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Dokumentenidentifikation DE4214975A1 11.11.1993
Titel Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche
Anmelder Keesmann, Till, 6900 Heidelberg, DE
Erfinder Keesmann, Till, 6900 Heidelberg, DE
Vertreter Müller, H., Dipl.-Ing.; Clemens, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Hach, H., Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 74074 Heilbronn
DE-Anmeldedatum 06.05.1992
DE-Aktenzeichen 4214975
Offenlegungstag 11.11.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.11.1993
IPC-Hauptklasse H01T 19/00
IPC-Nebenklasse H05F 3/04   
Zusammenfassung Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche mit Hilfe einer Elektrode, deren aktive Oberfläche Fullerenmoleküle aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche mit Hilfe einer Elektrode, deren aktive Oberfläche der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche zugekehrt ist und eine Feinstruktur aufweist, deren Strukturelemente Ausgangspunkte einer Koronaladung sind.

Aus der EP 0295431 B1 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der die aktiven Elemente die Spitzen nichtmetallischer, elektrisch leitfähiger Fasern sind, die büschelartig einzeln längs nebeneinander angeordnet sind, und zwar zu etwa 100 000 Faserenden pro Quadratzentimeter. Auf diese Weise erzielt man in der aktiven Oberfläche eine Feinstruktur, die das Entstehen einer Koronaentladung, die von der gesamten aktiven Oberfläche ausgeht, begünstigt. Eine solche Koronaentladung ist für eine gesteuerte Potentialveränderung günstig.

Um die angestrebte Wirkung zu erzielen, ist es wichtig, daß einzelne aktive Elemente hinsichtlich des Potentials gleich günstig liegen, damit sich die Koronaentladung gleichmäßig verteilt und nicht auf günstig gelegene lokale Bezirke konzentriert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einer möglichst hohen Feinstruktur in der aktiven Oberfläche unter Berücksichtigung der zuvor genannten Funktionsbedingungen zu schaffen, die möglichst einfach reproduzierbar herstellbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Strukturelemente Fullerenmoleküle sind.

Unter Fullerenen werden sogenannte Käfigmoleküle aus sphärisch angeordneten C-Atomen verstanden, vorzugsweise mit der chemischen Summenformel C2n, wobei sich n = 30, also die Summenformel C60 besonders bewährt hat.

Nach der Erfindung übernehmen einzelne Fullerenmoleküle die Funktion der Faserenden bei der bekannten Vorrichtung. Fullerenmoleküle kann man, einfacher jedenfalls als Faserbüschel, in der gewünschten Struktur anordnen und man kann auch die Leitfähigkeit sehr differenziert steuern, in dem man die Fullerene durch Dotierung in der gewünschten Weise leitfähig macht.

Für ein dotiertes Fullerenmolekül ergibt sich die Summenformel XrC2n

mit X = H, Li, Na, K, Rb, Cs und/oder Fr

mit r = 0, 1, 2, . . ., vorzugsweise 1

mit n = 16, 17, 18, . . ., vorzugsweise 30.

Die Fremdatome X sind dem Fulleren durch Dotierung, Einlagerung, Anlagerung und/oder Beimischung zugefügt. Ein dotiertes Fulleren mit der Summenformel K3C60 ist besonders bevorzugt.

Man kann die Fullerene unterschiedlich auftragen, zum Beispiel mit Hilfe von Laser. Vorteilhaft ist elektrolytischer Auftrag, weil er einfach zu handhaben ist und den Auftrag der Käfigmoleküle leicht steuerbar macht, beispielsweise durch elektrische Felder.

Vorteilhaft und leicht sehr präzise steuerbar ist es auch, wenn man die Fullerene, die die aktive Oberfläche bilden, auf den Kristallflächen eines Halbleiters, vorzugsweise Galliumarsenid, Gallium-Aluminiumarsenid, Aluminium- Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Indiumgalliumarsenid, aufwachsen läßt. Der Halbleiter kann dann gleichzeitig als Stromzuleitung zu den Fullerenen dienen.

Die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene sind vorzugsweise in Form einer monomolekularen Schicht mit Kristallstruktur aufgetragen. Dann ergibt sich über die ganze aktive Oberfläche ein gleichförmiges Muster der elektrisch aktiven Elemente.

Die Fullerene einer monomolekularen Schicht können in einer einzigen Ebene angeordnet sein, es kann sich um gleichgroße Moleküle handeln, es kann sich um gleichdotierte Moleküle handeln und/oder diese Moleküle können hinsichtlich ihrer Dotierung sphärisch identisch in der Schicht angeordnet sein.

Man kann die monomolekulare Schicht aber auch hinsichtlich der aufgeführten Kriterien unterschiedlich gestalten, allerdings unter Wahrung eines Rasters, das eine gleichmäßige Verteilung der aktiven Elemente bedingt. Eine dementsprechende Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in mehrere Gruppen unterteilt sind, daß die Fullerene der einzelnen Gruppen gemischt, ein Raster bildend angeordnet sind, daß die Fullerene einer Gruppe unter sich gleichgroß, gleichdotiert und mit Bezug auf ihre Dotierung sphärisch gleich orientiert angeordnet sind und daß die Fullerene unterschiedlicher Gruppen sich hinsichtlich Größe, Dotierung, sphärischer Anordnung und/oder ihrer Anordnung in verschiedenen Ebenen voneinander unterscheiden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung abgebrochen perspektivisch,

Fig. 2, 3 und 4 ein Rasterbild und

Fig. 5 eine Tabelle.

In Fig. 1 ist mit 1 ein metallisch leitender Tragkörper bezeichnet, der mit einer halbleitfähigen, kristallinen Galliumarsenid-Schicht 2 beschichtet ist. Auf die Schicht 2 ist eine monomolekulare Schicht 3 aus Fullerenmolekülen 4, 5 aufgewachsen oder elektrolytisch aufgetragen, deren Molekülanordnung eine Kristallstruktur, im vorliegenden Fall ein regelmäßiges Spalten- und Zeilenmuster, zugrundeliegt, bedingt durch die Kristallstruktur der Galliumarsenid-Schicht 2.

Die einzelnen Fullerenmoleküle sind durch Dotierung leitfähig gemacht und bilden, jedes für sich, Ausgangspunkt einer Koronaentladung, die hervorgerufen wird durch eine Potentialdifferenz zwischen der Schicht 3 und der gegenüberliegenden Oberfläche 6 eines aus Isoliermaterial gebildeten Elementes 7, deren statisches elektrisches Potential durch die Koronaentladung verändert werden soll.

Gemäß einiger Abänderungen bestehen die die aktive Oberfläche bildenden Fullerenmoleküle aus zwei oder drei Gruppen, von denen diejenigen der ersten Gruppe gemäß Fig. 2, 3 und 4 mit A, diejenigen der zweiten Gruppe mit B und diejenigen der dritten Gruppe mit C bezeichnet sind. Die Moleküle sind im Raster angeordnet wie das in Fig. 2 bis 4 durch die Anordnung der Buchstaben angedeutet ist. Die Moleküle der einzelnen Gruppen können sich unterscheiden, wie dies nun anhand der Fig. 5 erläutert wird.

In Zeile I aus Fig. 5 sind drei unter sich gleiche und gleichdotierte Fullerenmoleküle angezeigt, die sich jedoch hinsichtlich ihrer durch einen schwarzen Punkt gekennzeichneten Dotierung in ihrer sphärischen Anordnung unterscheiden.

In Zeile II sind drei unter sich gleiche Fullerenmoleküle dargestellt, die jedoch unterschiedlich dotiert sind; das eine Molekül mit einem Dotierungselement, das nächste mit zwei Dotierungselementen und das letzte mit drei Dotierungselementen.

In Zeile III sind Fullerenmoleküle dargestellt, die sich durch ihre Größe unterscheiden.

In Zeile IV sind Fullerenmoleküle dargestellt, die sich durch die Art der eingesetzten Dotierung unterscheiden, was zeichnerisch zum Ausdruck gebracht ist, indem die Dotierung einmal durch einen Kreis, einmal durch ein Dreieck und einmal durch ein Viereck dargestellt ist.

In Zeile V sind identische Fullerenmoleküle dargestellt, die jedoch in unterschiedlichen Ebenen 10, 11, 12 angeordnet sind, wobei die beiden außen gelegenen Ebenen 10 und 12 einen Abstand in der Größenordnung des Durchmessers eines Fullerenmoleküls aufweisen.

In Zeile VI sind die Fullerenmoleküle mit dem Leitfähigkeitstyp p, n und p dotiert.

Der ersten Gruppe, gekennzeichnet durch den Buchstaben A, sind diejenigen Moleküle der Zeilen I bis V zugeordnet, die in Spalte A stehen und so fort für Spalte B und Spalte C. Die Zeilen I bis VI definieren in Verbindung mit Fig. 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel für sich. Entsprechendes gilt für die Fig. 3 und 4. Bei diesen sich daraus ergebenden 3×6 = 18 Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die Fullerene immer nur durch ein einziges Kriterium. Es sind weitere Ausführungsbeispiele möglich, bei denen sich die Moleküle der einzelnen Gruppen A, B und C durch zwei, drei oder mehr derjenigen durch die Zeilen I bis V definierten Kriterien unterscheiden.

Weitere Abänderungen sind möglich, indem man mehr als drei Gruppen einsetzt. Man kann auch in Abänderung des Rasters nach Fig. 2 den einzelnen Gruppen eine unterschiedliche Anzahl von Mitgliedern zuordnen. Wesentlich ist nur, daß sich in der aktiven Oberfläche ein durchgehend gleichförmiges Raster ergibt, so daß die aktiven Elemente gleichmäßig über die aktive Oberfläche verteilt sind. Es können dann sämtliche eingesetzte Fullerenmoleküle einer monomolekularen Schicht aktive Elemente bilden, es können aber auch, je nach der Anordnung, nur ausgewählte Moleküle einer monomolekularen Schicht aktive Elemente bilden, zum Beispiel nur die Moleküle A bei den Ausführungsbeispielen gemäß Zeile V aus Fig. 3.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Verändern des statischen elektrischen Potentials einer aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche mit Hilfe einer Elektrode, deren aktive Oberfläche der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche zugekehrt ist und eine Feinstruktur aufweist, deren Strukturelemente Ausgangspunkte einer Koronaladung sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (4, 5) Fullerenmoleküle sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Dotierung leitfähig gemachte Fullerene eingesetzt sind.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fullerene elektrolytisch aufgetragen sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fullerene auf die Kristallflächen eines Halbleiters, vorzugsweise Galliumarsenid, Gallium- Aluminiumarsenid, Aluminium-Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Indiumgalliumarsenid, aufgewachsen sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in Form einer monomolekularen Schicht (3) aufgetragen sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der monomolekularen Schicht (3) eine Kristallstruktur zugrundeliegt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die aktive Oberfläche gleichgroße Fullerene eingesetzt sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die aktive Oberfläche gleichdotierte Fullerene eingesetzt sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene hinsichtlich ihrer Dotierung mit gleicher sphärischer Orientierung angeordnet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

    daß die die aktive Oberfläche bildenden Fullerene in mehrere Gruppen unterteilt sind,

    daß die Fullerene der einzelnen Gruppen gemischt, ein Raster bildend angeordnet sind,

    daß die Fullerene einer Gruppe unter sich gleichgroß, gleichdotiert und mit Bezug auf ihre Dotierung sphärisch gleich orientiert angeordnet sind und

    daß die Fullerene unterschiedlicher Gruppen sich hinsichtlich Größe, Dotierung, sphärischer Anordnung und/oder ihrer Anordnung in verschiedenen Ebenen voneinander unterscheiden (Fig. 2-5).






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