz als elektronischer "Barcode" zur Produktkennzeichnung.

Generell ist für die Erzeugung des von einer Transponderschaltung ausgesandten Signals eine elektrische Energiequelle erforderlich. Wird als Energiequelle anstelle einer eigenständigen Energiequelle, z. B. einer Batterie, ein elektromagnetisches Wechselfeld genommen, das über die mit der Transponderschaltung gekoppelten Antenne eingekoppelt wird, wird bei derartigen Transponderschaltungen eine Gleichrichterschaltung benötigt, die aus der Wechselspannung eine Gleichspannung erzeugt [vgl. 1; oder Fig. 2]. Herkömmlicherweise wird dabei die gesamte Schaltung einschließlich des elektrischen Energieversorgungsteils in der Form eines Chips mit Standard-Bauelementen auf Siliziumbasis oder anderen anorganischen halbleitenden Verbindungen wie Galliumarsenid hergestellt. Nachteilig an solchen üblichen Transponderschaltungen ist der relative hohe Aufwand bei ihrer Herstellung, der ihren Einsatz bei Niedrigpreisanwendungen wie elektronischen Barcodes aus Kostengründen behindert.

Darüber hinaus ist aus [2] die Möglichkeit bekannt, eine Transponderschaltung mit aktiven Bauelementen herzustellen, die organische Halbleitermaterialien verwenden. Für die Erzeugung der Spannungsversorgung wird in [2] eine extern auf dem Träger der Transponderschaltung aufgebrachte konventionelle Siliziumdiode als Gleichrichterschaltung verwendet.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Transponderschaltung mit einer alternativen Gleichrichterschaltung bereitzustellen.

Das Problem wird gelöst durch die Transponderschaltung und das Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.

Eine solche Transponderschaltung ist eine Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung, die mindestens ein Bauelement aufweist, das mindestens eine Schicht mit einem organischen Material aufweist.

Einfach ausgedrückt beruht das vorliegende Verfahren auf der Erkenntnis, dass die Verwendung von elektrischen Bauelementen mit mindestens einer Schicht mit einem organischen Material in einer Gleichrichterschaltung einer Transponderschaltung eine Reihe von Vorteilen birgt. So können derartige Transponderschaltungen mit geringerem prozesstechnischen Aufwand hergestellt werden als Transponderschaltungen, bei denen Gleichrichterschaltungen, d. h. ein Spannungsversorgungsteil, auf Basis anorganischer Halbleitermaterialien wie Siliziumdioxid eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung eröffnet somit nicht nur eine vereinfachte Herstellung, sondern auch den Weg zu einer Transponderschaltung, die aufgrund der Kostensituation als Einwegprodukt eingesetzt werden kann.

Die Schicht mit der organischen Material des mindestens einen Bauelement, das für die Erzeugung der gleichrichtenden Wirkung der hier beschriebenen Gleichrichterschaltung eingesetzt wird, weist im allgemeinen ein halbleitendes Material auf, d. h. diese Schicht besitzt Halbleitereigenschaften.

Diese Schicht des gleichrichtenden Bauelements kann eine Schicht sein, die ein organisches Polymermaterial als ein elektrisch inertes Matrixmaterial aufweist, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet sind. Bei dieser Schicht werden deren Halbleiter-Eigenschaften folglich von anorganischen halbleitenden Materialien erfüllt. Für diesen Zweck kann jedes bekannte anorganische halbleitende Material eingesetzt werden. Allerdings finden, unter anderem aus Kostengründen, vorzugsweise gängige Halbleitermaterialien wie Silizium, Siliziumcarbid, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Indiumphosphid, Cadmiumselenid oder Mischungen davon Anwendung in der vorliegenden Erfindung. Ein besonders bevorzugtes Material ist polykristallines Silizium, das unter anderem als Abfall in der Herstellung von Silizium- Einkristallen beim Zonenschmelzen anfällt und das für die Verwendung als anorganisches Halbleitermaterial hier lediglich zerkleinert werden muss. Das Halbleitermaterial kann dotiert oder undotiert sein.

Die Partikelgröße des verwendeten anorganischen halbleitenden Materials beträgt im allgemeinen zwischen 100 µm und 1 nm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 0,1 µm oder 0,05 µm. So können z. B. auch n- und p-leitfähige Nanopartikel, wie in [3]) beschrieben, die in eine organische Matrix eingebettet sind, verwendet werden.

Als elektrisch inertes organisches Matrixmaterial kann prinzipiell jedes der Polymermaterialien verwendet werden, die nachfolgend als Polymermaterialien zur Ausbildung des Gate-Dielektrikums bei Transistoren oder als Trägermaterial für die Transponderschaltung genannt werden.

Die Schicht, in der die anorganischen halbleitenden Partikel in ein organisches Matrixmaterial eingebettet sind, kann ferner ein unterstützendes halbleitendes organisches Material (als Matrixmaterial) enthalten. Dieses Material können die oben genannten organischen halbleitende Polymere wie Polythiophen, Polyanilin, Poly-p-phenylen und dgl. sein. Gleichfalls können auch monomere bzw. niedermolekulare, unterstützende (halbleitende) organische Additive wie Pentazen oder Oligothiophene (beispielsweise mit 1 bis 10 Thiophen-Einheiten, vorzugsweise 6 Thiophen-Einheiten) als derartiges organisches Material enthalten sein. Der Anteil solcher unterstützenden Polymere und Additive in der halbleitenden Schicht beträgt in der Regel ungefähr 0,5 bis 25 Vol.-%, vorzugsweise maximal 10 Vol.-%.

Zum anderen kann die Schicht des Bauelements (der Gleichrichterschaltung) mit der organischen Schicht anstelle des anorganischen Halbleitermaterials ein organisches halbleitendes Material aufweisen. In diesem Fall werden die Halbleitereigenschaften der Schicht durch das organische Material bewirkt. Hierbei muss die Schicht mit dem organischen Material kein inertes organisches Matrixmaterial aufweisen, allerdings können die nachfolgend offenbarten organischen Halbleitermaterialien auch in eine anorganische Halbleitermaterialien enthaltende Matrix aufgenommen werden.

In folgenden wird die Erfindung weitestgehend unter Bezugnahme auf Bauelemente mit Schichten, die ein organisches halbleitendes Material aufweisen, erläutert. Die nachstehend gemachten Aussagen treffen jedoch selbstverständlich auch für ein Bauelement zu, das eine Schicht aus organischem Matrixmaterial und darin eingebetteten anorganische Halbleiterpartikeln aufweist.

Das Bauelement der Gleichrichterschaltung, das die organische Schicht aufweist und nachfolgend auch als Gleichrichter- Bauelement bezeichnet wird, kann sowohl ein passives Bauelement wie eine Diode als auch ein aktives Bauelement wie ein Transistor sein. Selbstverständlich kann die Gleichrichterschaltung auch mehrere passive und/oder aktive (Gleichrichter)-Bauelemente mit zumindest einer organischen Schicht aufweisen.

Eine in der Gleichrichterschaltung verwendete Diode kann z. B. nur eine Schicht mit einem n- oder p-halbleitenden organischen Material oder sowohl eine Schicht aus einem n- leitenden und eine Schicht aus einem p-leitenden organischen Halbleitermaterial aufweisen (vgl. [4, 5]). Als p- halbleitendes organisches Material kann z. B. das Polymer Polyvinylcarbazol [vgl. 4], Polythiophen, insbesondere die regioregulären Vertreter, wie RR-Poly-3-hexylthiophen oder RR-Poyl-3-octylthiophen, Phthalocyanine wie Kupferphthalocyanin oder p-Halbleiter auf der Basis von kondensierten aromatischen Ringsystemen wie Pentazen, Anthracen oder Tetracen verwendet werden. Geeignete n- halbleitende organische Materialien basieren z. B. auf elektronenarmen aromatischen Verbindungen. Beispiele sind die Amidoderivate des Naphthalintetracarbonsäuredianhydrids oder fluorierte Derivate des Phthalocyanins oder Thiophens wie z. B. Bis(N-1,1-Dihydro-pentadecafluorooctyl)naphthalinbisimid bzw. Bis(N-1,1-Dihydroheptafluoroproyl)naphthalinbisimid [6] oder Hexadecaflurokupferphthalocyanin [7].

Solchen Dioden können, wie in [4] beschrieben, mit Hilfe von Inkjet-Techniken hergestellt werden. Ganz allgemein können diese aber auch durch Standardlithographie- und Metallisierungsverfahren hergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der hier offenbarten Gleichrichterschaltung wird mindestens ein Feldeffekt- Transistor eingesetzt. Bei dieser Ausgestaltung wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich ein Feldeffekt-Transistor als Gleichrichter schalten lässt. Dazu wird der Gate- Anschluss des Transistors mit dem Drain-Anschluss verbunden, so dass die Gate-Drain-Spannung auf null festgelegt wird. Bei genügend großem Verhältnis der bei positive bzw. negativer Spannung fließenden Ströme lässt sich, wie es in dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung der Fall ist, dieses unsymmetrische Verhalten ausnutzen, eine zwischen Source und Drain angelegte Wechselspannung über den Transistor oder einer Transistorschaltung in Graetz-Anordnung gleichzurichten.

Der Aufbau einer Gleichrichterschaltung mit Hilfe von nachfolgend beschriebenen "Polymer-Transistoren" hat ferner gegenüber dem Einsatz von Dioden auf "Polymer-Basis" den Vorteil, dass die gleichrichtende Wirkung der Schaltung nicht durch direkte p-n-Übergänge an entsprechenden Grenzflächen erfolgt. Denn bei hier betrachteten Substanzklassen der leitenden Polymere wird der p-n-Übergang durch Dotierung mit einem Dopanden erzielt, dessen Position nicht immer stabil ist, sondern der diffundieren kann. Dies kann zu dem Problem führen, dass eine Grenzfläche zwischen einem n-dotierten organischen Halbleiter und einem p-dotierten organischen Halbleiter ist nicht stabil ist. Aufgrund einer fehlenden positionellen Fixierung würden die Dopanden aufeinander zu diffundieren und die Grenzfläche zerstören. Ein Beispiel dafür ist eine Dotierung einerseits mit Lithium und andererseits mit Iod. So kann bei Kombination von mit Li dotiertem Polyacetylen als n-Halbleiter und mit Iod dotiertem Polyacetylen als p-Halbleiter an der Grenzfläche LiJ gebildet werden und dadurch die halbleitenden Eigenschaften und somit der gleichrichtende Effekt beeinträchtigt werden. Diese Schwierigkeiten treten bei der hier beschriebenen Verwendung von "Polymer-Transistoren" wie Feldeffekt-Transistoren nicht auf.

In einer ersten auf Feldeffekt-Transistoren beruhenden, bevorzugten Ausgestaltung der Gleichrichterschaltung wird mindestens ein Transistor eingesetzt, bei dem der Body- Bereich ein organisches Material aufweist, das als Matrixmaterial dient und in das anorganische Partikel, wie oben beschrieben, eingebettet sind.

Unter dem Body-Bereich wird im Sinne der Erfindung derjenige Bereich verstanden, in dem sich der Kanal des Transistors ausbilden kann.

In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Gleichrichterschaltung wird mindestens ein Transistor verwendet, bei dem der Body-Bereich des Transistors von einer Schicht mit einem organischen halbleitenden Material gebildet wird. Vorzugsweise ist ein derartiger Transistor ein sogenannter organischer Dünnfilm-Transistor.

Derartige Transistoren sind prinzipiell z. B. aus [8] bis [10] bekannt. Sie können Transistoren sein, bei denen lediglich eine Schicht mit einem halbleitenden organischen Material vorhanden ist, wie die z. B. in [9] und [10] beschriebenen. Bei diesen Transistoren ist auf einem geeigneten Träger zunächst ein metallischer Gatebereich oder eine Gate- Elektrode (z. B. aus Nickel) aufgebracht (vgl. Fig. 1), über der sich eine Schicht aus einem Dielektrikum sowie die Bereiche für Source und Drain befinden. Das Dielektrikum kann dabei aus einem anorganischen Isolatormaterial wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid bestehen. Allerdings ist es auch möglich, die Schicht des Dielektrikums aus oder mit einem dielektrischen Kunststoffmaterial wie Polyvinylalkohol, Poly-4-hydroxy-styrol, Polyvinylidenfluorid oder Polyvinylphenol auszubilden. Die Bereiche (Elektroden) für Source und Drain können beispielsweise aus Palladium oder Platin hergestellt sein. Zwischen Source und Drain befindet sich (als einzige organische elektrisch aktive Schicht) eine Schicht aus dem organischen Halbleiter Pentazen, die folglich den Body-Bereich des Transistors bildet. Gegebenenfalls kann über dieser halbleitenden Schicht eine Passivierungsschicht aus einem elektrisch isolierenden anorganischem Material wie Siliziumdioxid oder einem isolierenden Polymermaterial wie Polyvinylalkohol, Polyvinylphenol oder Polyvinylidenfluorid etc. ausgebildet sein.

Die Transistoren können jedoch auch vollständig aus organischen Materialien, vorzugsweise organischen Polymer- und Oligomer-Materialien gebildet werden.

So können z. B. wie in [8] beschrieben, auf einem Substrat Source, Gate und Drain-Elektrode aus einem elektrisch leitenden Polymermaterial wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen), das mit Polystryolsulfonsäure (PEDOT/PSS) dotiert ist, bestehen. Der Body/Kanalbereich des Transistors kann wiederum z. B. aus Pentazen oder einem Oligomermaterial wie Poly(9,9- dioctylfluoren-co-bithiophen) (F8T2) hergestellt sein.

Die Schicht des Gate-Dielektrikums sowohl dieser Transistoren als auch die der zuvor beschriebenen Transistoren, bei denen organische und anorganische Materialien kombiniert werden, kann aus einem dielektrischen organischen Polymermaterial bestehen. Beispiele für hier einsetzbare Polymermaterialien sind gängige dielektrische synthetische Kunststoffe wie Epoxidharze, Polyalkylene wie Polyethylen- oder Polypropylenharze, Polyvinylalkohole, Polystyrole, Polyurethane, Polyimide, Polybenzoxazole, Polythiazole, Polyether, Polyetherketone, Polyacrylate, Polyterephthalate, Polyethylennaphthalat, Polycarbonate aller Art und andere bekannte derartige Kunststoffe, wie sie beispielsweise in [11] beschrieben sind. Die verwendeten organischen Polymere können dabei vorzugsweise trockenbare und härtbare Materialien, vorzugsweise IR- und/oder UV-härtbare Polymere wie Polystyrole, Epoxidharze, Polyalkylene, Polyimide, Polybenzoxazole, Polyacrylate sein.

Die Verwendung von Transistoren, die zum Teil oder vollständig aus organischen Materialien bestehen, bietet den Vorteil, dass sie und somit auch entsprechende Schaltungen durch Drucktechniken wie Tintenstrahl, Flexo-, Offset-, Tampon, Laserdruck oder anderen bekannten Drucktechniker hergestellt werden können, was eine erhebliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses sowie eine Verringerung der Kosten mit sich bringt. Da bei derartigen Drucktechniken als Trägermaterialien problemlos z. B. Polymaterialien wie Folien aus Polystyrol oder Polyethylennaphthalat oder -terephthalat eingesetzt werden können, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, Transponderschaltungen einschließlich ihres Spannungsversorgungsteil mit Hilfe von "Polymer-Elektronik- Bauelementen" wie organische Feldeffekt-Transistoren als "integrierte Schaltungen" kostengünstig herzustellen und dabei zudem auf extern aufgebrachte Bauelemente wie Silizium- Dioden zu verzichten.

Als organisches halbleitendes Material kann bei den hier beschriebenen Bauelementen wie Dioden oder Transistoren prinzipiell jedes organische Material eingesetzt werden, das elektrische Eigenschaften und Verhalten eines Halbleiter- Materials zeigt.

Vorzugsweise wird das halbleitende organische Material aus der Gruppe ausgewählt, die aus Pentazen, Anthrazen, Tetrazen, Oligothiophen, Polythiophen, Polyanilin, Poly-p-phenylen, Poly-p-phenylvinylen, Polypyrrol, Phthalocyanin, Porphyrin und Derivaten davon besteht. Daraus wird ersichtlich, dass das halbleitende Material ein "molekulares System" wie Pentazen, Anthracen, Tetracen, Phthalocyanin, Porphyrin oder Oligothiophen sein kann oder eine "polymeres System" (eine oder mehrere Polymerverbindungen) wie z. B. Polythiophen, Polyanilin, Poly-p-phenylen, Poly-p-phenylvinylen oder Polypyrrol sein kann.

Ein weiteres Beispiel für ein in Monomerform oder anders bezeichnet "als molekulares System" vorliegendes Material sind die Fullerene wie C₆₀, C₇₀, C₇₆-(Buckminster)-Fullerene. Ein Beispiel für geeignete Derivate eines der oben genannten Materialien sind das zuvor schon genannte Poly(9,9- dioctylfluoren-co-bithiophen), Poly(3-alkyltiophene) wie Poly(3-hexylthiophen) oder Poly(3-octylthiophen). Ein Beispiel für Oligothiophene sind Verbindungen mit 1 bis 10 Thiophen-Einheiten, vorzugsweise 6 Thiophen-Einheiten. Beispiele für halbleitende Phthalocyanine oder Porphyrine sind die entsprechenden (metallorganischen) Komplexe des Kupfers wie Kupferphthalocyanin oder Perfluorokupferphthalocyanin. Es ist im Sinne der Erfindung möglich, die halbleitenden organischen Materialien alleine, oder, falls gewünscht, auch als Mischungen aus mindestens zwei solcher Materialien einzusetzen.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Transponderschaltung, die auf Feldeffekt-Transistoren zurückgreift, ist der Feldeffekt-Transistor der Gleichrichterschaltung in "Längsanordnung" angeordnet. Unter einer Längsanordnung wird verstanden, dass ein erster Eingangsanschluss der Gleichrichterschaltung mit einem ersten Source/Drain-Anschluss und dem Gatebereich des Transistors gekoppelt ist und der zweite Source/Drainbereich des Transistors mit einem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist und ferner ein zweiter Eingangsanschluss der Gleichrichterschaltung mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung gekoppelt ist.

In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Transponderschaltung ist der Feldeffekt-Transistor der Gleichrichterschaltung parallel zur Last geschaltet.

Dabei ist vorzugsweise ein erster Eingangsanschluss der Gleichrichterschaltung mit einem ersten Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung sowie mit einem ersten Source/Drain- Anschluss des Transistors gekoppelt und ein zweiter Eingangsanschluss ist mit einem zweiten Ausgangsanschluss sowie mit einem zweiten Source/Drain-Anschluss und dem Gatebereich des Transistors gekoppelt.

In einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Transponderschaltung sind vier Feldeffekt-Transistoren der Gleichrichterschaltung in Graetz-Schaltung angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführung einer Gleichrichterschaltung, die auf Dioden basiert, sind vier der hier offenbarten Dioden in Graetz-Schaltung angeordnet.

Als Trägermaterial für die Transponderschaltung kann prinzipiell jedes Material eingesetzt werden, auf dem die verschiedenen Bauelemente der Transponderschaltung dauerhaft aufgebracht werden können. Beispiele geeigneter Trägermaterialien sind Isolatoren wie Papier, Kunststofffolien, Keramiken, oder Glas, weiterhin mit einem Isolator oder mit Kunststoff beschichtetes Metall. Beispiele für Trägermaterialien aus geeigneten organischen Polymermaterialien sind gängige dielektrische synthetische Kunststoffe wie Epoxidharze, Polyalkylene wie Polyethylen- oder Polypropylenharze, Polyester, Polystyrole, substituierte Polystryole wie Poly-o-hydroxystyrol, Polyvinylverbindungen wie Polyvinylalkohole oder Polyvinylcarbazole, Polyurethane, Polyimide, Polybenzoxazole, Polythiazole, Polyether, Polyetherketone, Polyacrylate, Polyterephthalate, Polyethylennaphthalate oder Polycarbonate aller Art. Ebenso sind biologisch abbaubare Materialien wie Polylactate geeignet.

Bei dem hier offenbarten Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung mit einer mindestens ein Bauelement aufweisenden Gleichrichterschaltung wird zur Ausbildung des mindestens einen Bauelements der Gleichrichterschaltung mindestens eine Schicht mit einem organischen Material auf einem Trägermaterial aufgebracht.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird als organisches Material ein organisches elektrisch inertes Polymermaterial verwendet, das als Matrixmaterial dient, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet werden.

In einer anderen Weiterbildung wird als organisches Material, ein halbleitendes organisches Material verwendet wird.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren als das Bauelement der Gleichrichterschaltung, das die Schicht mit dem organischen Material aufweist, ein Feldeffekt-Transistor ausgebildet bzw. verwendet. Dabei ist bevorzugt, dass die Schicht mit dem organischen Material den Body-Bereich des Transistors bildet.

Das Verfahren der Erfindung ist vorteilhaft so gestaltet, dass es vollständig mittels Drucktechniken ähnlich dem Tintenstrahldruck und anderen durchgeführt wird. Dies ist z. B. der Fall, wenn alle Bauelemente/Einheiten der Transponderschaltung auf organischen Materialien beruhen. Allerdings ist die Verarbeitung von Metallen wie Gold, Nickel z. B. durch Sputtern, Bedampfen oder elektrochemisches Abscheiden problemlos und einfach zu bewerkstelligen und auch mit Drucktechniken vereinbar, was insgesamt zu einem im Vergleich zu Transponderschaltungen mit Gleichrichterschaltungen auf Basis anorganischer Halbleiter zu einer deutlichen Verringerung der Prozessschritte und der Herstellungskosten führt, bei weiterhin ausreichenden Leistungsmerkmalen der hier offenbarten Gleichrichterschaltung bzw. der Transponderschaltung insgesamt. Ferner ist es ausreichend, wenn die Metalle in Form einer härtbaren Suspension aufgedruckt werden.

In diesem Zusammenhang sei erläutert, wie beispielsweise mit Hilfe des Tintenstrahldrucks ("Drop-on-Demand-Printing") ein solche Transponderschaltung insgesamt oder nur die Gleichrichterschaltung alleine aufgebaut werden kann.

Die Gatestrukturen (102) (vgl. Fig. 1) werden hergestellt, indem man eine kolloidale Palladiumstarterlösung auf ein Polyethylennaphthalatsubstrat an diejenigen Stellen druckt, an denen später die Gatestrukturen ausgebildet sein sollen. Nach diesem Druckvorgang werden die aufgedruckten Palladiumkeime mit Nickel stromlos bis auf die gewünschte Schichtdicke verstärkt (ca. 10-50 nm). Das Gatedielektrikum (103) kann anschließend direkt aufgedruckt werden. Beispielsweise eignet sich hierfür eine Lösung von Poly(-4- hydroxystyrol) in Ethanol. Mittels einer Palladiumsuspension (Partikelgröße 1 µm) in Polystyrol werden Source-(104) und Drain (105)-Kontakte ausgebildet. Der organische Halbleiter (106) kann anschließend vollflächig ausgebildet werden. Wenn die einzelnen Transistoren einen genügend großen Abstand voneinander besitzen, braucht diese Schicht nicht strukturiert zu werden (z. B. Pentazen durch Verdampfen). Möglich ist es auch, die Gleichrichterschaltung z. B. mit Hilfe von Photomasken herzustellen (vgl. Fig. 6).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1a bis 1g Feldeffekt-Transistoren, die in einer Gleichrichterschaltung der Erfindung eingesetzt werden kann;
Fig. 2 ein schematisches Schaubild des Eingangsteils einer Transponderschaltung;
Fig. 3 ein Schaltbild eines erstes Ausführungsbeispiel einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Schaltbild eines weiteres Ausführungsbeispiel einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Schaltbild eines drittes Ausführungsbeispiel einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine photolithographische Maske, mittels derer das Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt einen Feldeffekt-Transistor mit einer organischen halbleitenden Schicht, der in der Gleichrichterschaltung einer hier offenbarten Transponderschaltung eingesetzt werden kann.
Bei dem Feldeffekt-Transistor 100 gemäß Fig. 1a bis Fig. 1c oder gemäß Fig. 1g ist auf einem Träger 101, das z. B. aus Polyethylennaphthalat besteht, ein Gate-Bereich 102 aufgebracht, der aus Nickel besteht. Auf dem Gate-Bereich 102 wiederum befindet sich eine Schicht 103 aus einem dielelektrischen Material wie Siliziumdioxid, die den Gatebereich 102 von dem ersten Source/Drain-Bereich 104 und dem zweiten Source/Drain-Bereich 105, die aus Palladium bestehen, trennt. Zwischen den Source/Drain-Bereichen 104, 105 befindet sich eine Schicht 106 aus Pentazen als halbleitendem organischen Material. Die Schicht 106 bildet den Body-Bereich des Transistors 100. Alternativ dazu kann der Body-Bereich 106 auch aus einer Schicht aus elektrisch inertem polymeren Matrixmaterial, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet sind, ausgebildet werden.
Der Feldeffekt-Transistor 100 gemäß Fig. 1d bis Fig. 1f weist auf dem Träger 101 zunächst eine Schicht 106 aus halbleitendem organischen Material auf. Diese den Bodybereich des Transistors 100 bildende Schicht 106 weist z. B. Tetracen auf. Der Transistor 100 weist weiterhin einen ersten und einen zweiten Source/Drain-Bereich 104, 105 aus Platin auf. Oberhalb der Source/Drain-Bereiche 104, 105 bzw. des Bodybereichs 106 befindet sich eine Schicht 103 aus Siliziumdioxid als Dielektrikum, auf der der Gate-Bereich 102 aus Nickel aufgebracht ist.
Die Feldeffekt-Transistoren gemäß Fig. 1 mit der Schicht mit halbleitendem organischen Material bzw. der Schicht mit dem polymeren Matrixmaterial, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet sind, lassen sich mit dem in [9] beschriebenen Verfahren herstellen. Dabei erfolgt bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1a, Fig. 1c und Fig. 1e die Abscheidung der Source/Drain-Bereiche 104, 105 vor der Abscheidung der halbleitenden Schicht 106, während bei den Ausführungsformen nach Fig. 1b, Fig. 1d und Fig. 1f die halbleitende Schicht 106 vor den Source/Drain-Bereichen 104, 105 aufgebracht wird.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaubild des Eingangsteils einer aus dem Stand der Technik bekannten Transponderschaltung 200, die eine Gleichrichterschaltung 204 aufweist. Das von einem Sender 201 emittierte magnetische Wechselfeld induziert im Schwingkreis eine Wechselspannung, deren Frequenz durch die Induktivität der Spule 202 und die Kapazität des Kondensators 203 gegeben ist und auf die die Resonanzfrequenz des Senders 201 abgestimmt ist. Die Wechselspannung wird durch die Gleichrichterschaltung 204 und den Glättungskondensator 205 in eine Gleichspannung 206 umgewandelt. Diese Gleichspannung 206 steht als Versorgungsspannung für die Transponderschaltung 200 zur Verfügung.
Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung 300 der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausgestaltung der Gleichrichterschaltung 300 sind vier Feldeffekt-Transistoren 301, 302, 303, 304 mit einer organischen Schicht in Graetz-Schalung angeordnet. Die Feldeffekt-Transistoren 301 bis 304 sind wie in Fig. 1 dargestellt ausgestaltet und weisen eine Schicht 106 aus Pentazen als halbleitendem organischen Material auf, die den Body-Bereich der Transistoren 301 bis 304 bildet. Im Betrieb liegt, wie im Schaltbild gemäß Fig. 3 gezeigt, eine Wechselspannung am Eingang 305 der Gleichrichterschaltung 300 an. Die negative Halbwelle dieser anliegenden Spannung wird mittels der Feldeffekt-Transistoren in eine positive Halbwelle umgewandelt. Dadurch steht sowohl die positive als auch die negative Halbwelle am Ausgang 306 zur Verfügung und es wird die Energie beider Halbwellen für die Spannungsversorgung der Transponderschaltung genutzt. Die Gleichrichterschaltung 300 kann z. B. unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten photolithographischen Maske 600 erhalten werden. Die vier Transistoren werden in den Bereichen 601, 602, 603 und 604 ausgebildet.
In einer alternativen Ausführungsform der Gleichrichterschaltung 300 sind vier Dioden, die Schichten mit organischen halbleitenden Materialien für die Erzeugung der p-n-Übergänge aufweisen, in Graetz-Schaltung angeordnet. Das p-halbleitende organische Dioden-Material ist z. B. Polyvinylcarbazol. Das n-halbleitende organische Material ist z. B. Bis(N-1,1-Dihydro-pentadecafluorooctyl)naphthalinbisimid.
Fig. 4 zeigt als Schaltbild eine weitere Ausführungsform der Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung die Gleichrichterschaltung 400, bei der ein Feldeffekt-Transistor 401 mit einer organischen Schicht in Längsanordnung angeordnet ist. Dies bedeutet, dass ein erster Eingangsanschluss 404 der Gleichrichterschaltung 401 mit einem ersten Source/Drain-Anschluss 405 und dem Gatebereich 406 des Transistors gekoppelt ist und der zweite Source/Drainbereich 407 des Transistors mit einem ersten Ausgangsanschluss 408 gekoppelt ist und ferner ein zweiter Eingangsanschluss 409 der Gleichrichterschaltung 401 mit einem zweiten Ausgangsanschluss 410 der Gleichrichterschaltung 401 gekoppelt ist.
Der Transistor 401 besitzt einen Aufbau gemäß Fig. 1a mit einer den Bodybereich bildenden Schicht 106 aus Tetrazen. Die negative Halbwelle der Wechselspannung, die am Eingang 402 der Schaltung 400 anliegt, wird mittels der Transistors 401 gesperrt, so dass am Ausgang 403 der Gleichrichterschaltung nur die positive Halbwelle zur Verfügung steht und deren Energie für die Spannungsversorgung der Transponderschaltung genutzt wird.
Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiel einer Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung. Bei der Gleichrichterschaltung 500 ist ein Feldeffekt-Transistor 501 mit einem Aufbau gemäß Fig. 1 parallel zur Last geschaltet. Bei der Schaltung 500 wird die negative Halbwelle der Eingangsspannung, die am Eingang 502 des Transistors anliegt, über den Transistor kurzgeschlossen. Dadurch steht am Ausgang 503 der Gleichrichterschaltung 500 nur die positive Halbwelle zur Verfügung. Diese kann wiederum für die Spannungsversorgung der Transponderschaltung herangezogen werden.
In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] http:/ / rapidttp.co.ta/transponder/
[2] R. Bastiaansen, Polymer Electronics, Philips Research publication, Nov. 1998
[3] M. Shim, N-Type colloidal Semiconductor Nanocrystals, Nature Vol. 407, S. 981-983, 2000
[4] WO 99/39373
[5] WO 99/19900
[6] H. Katz et. al., A soluble and air-stable organic semiconductor with high electron mobility, Nature Vol. 404, S. 478-481, 2000
[7] B. Crone et. al. Large Scale complementary integrated circiuts based on organic transistors, Nature Vol., 403, S. 521-523, 2000
[8] R. Sirringhaus et al. High-Resolution Inkjet Printing of All-Polymer Transistor Circuits, Science, Vol. 290, S. 2123-2126, Dezember 2000
[9] M. G. Kane et al. Analog and Digital Circuits using Organic Thin-Film Transistors on Polyester Substrate, IEEE Electron Device Letters, Vol. 21, Nr. 11, S. 534-536, 2000
[10] C. D. Sheraw et al. Fast Organic Circuits an flexible Polymeric Substrates, International Electro Device Meeting Technical Digest, Dezember 2000
[11] Kunststoff-Kompendium, Seiten 8 bis 10 und 110 bis 163, 2. Auflage 1988, Franck/Biederbick, Vogel-Buchverlag Würzburg, ISBN 3-8023-0135-8 Bezugszeichenliste 100 Feldeffekt-Transistor
101 Träger
102 Gate-Bereich
103 Schicht aus dilektrischem Material
104 Source/Drain-Bereich
105 Source/Drain-Bereich
106 Schicht mit halbleitendem Material
200 Transponderschaltung
201 Sender
202 Spule
203 Kondensator
204 Gleichrichterschaltung
205 Glättungskondensator
206 Gleichspannung
300 Gleichrichterschaltung
301 Feldeffekt-Transistor
302 Feldeffekt-Transistor
303 Feldeffekt-Transistor
304 Feldeffekt-Transistor
305 Eingang der Gleichrichterschaltung
306 Ausgang der Gleichrichterschaltung
400 Gleichrichterschaltung
401 Feldeffekt-Transistor
402 Eingang der Schaltung
403 Ausgang der Schaltung
404 erster Eingangsanschluss
405 erster Source/Drain-Bereich des Transistors
406 Gateberereich des Transistors
407 zweiter Source-Drainbreich des Transistors
408 erster Ausgangsanschluss
409 erster Eingangsanschluss
410 zweiter Ausgangsanschluss
500 Gleichrichterschaltung
501 Feldeffekt-Transistor
502 Eingang der Schaltung
503 Ausgang der Schaltung
600 photolithographische Maske
601 Bereich
602 Bereich
603 Bereich
604 Bereich

Claims

1. Transponderschaltung mit einer Gleichrichterschaltung, die mindestens ein Bauelement aufweist, das mindestens eine Schicht mit einem organischen Material aufweist.

2. Transponderschaltung nach Anspruch 1, bei der das organische Material ein organisches inertes Polymermaterial ist, das als Matrixmaterial dient, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet sind.

3. Transponderschaltung nach Anspruch 1, bei der das organische Material ein halbleitendes organisches Material ist.

4. Transponderschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das mindestens eine Bauelement der Gleichrichterschaltung, das die Schicht mit dem organischen halbleitenden Material aufweist, eine Diode ist.

5. Transponderschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Bauelement der Gleichrichterschaltung, das die Schicht mit dem organischen Material aufweist, ein Feldeffekt-Transistor ist.

6. Transponderschaltung nach Anspruch 5, bei der die Schicht mit dem organischen Material den Body-Bereich des Feldeffekt- Transistor bildet.

7. Transponderschaltung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Feldeffekt-Transistor der Gleichrichterschaltung in Längsanordnung angeordnet ist.

8. Transponderschaltung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Feldeffekt-Transistor der Gleichrichterschaltung parallel zur Last geschaltet ist.

9. Transponderschaltung nach Anspruch 5 oder 6, bei der vier Feldeffekt-Transistoren der Gleichrichterschaltung in Graetz-Schaltung angeordnet sind.

10. Transponderschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der das organische halbleitende Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Pentazen, Antrazen, Tetrazen, Oligothiophen, Polythiophen, Polyanilin, Poly-p-phenylen, Poly-p-phenylvinylen, Polypyrrol, Phthalocyanin, Porpyhrin und Derivaten davon besteht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Transponderschaltung mit einer mindestens ein Bauelement aufweisender Gleichrichterschaltung, bei dem zur Ausbildung des mindestens einen Bauelements der Gleichrichterschaltung mindestens eine Schicht mit einem organischen Material auf einem Trägermaterial aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als organisches Material ein organisches elektrisch inertes Polymermaterial verwendet wird, das als Matrixmaterial dient, in das anorganische halbleitende Partikel eingebettet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als organisches Material ein halbleitendes organisches Material verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem als das Bauelement der Gleichrichterschaltung ein Feldeffekt-Transistor verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Schicht mit dem organischen Material den Body- Bereich des Transistors bildet.