DE60129540T2

DE60129540T2 - Multidimensionale adressierungsarchitektur für elektronische anordnungen

Info

Publication number: DE60129540T2
Application number: DE60129540T
Authority: DE
Inventors: Magnus Berggren; Per-Erik Nordal; Geirr I. Leistad
Original assignee: Thin Film Electronics ASA
Current assignee: Ensurge Micropower ASA
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: CN1419696A; AU776671B2; AU4289801A; KR20020084133A; JP2003528354A; US20010040828A1; CA2403859A1; RU2248626C2; EP1269475B1; NO20001469L; KR100524427B1; EP1269475A1; US6424553B2; ATE368286T1; NO315728B1; RU2002128022A; NO20001469D0; DE60129540D1; CA2403859C; WO2001071722A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zum Bereitstellen von Adressierbarkeit in einem Gerät, welches ein oder mehrere Volumenelement/e umfasst, wobei das Volumenelement oder die Volumenelemente zusammen mit diesem Mittel einen Teil einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix in diesem Gerät bilden, wobei ein Volumenelement eine oder mehrere Zelle/n mit einer Datenspeicherungs-, Datenverarbeitungs- oder Signalverarbeitungsfunktionalität in Abhängigkeit von den elektronischen oder elektrischen Eigenschaften eines Materials des Volumenelements umfasst, wobei das Mittel einem spezifischen Platz in einem Volumenelement Adressierbarkeit durch Herstellen einer selektiven elektrischen Verbindung mit dem Volumenelement bzw. in dem Fall, dass das Volumenelement mehr als eine Zelle umfasst, mit einer spezifischen Zelle von diesem bereitstellt, wobei die Auswahl des spezifischen Volumenelements oder einer spezifischen Zelle von diesem durch Bereitstellen einer nicht notwendigerweise elektrischen Verbindung mit drei oder mehr durch das Mittel gebildeten Elektroden und Kontaktieren des Volumenelements zum Bewirken einer selektiven Wechselwirkung mit diesem in einem Bereich desselben in enger Nähe zu diesen Elektroden erfolgt, und wobei dieser Bereich eine Zelle in diesem Volumenelement definiert, auf die dadurch wechselseitig eingewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Gerät, das ein solches Mittel umfasst, wobei das Mittel zusammen mit einem oder mehreren Volumenelement/en einen Teil einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix in diesem Gerät bildet, wobei ein Volumenelement eine oder mehrere Zelle/n mit einer Datenspeicherungs-, Datenverarbeitungs- oder Signalverarbeitungsfunktionalität in Abhängigkeit von den elektronischen oder elektrischen Eigenschaften eines Materials des Volumenelements umfasst, und wobei das Gerät mehr als eine Matrix dieser Art umfasst.
Allgemein offenbart die vorliegende Erfindung Adressierarchitekturen, die elektronischen N-Anschluss-Zugriff auf Volumenelemente oder Bereiche von diesen in zwei- oder dreidimensionalen Matrixstrukturen bereitstellen, wobei die Zahl N von Anschlüssen, die an jede Adresse in der Matrix angeschlossen werden sollen, mindestens drei beträgt.
Orthogonale Adressiermatrizen in zwei Dimensionen werden weitestgehend in einer breiten Palette von elektronischen Geräten wie Kameras, Speichervorrichtungen und Anzeigen verwendet, bei denen ein eindeutiger elektronischer Zugriff auf jedes einzelne Matrixelement möglich sein muss.
Die einfachste Matrixart besteht aus einem Satz zueinander in einer Ebene paralleler Elektrodenlinien (nachstehend als "a"-Elektroden bezeichnet), die sich in unmittelbarer Nähe einer anderen Parallelebene befinden, die einen anderen Satz zueinander paralleler Elektrodenlinien (nachstehend als "b"-Elektroden bezeichnet) enthält. Die Sätze der und "b"-Elektroden sind so ausgerichtet, dass sie einander typischerweise auf orthogonale Weise kreuzen, wodurch Volumenelementen zwischen den sich kreuzenden Elektroden eine Adressierbarkeit verliehen wird. Somit kann auf das Volumenelement zwischen der Elektrode a_i im "a"-Elektrodensatz und der Elektrode b_j im "b"-Elektrodensatz elektrisch eingewirkt werden, indem die Elektroden a_i und b_j an eine geeignete Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen werden. Die Volumenelementen können aktive Schaltungselemente aufnehmen, die durch ein Eingangssignal ausgelöst werden können, oder in sich selbst als schaltende oder als passive Elemente vorgesehen sein können, von denen ein physikalischer Zustand durch Anlegen eines Eingangssignals verändert oder beim Adressieren in den "a"- und "b"-Elektroden erfasst werden kann, wodurch dann Speicherelemente hergestellt werden können, um binäre oder mehrwertige logische Werte zu speichern.
Eine Vorrichtung, die auf Matrizen dieser Art beruht, ist z.B. in der an den vorliegenden Anmelder übertragenen Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/NO98/00185 ( US-Patent Nr. 6 055 180 ) offenbart. Diese betrifft eine elektrisch adressierbare passive Vorrichtung, die in optischen Erfassungseinrichtungen, Volumendatenspeichervorrichtungen oder Volumendatenverarbeitungsvorrichtungen verwendet werden kann. Die offenbarte Vorrichtung umfasst ein Funktionsmedium in Form einer durchgehenden oder texturierten Struktur, die eine physikalische oder chemische Zustandsveränderung erfahren kann. Dieses Funktionsmedium, das dem Volumenelement der vorliegenden Erfindung entspricht, umfasst einzeln adressierbare Zellen, die zwischen der Anode und Kathode in einer elektrischen Einrichtung vorgesehen sind, welche das Funktionsmedium in der Zelle kontaktiert und eine elektrische Verbindung damit bewirkt. Die Anoden sind als ein erster Satz paralleler streifenartiger Elektroden in einer Schicht vorgesehen, der das Funktionsmedium auf einer Seite kontaktiert, und die Kathoden sind als zweiter Satz streifenartiger Elektroden vorgesehen, der das Funktionsmedium auf der anderen Seite kontaktiert, wobei die streifenartigen Elektroden in jedem Satz zueinander parallel sind und jeder Elektrodensatz so ausgerichtet ist, dass die Elektroden in einem Satz im Hinblick auf die Elektroden im anderen Satz orthogonal ausgerichtet sind. In der Praxis ist nun das Volumenelement des Funktionsmediums an der Kreuzung einer streifenartigen Elektrode des ersten Satzes mit einer streifenartigen Elektrode des zweiten Satzes gebildet. Wenn eine Zelle in dieser Vorrichtung adressiert wird, z.B. zum Einschreiben, Auslesen oder Schalten beispielsweise eines einer Zelle zugeordneten logischen Werts, wird elektrische Energie über ein ausgewähltes Paar einander kreuzender Elektroden im ersten bzw. zweiten Satz direkt an das Funktionsmedium der Zelle angelegt.
Die Internationale Patentanmeldung Nr. PCT/NO98/00212, die ebenfalls auf den vorliegenden Anmelder übertragen wurde, offenbart eine ähnliche Vorrichtung, bei der jedoch die Elektrodenmatrix gegenseitig isoliert mit dem Elektrodensatz in einer Brückenanordnung und das Funktionsmedium über den Elektrodensätzen und diese abdeckend vorgesehen ist. Zusätzlich zu ihrer möglichen Verwendung als adressierbare elektrische Speichervorrichtung erleichtert diese besondere Anordnung mit überbrückten Elektroden, die vom Funktionsmedium abgedeckt werden, im Gegensatz zu der zuvor erwähnten Vorrichtung, bei der das Funktionsmedium sandwichartig zwischen den Elektroden eingeschlossen ist, ihre Verwendung zum Beispiel in einer optischen oder elektronischen Kamera oder in einer chemischen Kamera oder in einer elektrisch adressierbaren Anzeigevorrichtung.
Schließlich offenbart noch die Internationale Patentanmeldung Nr. PCT/NO98/00237, die auch auf den vorliegenden Anmelder übertragen wurde, eine ferroelektrische Vorrichtung zum Verarbeiten und/oder Speichern von Daten mit einer passiven elektrischen Adressierung des Funktionsmediums, bei dem es sich um einen Dünnfilm aus ferroelektrischem Material handelt, das über den Elektrodensätzen und diese abdeckend vorgesehen ist, die auch hier wieder in einer überbrückten Anordnung vorgesehen sind.
In all den vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann das Funktionsmedium, das einem zwischen und über den Elektrodensätzen vorgesehenen Volumenelement entspricht, als umfassende Schicht abgeschieden werden, in der die einzelnen Zellen natürlich immer durch die Kreuzungen zwischen den Elektroden in den ersten bzw. zweiten Elektrodensätzen gebildet sind. Allerdings kann das Funktionsmedium, welches das Element ausmacht, auch so strukturiert oder pixeliert sein, dass einzelne Volumenelemente zwischen oder über der Kreuzung der Elektroden in den jeweiligen Sätzen vorgesehen sind, wodurch ein Volumenelement entsteht, das nur eine Zelle umfasst. Dies wirkt sich natürlich nicht auf die mögliche Gesamtanzahl von Zellen in der Matrix aus, weil diese Gesamtanzahl im Wesentlichen das Produkt der Anzahl von Elektroden in jedem Satz sein wird.
In Anordnungen oder Matrizen der vorstehend erwähnten Art, die elektrische Signale speichern oder verarbeiten, können die so gebildeten Matrix- oder Anordnungselemente je nach der Anwendung verschiedene Arten von Komponenten und Schaltkreisen umfassen, aber an jedem Kreuzungspunkt sind immer nur zwei unabhängige elektrische Verbindungen zur Außenwelt möglich. Aufgrund der beiden verfügbaren Dimensionen können die beiden Elektrodensätze somit nur eine exklusive Adressierung an zwei Endgeräte oder Endschaltkreise unterstützen.
Heutzutage werden in elektronischen Systemen, die auf Matrizen beruhen, und bei denen jedes Matrixelement mehr als zwei Anschlüsse braucht, mehrere Lösungsansätze verwendet. In der SRAM-Technologie, brauchen die Speicherzellen mehr als zwei Anschlüsse, d.h. Vcc, Zeichen, -Zeichen und Wort. Eine Matrixlösung aus dem Stand der Technik zum Adressieren der Speicherzellen in SRAM-Technologie ist in 1 gezeigt und verwendet zwei parallele Leitungen, eine Vcc-Leitung und eine Wortleitung, die senkrecht zu zwei anderen parallelen Leitungen, einer -Zeichen und einer Zeichenleitung sind. Zwischen den beiden parallelen Leitungen kann keine exklusive Adressierung erzielt werden, d.h. keine exklusive Adressierung zwischen -Zeichen und Zeichen zum Beispiel.
Eine andere Lösung aus dem Stand der Technik zum Realisieren einer exklusiven Adressierung zwischen mehr als zwei Leitungen (oder Elektroden) ist in 2 gezeigt. Hier wird eine dreidimensionale Matrix verwendet. Eine exklusive Adressierung wird nun zwischen einem bestimmten Satz von Leitungen a_i, b_j und c_k erzielt. Indem nur die Kombination a_i, b_j gewählt wird, wird eine Spalte gewählt und so lange kein spezielles Element adressiert, bis nicht auch c_k festliegt. Jedes Element, das die Anforderung i ∈ (1, i_max), j ∈ (1, j_max) und k ∈ (1, k_max) erfüllt, kann über eine Adressierkombination von a_i, b_j und c_k erreicht werden.
Die physikalische Umsetzung der vorstehend erörterten Adressierschemata ist nicht einfach, wenn auf jedes Element in der Matrix durch drei oder mehr Anschlüsse zugegriffen werden soll.
In zweidimensionalen Fällen aus dem Stand der Technik, wie sie vorstehend beispielhaft für SRAM-Vorrichtungen und in 1 gezeigt wurden, ist die elektronische Schaltung dann in einer quasi-planaren Weise hergestellt, wenn die reale Stelle jedes Elements in der Matrix durch zwei Koordinaten definiert ist. In einer Reihe von Abscheidungs-, Maskierungs- und Ätzschritten, die Präzisionsausrichtungsvorgänge usw. mit sich bringen, wird Schicht auf Schicht aufgebaut. Dieser Lösungsansatz erlaubt nur eine eingeschränkte Skalierbarkeit und Flexibilität und führt zu einer schnell zunehmenden topologischen Komplexität, wenn die Anzahl von Anschlüssen an jeder Matrixkoordinate zunimmt.
Was echte dreidimensionale Matrixadressierschemata betrifft, wie sie in 2 gezeigt sind, gibt es, soweit festgestellt werden kann, keine Beispiele für hochdichte Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, die durch Massenfertigungsprozesse hergestellt wurden. In der Praxis waren Funktionsadressierschemata zur Matrixadressierung in drei Dimensionen und dabei gleichzeitig eine geringe Komplexität und hohe Kompatibilität mit einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozessen nicht einfach zu bewerkstelligen.
Somit ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden, indem generische Architekturen zum Adressieren elektronischer Vorrichtungen oder Elemente mit N-Anschlüssen (N > 2) bereitgestellt werden, wobei diese Vorrichtungen oder Elemente physikalisch auf Art einer Matrix in zwei oder drei Dimensionen angeordnet sind.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und praktisches Mittel bereitzustellen, um ein einzelnes N-Anschlusselement in einer zweidimensionalen Matrix mit n externen Spannungs- oder Stromanschlüssen eindeutig zu verbinden, wobei 2 ≤ n ≤ N ist.
Die vorstehend erwähnten Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden erfindungsgemäß mit einem Mittel erzielt, das sich dadurch auszeichnet, dass es wenigstens drei Sätze einer Mehrzahl elektrisch leitender Linien oder streifenartiger Elektroden umfasst, jeder Elektrodensatz diese streifenartigen Elektroden umfasst, die in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung zueinander in einer jeweiligen zweidimensionalen ebenen Schicht vorgesehen sind, die einen weiteren Teil dieser Matrix bildet, diese Schichten aus Elektrodensätzen im Wesentlichen gegenseitig parallel sind, ein Satz streifenartiger Elektroden in einer Schicht in einem Winkel zu dem projizierten Ausrichtungswinkel der Elektrodensätze der proximalen angrenzenden Schichten auf dieser einen Schicht so ausgerichtet ist, dass diese Sätze streifenartiger Elektroden in proximalen angrenzenden Schichten eine gegenseitige nicht orthogonale Beziehung aufweisen, und die Elektroden, die einen Bereich eines Volumenelements kontaktieren, durch eine Kreuzung von drei oder mehr dieser streifenartigen Elektroden in den jeweiligen Elektrodensätzen, die das Volumenelement kontaktieren, so ausgebildet sind, dass die Zelle oder die Zellen dieses Volumenelements in jedem Fall darin dazwischen oder an dieser Kreuzung der drei oder mehr streifenartigen Elektroden angeordnet sind, eine selektive Adressierung der Zelle durch Anlegen eines Stroms oder einer Spannung an eine ausgewählte streifenartige Elektrode in jedem der Elektrodensätze erfolgt, was entweder gleichzeitig oder in einer zeitlichen Folge geschieht, die durch ein vorbestimmtes Adressierungsprotokoll definiert ist.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform des Mittels nach der Erfindung sind die im Wesentlichen streifenartigen Elektroden in gleichem Abstand voneinander beabstandet vorgesehen.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform des Mittels nach der Erfindung ist ein Elektrodensatz in der Matrix um eine dazu im Wesentlichen senkrechte Achse um einen gegebenen Winkel oder gegebene Winkel in Bezug auf wenigstens die proximalen angrenzenden Elektrodensätze so gedreht vorgesehen, dass keine der streifenartigen Elektroden in diesen proximalen angrenzenden Elektroden sich konform überlappen.
In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform sind alle Elektrodensätze in der Matrix gegenseitig um eine dazu im Wesentlichen senkrechte Achse um einen gegebenen Winkel oder gegebene Winkel so gedreht vorgesehen, dass keine der streifenartigen Elektroden in irgendeinem anderen Elektrodensatz sich konform überlappen, und vorzugsweise beträgt dann der gegebene Drehungswinkel zwischen einem Elektrodensatz und einem folgenden proximalen angrenzenden Elektrodensatz 2π/m·N oder 360°/m·N, wobei N die Anzahl der streifenartigen Elektroden ist, die jeweils eine Anschlussstelle in einer Zelle kontaktieren, und m eine ganze Zahl wie beispielsweise m ≤ N ist.
In verschiedenen weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des Mittels nach der Erfindung umfasst das Mittel drei Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit Zellen mit bis zu drei Anschlussstellen, oder vier Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit Zellen mit bis zu vier Anschlussstellen, oder drei Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit wenigstens zwei Zellen mit höchstens jeweils bis zu zwei Anschlussstellen.
Erfindungsgemäß ist die in einem jeweiligen Elektrodensatz vorgesehene Anzahl streifenartiger Elektroden unter Berücksichtigung der Anzahl und geometrischen Anordnung der Zellen in der Matrix gewählt, um die darin befindliche Anzahl adressierbarer Zellen zu maximieren, und vorzugsweise ist die in einem jeweiligen Elektrodensatz vorgesehene Anzahl streifenartiger Elektroden so gewählt, dass die Adressierung einer Zelle in der Matrix ermöglicht wird.
Nach noch einer Ausführungsform des Mittels nach der Erfindung, bei der jede Zelle in einem Volumenelement in einer Matrix mit wenigstens zwei Anschlussstellen versehen ist, wird es als vorteilhaft erachtet, dass die Elektrodenschichten und die Schicht oder Schichten, welche die Volumenelemente bilden, so in einer Sandwich-Anordnung vorgesehen sind, dass eine Elektrode an eine Fläche von wenigstens einer Volumenelementschicht in schnittstellenartiger Beziehung mit dieser angrenzt, wodurch die Kreuzung zwischen den streifenartigen Elektroden in jeder Elektrodenschicht eine Zelle in dem Volumenelement definiert und vorzugsweise dann eine Diodenverbindung zwischen einer Elektrode in einer Elektrodenkreuzung und einer dadurch definierten Zelle vorgesehen ist.
Schließlich kontaktiert in einer vorteilhaften Ausführungsform des Mittels nach der Erfindung, bei dem eine oder mehrere Zelle/n im Volumenelement wenigstens eine Transistoranordnung umfasst/umfassen, wenigstens eine Elektrode in den wenigstens zwei Elektrodensätzen jeweils die Anschlussstellen dieser wenigstens einen Transistoranordnung, und wenn mehr als ein Volumenelement mehr als eine Transistoranordnung umfasst, dann verbindet vorzugsweise wenigstens eine Elektrode in wenigstens zwei Elektrodensätzen jeweils die Transistoren über ihre Anschlussstellen elektrisch miteinander.
Die vorstehenden Aufgaben und andere Merkmale und Vorteile werden auch mit dem Gerät oder der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in die Tat umgesetzt, das bzw. die sich dadurch auszeichnet/auszeichnen, dass die Matrizen in einer gestapelten Anordnung vorgesehen sind, wodurch das Gerät oder die Vorrichtung eine Volumenstruktur aus gestapelten Matrizen zur Datenspeicherung, Datenverarbeitung oder Signalverarbeitung bildet, wie dies durch die Funktionalität jeder Matrix in dem Stapel jeweils vorgegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Geräts oder der Vorrichtung nach der Erfindung, ist das Gerät oder die Vorrichtung auf einem Substrat vorgesehen, welches integrierte Schaltungen umfasst, die mit den Elektroden der Mittel verbunden sind, um Treibersteuerungs- und Fehlerkorrekturfunktionen in den Zellen der Volumenelemente der Matrizes zu implementieren.
Die Erfindung wird nun ausführlicher anhand einer Erörterung beispielhafter Ausführungsformen in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt, wie vorstehend erwähnt, ein Beispiel einer Matrixadressierung nach dem Stand der Technik mit Leitungen für vier Anschlüsse,
2 zeigt, wie vorstehend erwähnt, ein orthogonales dreidimensionales Matrixschema aus den Stand der Technik,
die 3a und b zeigen ein orthogonales Matrixadressierungsschema nach dem Stand der Technik für Vorrichtungen mit drei Anschlüssen, die aus zwei Zweipol-Untereinheiten bestehen,
4 zeigt eine Adressiermatrix nach der vorliegenden Erfindung,
die 5a bis 5d zeigen Varianten einer ersten Ausführungsform von Adressiermatrizes nach der vorliegenden Erfindung,
6a-6f zeigen Varianten einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die 7a-7e zeigen Varianten einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die 8a und b zeigen ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
9 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Elemente an Kreuzungsstellen in einer Matrix ein Gleichrichterdiodenverhalten aufweisen.
1 zeigt ein wie bereits in der Einleitung erörtertes Adressierschema aus dem Stand der Technik für 4 SRAM-Speicherzellen in einer orthogonalen Flächenmatrix. Es sind vier Leitungen notwendig, die Aktualisieren, Einschreiben und Auslesen darstellen. Wenn Zeichen und -Zeichen gewählt werden, wird eine ganze Spalte adressiert.
2 zeigt ein wie auch bereits in der Einleitung erörtertes orthogonales Dreipol-Matrixadressierschema in drei Dimensionen. Jeder Kreuzungspunkt zwischen Elektrodenleitungen legt eine physikalische Koordinate in der Matrix fest und kann ein Dreipol-Schaltungselement oder eine Dreipol-Schaltvorrichtung aufnehmen.
Um einen besseren Aufschluss über den allgemeinen Hintergrund und die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu geben, erfolgt nun eine kurze Erörterung, wie eine Dreipolvorrichtung aus dem Stand der Technik, die aus zwei Anschlussteileinheiten besteht, im Prinzip durch drei Sätze paralleler Elektroden adressiert werden kann, die in orthogonalem Verhältnis zum darüber oder darunter liegenden angrenzenden Elektrodensatz angeordnet sind. In dieser Verbindung ist es jedoch wichtig anzumerken, dass diese Vorrichtung nicht mehr als eine einfache Erweiterung der passiven Matrixvorrichtung aus dem Stand der Technik mit einer Adressierung an Zellen ist, die durch die Elektrodenkreuzungen bestimmt sind, und folglich dieselben Nachteile umfasst, wie sie bereits in der Erörterung des Stand der Technik in der Einleitung aufgeführt wurden.
Wenn jedes Element in einer zweidimensionalen Anordnung zwei Teileinheiten besitzt, wovon jede von der Zweipol-Art ist, kann das Element im Prinzip über ein orthogonales passives Matrixnetz adressiert werden. Ein Schema dieser Art aus dem Stand der Technik ist in den 3a und b gezeigt, worin nur drei mit 1, 2 und 3 bezeichnete Elektrodenschichten in einer Anordnung vorgesehen sind, die Teil eines Stapels mit viel mehr Schichten sein kann. Die beiden Elemente M1, M2, die in 3a sandwichartig zwischen den Überlappungsbereichen der Elektroden, d.h. zwischen Elektroden 1 und 2, und zwischen Elektroden 2 und 3 eingeschlossen sind, können separat durch richtige elektrische Stimulierung der Kreuzungselektroden aktiviert werden. Ein echtes Dreipol-Element, das sich im Elektrodenkreuzungsbereich oder angrenzend daran befindet, kann nicht auf die in 3a gezeigte Weise, d.h. als zwei separate Segmente, sandwichartig eingeschlossen werden und benötigt mindestens eine separate Direktverbindung mit der dritten Elektrode. Diese orthogonale passive Matrixadressierung hat mehrere Nachteile.
Wie aus 3b zu sehen ist, bringt die orthogonale Elektrodenanordnung lange, parallele Kopplungswege mit sich, die eine induktive und/oder kapazitive Kreuzkopplung in jeder zweiten Elektrodenschicht in einem wie gezeigten Stapel verursachen. Noch wichtiger ist, dass in Vorrichtungsstrukturen, die auf umfassenden Funktionsschichten zwischen den Elektrodensätzen aufbauen, aufgrund der massiven Überlappung der Elektroden 1 und 3 außerhalb des die Vorrichtung enthaltenden Kreuzungsbereichs eine fundamentale Einschränkung besteht, und zwar gibt es, wenn jede Funktionsschicht in der zu den Schichten senkrechten Richtung leiten kann, einen direkter Kriechstromweg zwischen den Elektroden 1 und 3 entlang des gesamten Verlaufs der Elektroden vom Kreuzungspunkt bis zum Rand der Matrix. Dies ist eine ernsthafte Einschränkung, die wichtige Anwendungen wie etwa Speichervorrichtungen mit einer bistabilen Speicherschicht (zwischen den Elektroden 1 und 2) und einer Stromregelung, oder einer Schaltebene (zwischen den Elektroden 2 und 3) ausschließt.
Darüber hinaus besteht ein schnell zunehmendes Verdichtungsproblem in der unterstützenden Elektronik und den Verbindungen an den Rändern der Adressiermatrix, wenn die Anzahl von Anschlüssen an jeder Elementadresse zunimmt. Wie in 3b gezeigt ist, kann dies dadurch etwas abgeschwächt werden, dass die Treiberelektronik für die Elektrodensätze 1 und 3 auf entgegengesetzten Seiten der Matrix angeordnet wird. Diese Strategie stellt nur ein Maximum von vier separat angesteuerten Elektrodensätzen bereit, die einem Vierschichtstapel und nicht dem in 3a gezeigten Dreischichtstapel entsprechen. Wie vorstehend erwähnt, können jedoch Stapel mit einer größeren Anzahl von Schichten in vielen Fällen wünschenswert sein. Es kann auch wünschenswert sein, dass sich die gesamte Elektronik auf einem gemeinsamen Substrat, z.B. einem Silizium-Wafer befindet. Dies impliziert, dass orthogonale Matrixstapel der in 3b gezeigten Art, und die mehr als vier Elektrodenschichten enthalten, hochdichte Elektrodenverbindungen benötigen, die sich über längere Distanzen zu anderen, unbenutzten Teilen des Substrats erstrecken, was in den meisten Fällen nicht wünschenswert ist. Alternativ müssen Treiberelektronikmodule, die zu verschiedenen Elektrodensätzen gehören, übereinander gestapelt werden. Dies bringt eine Menge unerwünschter Nebenwirkungen, z.B. den Bedarf an anderen Arten von Halbleitertechnologien (Dünnfilmtransistoren, usw.) und mit Kreuzkopplung zusammenhängende Komplikationen und mit den gestapelten aktiven Schaltungskomplexen zusammenhängende Wärmeleitungs- und Verarbeitungsinkompatibilitäten mit sich.
4 stellt das Grundprinzip des Mittels oder der Einrichtung, d.h. einer Adressiermatrix nach der vorliegenden Erfindung dar. Die Matrix nimmt Dreipol-Vorrichtungen oder -Zellen in einer Flächenanordnung auf. Eine Elektrodeneinrichtung, die drei planare oder flächige Sätze von Elektrodenleitungen a_i, b_j und c_k umfasst, ist auf eine gemeinsame Ebene projiziert gezeigt. In jedem Satz sind die Elektrodenleitungen parallel zueinander. Jeder Elektrodensatz ist um einen bestimmten Winkel in Bezug auf die anderen beiden Sätze gedreht, und Elektroden von einem Satz kreuzen die anderen beiden Elektrodensätze an gemeinsamen Kreuzungspunkten, an denen sich die zu adressierenden Vorrichtungen befinden. Obwohl in einer einzigen Ebene gezeigt, sind die Elektrodensätze, die in Bezug aufeinander gedreht sind, physikalisch an den Kreuzungspunkten voneinander getrennt und liegen typischerweise in separaten Ebenen. Diese können jedoch in unmittelbarer Nähe zueinander, getrennt durch einen strukturierten oder flächigen Dünnfilm liegen, der das Volumenelement der Matrix bildet (in 4 nicht gezeigt). In diesem Beispiel kann auf die Vorrichtungen oder Funktionselemente, die sich an den Kreuzungspunkten in der Matrix befinden, durch bis zu N = 3 unabhängige Anschlussverbindungen zugegriffen werden, die zum Rand der Matrix führen, wo die Elektroden mit Treiber- und Abtastschaltungen verbunden werden können.
Die verschiedenen Elektrodensätze können so gedreht werden, dass sie eine symmetrische Anordnung ohne Überlappung, auch nicht bei einem großen Wert N bieten, z.B. wobei die Winkel zwischen Nachbarebenen (oder Schichten oder Sätzen) durch 360°/m·N gegeben sind, worin N die Anzahl von Anschlüssen und m eine ganze Zahl ist, die kleiner oder gleich N ist. Da sich nun keine zwei benachbarte Elektrodensätze konform überlappen, werden kapazitive Kopplungen größtenteils vermieden.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, der sie vom Stand der Technik abhebt, ist bei Betrachtung von 4 zusammen mit 3 klar ersichtlich. Wie vorstehend bereits erörtert wurde, kann die in 3 gezeigte Anordnung aus dem Stand der Technik aufgrund der extensiven Überlappung von Elektroden in den Sätzen 1 und 3 nicht bei Vorrichtungen verwendet werden, die mit umfassenden Funktionsschichten hergestellt sind, die in der zu den Schichten senkrechten Richtung leiten. Auch kann die Überlappung übermäßige induktive oder kapazitive Kreuzkopplung verursachen. In dem in 4 dargestellten nicht orthogonalen Fall liegt der einzige Überlappungspunkt zwischen den drei Elektroden, die mit einer bestimmten Vorrichtung in Verbindung stehen, am Kreuzungspunkt. Obwohl hier vier Elektrodenanordnungen mit N = 3 gezeigt sind, trifft dies selbstverständlich auch auf nicht orthogonale Matrizes mit N > 3 zu.
Wenn nun die in 2 gezeigte echte dreidimensionale Matrix aus dem Stand der Technik mit der wie in 4 gezeigten Adressiermatrix nach der vorliegenden Erfindung verglichen wird, sollte festgehalten werden, dass im letztgenannten Fall ein Element durch Auswahl nur zweier nicht paralleler Leitungen definiert werden kann. Somit wird eine exklusive Adressierung zum Element an der Kreuzung zwischen a_i, b_j und c_k sowohl aus den Zweierkombinationen (a_i, b_j), (a_i, c_k) und (b_j, c_k) als auch der Dreierkombination (a_i, b_j, c_k) erhalten.
Jedes Element in der wie oben beschriebenen Matrix steht mit drei Leitungen in Bezug, die voneinander unabhängig entweder in Zweier- oder Dreierkombinationen elektrisch aktiviert werden können. Anzumerken ist jedoch, dass gültige i-, j-, k-Kombinationen der folgenden Auswahlregel unterliegen: i + j + k = 2n + 1, worin n = imax = jmax = kmax.
Diese Auswahlregel trifft nicht nur auf Elektrodenanordnungen zu, die wie in 4 gezeigt gleichschenklige Dreiecke bilden, sondern ganz allgemein auch auf Elektroden, die dreieckige Kreuzungsmuster bilden, in denen die Dreiecke von beliebiger Form sein aber gemeinsame Kreuzungspunkte haben können.
Nun sollten Varianten einer zweiten Ausführungsform von Adressiermatrizen nach der Erfindung erörtert werden. Diese Varianten nehmen alle Vierpol-Vorrichtungen oder -Zellen in einer Flächenanordnung auf.
Die 5a und 5b zeigen eine Ausweitung dieses Prinzips auf die Fälle mit N = 4. Die Adressiermatrix ist in beiden Fällen dieselbe, aber die externe Verbindungsanordnung von 5b ist kompakter als die in 5a gezeigte. Wie festgestellt werden kann, gibt es zusätzlich zu den Vierpol-Kreuzungsstellen auch Kreuzungen zwischen nur zwei Leitungen, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Diese Doppelleitungskreuzungen sollen im Prinzip einen Verlust an Adressierdichte darstellen, wenn nur vierpoladressierte Vorrichtungen oder Vorrichtungsgruppen in die Matrix mit eingebunden werden sollen. Allerdings kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, sowohl Zwei- als auch Vierpol-Vorrichtungen in dieselbe Matrix mit aufzunehmen, was die Bauteildichte erhöht.
In den in 5a und 5b gezeigten Varianten ist die Adressiermatrix als ein Quadrat mit 8 × 8 = 64 Elementen oder Bauteilen wiedergegeben. Wenn jedoch die Anzahl der Adressierleitungen bei jedem der Elektrodensätze a, d, c, d auf 8 beschränkt wird, liegt die Anzahl von Vierpol-Elementen unter 64. Eine Ausführungsvariante, die 64 Vierpol-Elemente in einer quadratischen 8 × 8-Matix zulässt, ist in 5c gezeigt. Die Elektrodensätze b und d umfassen je 8 Leitungen, die jeweils parallel zu den Reihen und Spalten der Matrix sind und somit auf alle 64 Elemente in der Matrix zugreifen können. Die Elektrodensätze a und c, die um 45 Grad im Hinblick auf die Sätze b und d gedreht sind, müssen jedoch je 15 Leitungen umfassen, um auf alle 64 Elemente zugreifen zu können. Im Allgemeinen gilt für eine Matrix p; q, dass die Anzahl von Leitungen, die parallel mit der Diagonalen der Matrix sind, durch p + q – 1 oder für p = q; 2p – 1 gegeben ist. Eine 8 × 8-Matrix muss somit 15 Leitungen in diagonalen Elektrodensätzen haben. Dasselbe Prinzip ist auch auf eine 5 × 3-Matrix in 5d angewendet gezeigt, in der die Elektrodensätze a und c jeweils 5 + 3 – 1 = 7 Leitungen umfassen müssen, um eine 15-Element-Matrix mit einem vollständigen Vierpolzugriff auf alle Elemente zu schaffen.
Durch simple Ausweitung des Grundprinzips des Drehens von Sätzen paralleler Adressierelektroden, können Adressiermatrizes mit N > 4 geschaffen werden.
Mit Bezug auf die 6a-6f und 7a-7e werden nun Varianten einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Beispiele für Komponenten, die in Adressiermatrizes nach der vorliegenden Erfindung mit aufgenommen werden können, sind Abtastvorrichtungen, Speicherzellen, Transistorbauteile und Drei- oder Mehrpolschaltungen. Die vorliegende Erfindung sorgt zum ersten Mal für die Gelegenheit, auf praktisch durchführbare Weise quasi zweidimensionale Netze zu schaffen, die Vorrichtungen dieser Art enthalten. Flächenvorrichtungen mit passiven sowie aktiven Matrixeigenschaften werden mit aufgenommen, wobei es sich bei einer Klasse von Beispielen um aktive Matrixanzeigen mit Zellen handelt, die lumineszierend (z.B. LED, Mikrolaseranordnung, Gasentladung) oder reflexions-/durchlassmodulierend (z.B. LCD, MEM) sind. Auch Speichervorrichtungen mit SRAM-, DRAM- und FRAM-Archtitekturen werden selbstverständlich mit aufgenommen (siehe die SRAM-Zelle von 1 mit 4 Anschlüssen). Wie es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein wird, geht der gesamte Anwendungsbereich weit über die hier angeführten Beispiele hinaus, welche den Umfang der vorliegenden Erfindung als keineswegs einschränkend aufgefasst werden sollen.
Die 6a bis 6f und 7a bis 7e offenbaren jeweils Varianten von Ausführungsformen, die N = 3 Verbindungen an den Kreuzungspunkten zwischen drei Elektrodensätzen nach der vorliegenden Erfindung mit sich bringen. Es werden zwei charakteristische Fälle behandelt, welche die Flexibilität der vorliegenden Erfindung veranschaulichen: In den 6a bis 6f sind Dreipol-Vorrichtungen oder -Zellen in den drei Leitungen am Kreuzungspunkt (Matrixadresse) zusammengeschaltet. In den 7a bis 7e sind zwei oder mehr Zweipol-Vorrichtungen oder Zellen an einem Kreuzungspunkt (Matrixadresse) mit verschiedenen Verbindungen zu drei Kreuzungselektroden an diesem Punkt gruppiert.
Im ersten, wie in den 6a bis 6f gezeigten Fall ist eine einzelne Dreipol-Vorrichtung oder -Zelle, die hier mit A bezeichnet ist, an die drei sich kreuzenden Elektrodenleitungen angeschlossen. 6a ist eine perspektivische Zeichnung, in der A mit den drei Elektrodenleitungen an einem Kreuzungspunkt zwischen diesen zusammengeschaltet ist, während 6b die entsprechende Schemadarstellung ist. Bei A kann es sich um einen Transistor handeln, wie in 6c gezeigt ist, der typischerweise an andere Komponenten angeschlossen ist, um eine breite Palette an verschiedenen Aufgaben zu erfüllen. Ein Beispiel ist ein lichtemittierendes Pixel in einer Anzeige, wie in 6d gezeigt ist, in welcher der Licht-Emitter vom Transistor A unter der Steuerung des Gate-Leitung b_j angesteuert wird. Ein anderes Beispiel ist in 6e wiedergegeben, in der eine chemische oder physikalische Abtastkomponente C in die Gate-Verbindung mit eingegliedert ist. Wenn die anderen Kreuzungspunkte in der Matrix ähnlich ausgestattet werden, ergibt sich eine zweidimensionale Abtast- oder Bildgebungsvorrichtung. Wenn alle wie in 6f gezeigten Komponenten A, B und C eingegliedert werden, ist eine zweidimensionale Anzeige geschaffen, in der die räumliche Lichtemissionsverteilung der räumlichen Verteilung der Stärke des Eingangsstimulus zur Komponente C entspricht.
Im zweiten, wie in den 7a bis 7e gezeigten Fall sind bis zu drei Zweipol-Komponenten oder -Vorrichtungen A, B und C an einer bestimmten Matrixadresse, d.h. am Elektrodenkreuzungspunkt (a_i, b_j, c_k) in der Matrix angeschlossen. Nun können die Komponenten unabhängig voneinander aktiviert werden, d.h. derselbe Kreuzungspunkt wird dadurch aktiviert, dass irgendeines der Elektrodenpaare (a_i, b_j), (a_i, c_k) und (b_j, c_k) aktiviert wird, siehe die perspektivische Zeichnung in 7a und die Schemadarstellung in 7b.
7c zeigt ein Schema für den Fall von zwei Zweipol-Komponenten oder -Vorrichtungen, A und B, die sich beide an derselben Matrixadresse (d.h. dem Kreuzungspunkt zwischen drei Elektroden in diesem Fall) befinden. Eine Konstellation dieser Art, die sich zur Verwendung in passiven Matrizen von WORM-Speichern (Write Once Read Many Timer – einmal beschreibbarer, dann nur noch lesbarer optischer Speicher) oder REWRITABLE Speichern (wiederbeschreibbarer Speicher) eignet, ist in 7d gezeigt, worin A und B eine Gleichrichterdiode bzw. eine Speicherzelle sind. Hier sorgt die Diode A für eine Unterdrückung parasitärer Stromschleifen ("Kriechströme") in einem passiven Matrixadressierschema, während B in einem bestimmten Logikzustand aufbereitet werden kann, worauf eine Ausleseoperation folgt, in der dieser Logikzustand bestimmt wird. In einer Klasse von WORM-Speichern ist B eine Sicherung, die während des Einschreibvorgangs ihren Widerstand von mäßig oder niedrig auf hoch oder unendlich ändert. Obwohl dies im Prinzip auch in einem zweidimensionalen passiven Matrixschema möglich ist, d.h. wie in 7d ohne die mittlere Elektrode b_j, impliziert es jedoch, dass während des Einschreibvorgangs ein Hochpegelstrom durch die Diode fließen muss. Dies erlegt dem Diodenaufbau und der Diodenleistung Einschränkungen auf, die im Allgemeinen die Gesamtleistung des Speichers senken. Die dritte, wie in 7d gezeigte Elektrode b_j bietet während des Einschreibens direkten Zugriff auf die isolierte Speicherzelle und kann während des Auslesens effektiv abgetrennt werden, was Gelegenheiten bietet, um A und B separat zu optimieren. Dies sind wichtige Fälle, bei denen die dritte Elektrodenverbindung, die wie in 7d auf die Speicherzelle B zugreift, von kritischer Bedeutung ist: In manchen Arten von REWRITABLE Speichern, bringen es die Schreib-/Lese-/Lösch-Protokolle mit sich, Spannungen, die verschiedene Polaritäten haben und von der Größenordnung stark variieren können, an die Speicherzelle anzulegen. Dies lässt sich mit einer passiven Matrixadressierung durch das in 7d gezeigte Schema bewerkstelligen, ist aber natürlich unmöglich, wenn der Anschluss b_j nicht vorhanden ist.
7e zeigt ein Dreielement-(Vollfarb)-Pixel in einer Emissions-, Reflexions- oder Transmissionsanzeige, in der jedes Element A, B und C jeweils den verschiedenen Spannungen V_A, V_B, V_C ausgesetzt werden kann. Es sollte angemerkt werden, dass bei Spannungen, die gleichzeitig an alle drei Elektroden angelegt werden, die folgende Bedingung gilt: VA + VB = VC
Dies schließt eine Einzelsteuerung von A, B und C nicht aus, die durch Zeitmultiplexierung erzielt werden kann. Diese impliziert jedoch, dass im allgemeinen Fall der Tastgrad zur elektrischen Stimulierung jedes Elements nicht 100% betragen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun etwas speziell mit Bezug auf die 8a und b erläutert, die eine reale Ausführungsform eines passiven Matrixadressiersystems mit N = 3 darstellt, das darauf aufbaut, umfassende Schichten aus Funktionsmaterialien sandwichartig zwischen den drei Elektrodensätzen einzuschließen. 8a zeigt speziell eine einzelne Zelle an der Kreuzung von Elektroden a, b, c, und Funktionsmaterial M1, M2, das zwischen zwei und zwei Elektroden a, b bzw. b, c eingestreut ist, während die sich ergebende Matrix in 8b gezeigt ist, in der die Zellen mit den Funktionsmaterialien M1, M2 in den Volumenelementen ausgebildet sind, die in den Kreuzungspunkten durch die sich überlappenden streifenartigen Elektroden gebildet sind. In vielen bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den Materialien in den Schichten um nicht kristalline Materialien, die durch eines mehrerer möglicher Verfahren abgeschieden werden können, z.B. Spin-Coating oder Rotationsbeschichten, Sputtern oder Aufstäuben, Aufstreichen, usw. Die Herstellungssequenz ist wie folgt:

1. Die erste Elektrodenschicht wird auf das Substrat gesetzt.
2. Material M1 wird auf der ersten Elektrode abgeschieden.
3. Die zweite Elektrodenschicht wird auf das Material M1 gesetzt.
4. Material M2 wird auf der zweiten Elektrodenschicht abgeschieden.
5. Dann wird die dritte Elektrodenschicht auf das Material M2 gesetzt.

Die Materialschichten dürfen in der seitlichen Richtung (d.h. senkrecht zur Filmdicke) keine zu große elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um eine übermäßige Kreuzkopplung zwischen den Elektroden in der Matrix zu vermeiden. In Anwendungen, bei denen eine bestimmte endliche Leitfähigkeit den Materialschichten zueigen ist, wird eine Kreuzkopplung dadurch minimiert, dass Schichten verwendet werden, die ausreichend dünn sind oder mit Leerräumen zwischen den Elektrodenleitungen strukturiert wurden. Alternativ können die Schichten mit anisotropischer Leitfähigkeit hergestellt werden, wodurch Ströme in der seitlichen Richtung unterdrückt werden.
Das Problem von "Kriechströmen" ist in der passiven Matrixadressierung aus dem Stand der Technik mit zwei orthogonalen Elektrodensätzen gut bekannt und wurde in gewissem Maße zusammen mit Maßnahmen zu deren Abhilfe in den drei vorstehend erwähnten, dem Anmelder gehörenden PCT-Anmeldungen diskutiert. Bei diesen Kriechströmen handelt es sich um Störstrompfade im Netz von Adressierelektroden, die auch eine Kreuzung zwischen Elektroden an verschiedenen nichtadressierten Kreuzungspunkten betreffen. Typischerweise werden solche Ströme dadurch unterdrückt, dass ein nicht lineares Impedanzelement, z.B. eine Gleichrichterdiode an jedem Kreuzungspunkt verwendet wird. Dieselbe Abhilfe soll auch auf Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung Anwendung finden, wie durch Einsichtnahme in 9 zu sehen ist, die Dreipol-Vorrichtungen in einer Dreiecksmatrix zeigen, in der jede Vorrichtung eine Gleichrichterdiode enthält.
Der in 8a gezeigte physikalische Aufbau ist bei der Herstellung von Vorrichtungen der in 7c (welche die in den 7d, 7e gezeigten Beispiele umfasst) typisierten Klasse nützlich. In Speichervorrichtungen nach 7d wird die Diode bedarfsnah im Kontaktbereich zwischen der Elektrode a_i und einem geeignet ausgewählten Halbleiter, z.B. einem konjugierten Polymer, welches das Material M1 darstellt, hergestellt, während die Speicherzelle B dadurch ausgebildet wird, dass eine geeignete Speichersubstanz als Material M2 zwischen den Kreuzungselektroden b_j und c_k verwendet wird. Ähnliche Strukturen können zum Aufbau von Anzeigen hergenommen werden, wobei dann das Material M1 und das Material M2 entweder Licht bei elektrischer Stimulierung (z.B. lichtemittierende konjugierte Polymere) abgeben oder Licht durch Absorption, Reflexion oder Polarisierung modifizieren (z.B. Flüssigkristalle). Natürlich muss im Fall einer Anzeige mit dem oder den Volumenelement/en, das oder die ein Funktionsmedium ist bzw. sind, das vollständig und sandwichartig zwischen den Elektroden eingeschlossen ist, zumindest die Elektroden, oder Elektroden in einem Satz auf einer Seite des Volumenelements oder der Volumenelemente transparent sein, mit der möglichen Ausnahme einer Elektrode am äußeren Ende der Sandwichanordnung.
Es sollte klar sein, dass das Material M1 und das Material M2, die in 8a zusammen das von den Elektroden a, b und c kontaktierte Volumenelement darstellen, als umfassende Schichten ausgebildet werden könnten, die sich durch die gesamte Matrix erstrecken, und der Bereich, in dem eine selektive Wechselwirkung innerhalb eines Volumenelements stattfindet, sich natürlich zwischen den Elektroden an deren Kreuzung befindet, wodurch eine Zelle in diesem Volumenelement gebildet wird. Strukturierte Volumenelemente von der in 8a gezeigten Art wären allerdings vorteilhaft, um einen komplizierteren Schaltungskomplex herzustellen, wie dies bei den in den 6f, 7b oder 7e gezeigten Ausführungsformen der Fall sein kann. In solchen Fällen könnte zum Beispiel ein Teil des Volumenelements von anderen Teilen zwischen zweien und zweien der Elektroden getrennt sein und sich zwischen der obersten und untersten Elektrode in nächster Nähe zu deren Kreuzung erstrecken. Mit anderen Worten impliziert es die Adressierbarkeit für ein Volumenelement in einer Elektrodenkreuzung nicht, dass ein Volumenelement einer einzelnen Zelle in diesem Fall in Bereichen nicht aktiviert werden kann, die sich über die Kreuzung aller drei Elektroden hinaus erstrecken. Es ist vorstellbar, dass ein strukturiertes Volumenelement eine Zelle in Form einer vertikalen Transistorstruktur bilden könnte, wobei die Source- und Drain-Elektroden durch Elektroden a bzw. c gebildet werden, die in 8a dargestellt sind, während die Elektrode b die Gate-Elektrode bildet. Das Material M1 und das Material M2 müssen dann isolierende Eigenschaften haben, während (nicht gezeigtes) Halbleitermaterial (der Transistorkanal) sich zwischen den Elektroden a und c erstrecken würde. Von daher könnten die Einrichtungen nach der Erfindung zur Ausführung von Matrizen verwendet werden, die vertikale Feldeffekt-Transistorstrukturen der Art umfassen, die in der PCT/NO99/0013 offenbart sind.
Im Falle, eine die Lehren der vorliegenden Erfindung verkörpernde Vorrichtung ist mit Strukturen ausgelegt, die ähnlich derjenigen in der vorstehend erwähnten Internationalen Anmeldung Nr. PCT/NO98/00212 sind, liegt zumindest ein Teil oder eine Komponente eines Volumenelements nach außen hin frei, wodurch der Bedarf nach mindestens einem Satz transparenter Elektroden umgangen wird und die Vorrichtung mit einer zweidimensionalen Matrix dieser Art, wie erwähnt, überaus geeignet zur Verwendung in Kameras oder Anzeigevorrichtung macht.
Im Falle, dass Vorrichtungen mit ähnlichen Architekturen wie diejenigen, die in den vorstehenden, dem vorliegenden Anmelder gehörenden PCT-Anmeldungen offenbart sind, nur als Datenverarbeitungs- und Datenspeicherungsvorrichtungen verwendet werden sollen, könnten diese Vorrichtungen natürlich, wie in den Anmeldungen offenbart, gestapelt werden, um eine Volumenvorrichtung zu bilden. Zweidimensionale Matrizes, die das Funktionsmedium umfassen, das ein umfassendes Volumenelement in der Matrix bildet, oder strukturiert sind, um separate Volumenelemente in jeder zweidimensionalen Matrix zu bilden, können dann gestapelt werden, um die dreidimensionale Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit der geeigneten Anzahl von Elektrodensätzen zu bilden, d.h. drei oder mehr Elektrodensätze, die jeder zweidimensionalen Matrix in deren dreidimensionalen Stapel zugeteilt sind. Im Falle, dass eine derartige Vorrichtung eine Datenspeichervorrichtung ist, kann das Funktionsmedium ein geeignetes anorganisches oder organisches Dünnfilmmaterial mit elektronischen oder elektrischen Eigenschaften sein, das ein Volumenelement mit der erforderlichen Funktionalität bereitstellt, oder kann natürlich auch irgendeine geeignete Kombination solcher Materialien sein, einschließlich Materialien, die dazu fähig sind, spontane Diodenübergänge mit einer angrenzenden Elektrode aus Metall zu bilden, wie im Stand der Technik erläutert wurde.
Für Datenspeicherzwecke kann das Funktionsmedium in einem Volumenelement auf einem Material beruhen, das eine gewünschte Impedanzkennlinie aufweist und das dauerhaftes Einstellen, Erfassen und Auslesen eines Impedanzwerts anhand von Spannungen zulässt, die an ausgewählte Elektroden angelegt werden, um ein spezifisches Volumenelement oder eine Zelle von diesem eindeutig zu adressieren. Das Funktionsmedium von Volumenelementen kann auch durch ein polarisierbares Material wie etwa ein Elektret-Material oder ein ferroelektrisches Material bereitgestellt werden, bei dem es sich entweder um einen anorganischen oder organischen Dünnfilm handeln kann, im letzteren Fall am geeignetsten ein Copolymer der Art P(VDF-TrFE) [(Poly(vinylidenfluorid-trifluorethylen)-Copolymer)]. Solche Materialien eignen sich zum Speichern von Daten in passiven adressierbaren Matrizes, wobei es dann aber Schreib- und Lesevorgänge über eine ausgewählte Wort- oder Zeichenleitung jeweils an eine spezifische Zelle oder ein spezifisches Volumenelement erforderlich machen können, die anderen, nicht ausgewählten Wort- und Zeichenleitungen an Masse zu legen und/oder mit Vorstrom zu beaufschlagen, wobei dann Vorrichtungen mit zwei oder mehr Anschlüssen an jeder Zelle, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern, vorteilhaft sein werden. Ähnliche Überlegungen treffen zum Beispiel auf aktive Speichervorrichtungen zu, bei denen die Speicherzellen jeweils einen Transistor oder mehrere Transistoren umfassen, wie es der Fall von SRAM- und DRAM-Vorrichtungen aus dem Stand der Technik oder bei einem Speicher mit Zellen ist, wobei die Zellen aktive und passive Prinzipien kombinieren, z.B. ferroelektrische Datenspeicherungsvorrichtungen mit Speicherzellen, die mindestens einen Transistor und mindestens einen ferroelektrischen Kondensator umfassen, und bei denen wieder ein Volumenelement oder eine Speicherzelle von diesem als Vorrichtung mit drei oder mehr Anschlüssen vorgesehen sein kann, welche die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung verkörpern.

Claims

Mittel zum Bereitstellen von Adressierbarkeit in einem Gerät, welches ein oder mehrere Volumenelemente umfasst, wobei dieses Volumenelement oder die Volumenelemente zusammen mit diesem Mittel einen Teil einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix in diesem Gerät bilden, ein Volumenelement eine oder mehrere Zellen (M1, M2) mit einem Datenspeicher, datenverarbeitender oder signalverarbeitender Funktionalität in Abhängigkeit von den elektronischen oder elektrischen Eigenschaften eines Materials dieses Volumenelements umfasst, das Mittel einem spezifischen Platz in einem Volumenelement Adressierbarkeit durch Herstellen einer selektiven elektrischen Verbindung mit diesem Volumenelement bzw. in dem Fall, dass das Volumenelement mehr als eine Zelle umfasst, mit einer spezifischen Zelle derselben bereitstellt, wobei die Auswahl des spezifischen Volumenelements oder einer spezifischen Zelle des Volumenelements durch die Bereitstellung einer nicht notwendigerweise gleichzeitigen elektrischen Verbindung mit drei oder mehr durch das Mittel gebildeten Elektroden und Kontaktieren des Volumenelements zum Bewirken einer selektiven Wechselwirkung mit diesem in einem Bereich desselben in enger Nähe zu diesen Elektroden erfolgt, und dieser Bereich eine Zelle in diesem Volumenelement definiert, auf die dadurch wechselseitig eingewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel wenigstens drei Sätze einer Mehrzahl elektrisch leitender Linien oder streifenartiger Elektroden (a_i, b_j, c_k) umfasst, jeder Elektrodensatz diese streifenartigen Elektroden umfasst, die in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung zueinander in einer jeweiligen zweidimensionalen ebenen Schicht vorgesehen sind, die einen weiteren Teil dieser Matrix bildet, diese Schichten aus Elektrodensätzen im Wesentlichen gegenseitig parallel sind, ein Satz streifenartiger Elektroden in einer Schicht in einem Winkel zu dem projizierten Ausrichtungswinkel der Elektrodensätze der proximalen angrenzenden Schichten auf dieser einen Schicht so ausgerichtet ist, dass diese Sätze streifenartiger Elektroden in proximalen angrenzenden Schicht eine gegenseitige nicht orthogonale Beziehung aufweisen, und die Elektroden, die einen Bereich eines Volumenelements kontaktieren, durch eine Kreuzung von drei oder mehr dieser streifenartigen Elektroden in den jeweiligen Elektrodensätzen, die das Volumenelement kontaktieren, so ausgebildet sind, dass die Zelle oder die Zellen dieses Volumenelements in jedem Fall darin dazwischen oder an dieser Kreuzung der drei oder mehr streifenartigen Elektroden angeordnet sind, eine selektive Adressierung einer Zelle durch Anlegen eines Stroms oder einer Spannung an eine ausgewählte streifenartige Elektrode in jedem der Elektrodensätze erfolgt, was entweder gleichzeitig oder in einer zeitlichen Folge geschieht, die durch ein vorbestimmtes Adressierungsprotokoll definiert ist.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen parallele streifenartige Elektroden eines Elektrodensatzes im gleichen Abstand voneinander beabstandet vorgesehen sind.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrodensatz in der Matrix um eine dazu im Wesentlichen senkrechte Achse um einen gegebenen Winkel oder gegebene Winkel in Bezug auf wenigstens die proximalen angrenzenden Elektrodensätze so gedreht vorgesehen ist, dass keine der streifenartigen Elektroden in diesen proximalen angrenzenden Elektrodensätzen sich konform überlappen.
Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elektrodensätze in der Matrix gegenseitig um eine dazu im Wesentlichen senkrechte Achse um einen gegebenen Winkel oder gegebene Winkel so gedreht vorgesehen sind, dass keine der streifenartigen Elektroden in irgendeinem anderen Elektrodensatz sich konform überlappen.
Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Drehungswinkel zwischen einem Elektrodensatz und einem folgenden proximalen angrenzenden Elektrodensatz 2π/m·N oder 360°/m·N beträgt, wobei N die Anzahl der streifenartigen Elektroden ist, die jeweilig eine Anschlussstelle in einer Zelle kontaktieren, und m eine ganze Zahl wie beispielsweise m ≤ N.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit Zellen mit bis zu drei Anschlussstellen umfasst.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie vier Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit Zellen mit bis zu vier Anschlussstellen umfasst.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Elektrodensätze zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit wenigstens zwei Zellen mit jeweils bis zu zwei Anschlussstellen umfasst.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem jeweiligen Elektrodensatz vorgesehene Anzahl streifenartiger Elektroden unter Berücksichtigung der Anzahl und der geometrischen Anordnung der Zellen in der Matrix gewählt ist, um die darin befindliche Anzahl adressierbarer Zellen zu maximieren.
Mittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem jeweiligen Elektrodensatz vorgesehene Anzahl streifenartiger Elektroden so gewählt ist, dass die Adressierung einer Zelle in der Matrix ermöglicht wird.
Mittel nach Anspruch 1, bei der jede Zelle in einem Volumenelement in einer Matrix mit wenigstens zwei Anschlussstellen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten und die Schicht oder die Schichten, die das Volumenelement bilden, in einer Sandwich-Anordnung vorgesehen sind, eine Elektrode an eine Fläche von wenigstens einer Volumenelementschicht in schnittstellenartiger Beziehung mit dieser angrenzt, wodurch die Kreuzung zwischen den streifenartigen Elektroden in jeder Elektrodenschicht eine Zelle in dem Volumenelement definiert.
Mittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diodenverbindung zwischen einer Elektrode in einer Elektrodenkreuzung und einer dadurch definierten Zelle vorgesehen ist.
Mittel nach Anspruch 1, bei der eine oder mehrere Zellen in dem Volumenelement wenigstens eine Transistoranordnung umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode in wenigstens zwei Elektrodensätzen jeweils die Anschlussstellen dieser wenigstens einen Transistoranordnung kontaktiert.
Mittel nach Anspruch 13, bei der mehr als ein Volumenelement mehr als eine Transistoranordnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode in wenigstens zwei Elektrodensätzen jeweils die Transistoren über ihre Anschlussstellen elektrisch miteinander verbindet.
Gerät, welches eine Mittel gemäß Anspruch 1 umfasst, bei dem diese Mittel zusammen mit einem oder mehreren Volumenelementen einen Teil einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix in diesem Gerät bilden, wobei ein Volumenelement eine oder mehrere Zellen mit einem Datenspeicher, datenverarbeitender oder signalverarbeitender Funktionalität in Abhängigkeit von den elektronischen oder elektrischen Eigenschaften eines Materials dieses Volumenelements umfasst, und das Gerät eine oder mehrere Matrizen dieser Art umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen in einer gestapelten Anordnung vorgesehen sind, wodurch das Gerät eine Volumenstruktur aus gestapelten Matrizen zur Datenspeicherung, Datenverarbeitung oder einer Signalverarbeitung bildet, wie dies durch die Funktionalität jeder Matrix in dem Stapel jeweils vorgegeben ist.
Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieses auf einem Substrat vorgesehen ist, welches integrierte Schaltungen umfasst, die mit den Elektroden der Mittel verbunden sind, um Treibersteuerungs- und Fehlerkorrekturfunktionen in den Zellen der Volumenelemente der Matrizen zu implementieren.