Генератор электрических колебаний

Авторы патента:

Евдокимова Ольга Владимировна (RU)

Сидоров Игорь Викторович (RU)

Барышев Михаил Геннадьевич (RU)

Коржов Александр Николаевич (RU)

H01L51/30 - выбор материалов

Владельцы патента RU 2285981:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный университет (КубГУ) (RU)

Изобретение относится к области полупроводников, а именно к структурам, собранным из жидких органических полупроводников и основанным на их свойствах, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине. Сущность изобретения: в генераторе электрических колебаний в качестве полупроводниковой структуры использованы жидкие растворы органических веществ n-типа и р-типа с погруженными игольчатыми электродами в жидкий органический полупроводник n-типа и электрод, погруженный в полупроводник р-типа. В качестве жидкого полупроводника р-типа может быть использован 1-20% водный раствор трифенилметанового красителя фуксина или водный раствор органического красителя метиленового голубого концентрации 1-20%, или водный раствор глюкозы концентрации 1-50%. В качестве жидкого полупроводника n-типа может быть использован анилин. Техническим результатом изобретения является создание генератора электрических колебаний, имеющего релаксационные колебания, частоты которых изменяются в широком диапазоне при изменении питающего напряжения или тока и близкие по своим параметрам к колебаниям, наблюдаемым у биологических объектов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Известен полупроводниковый генератор с перестраиваемой частотой, содержащий пластину монокристаллического кремния с двумя контактами, легированную цинком с концентрацией N_Zn и донорной примесью с концентрацией N_D. Кремний имеет удельное сопротивление ρ≥10⁴ Ом×см, а расстояние между контактами не более диффузионной длины электронов, при соотношении легирующих примесей в кремнии N_Zn≥N_D. При приложении разности потенциалов 50 В между инжектирующими контактами и подачей тока между анодом и катодом получаем перестраиваемую частоту колебаний тока в пределах 10-10⁵ Гц (а.с. №782641, SU, МПК H 01 L 29/86).

Известен генератор, содержащий экранированную крышку, выполненную из материала, температурный коэффициент расширения которого меньше, чем у материала основания, на котором размещена подложка из диэлектрика с активными и пассивными элементами. По всему периметру основания выполнен прямоугольный паз на 0,5-0,8 толщины основания (а.с. №1429278, RU, МПК Н 03 В 7/14).

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является твердотельный генератор низких частот на основе полупроводниковой пластины кремния n-типа размером 1×1 мм², имеющий два алюминиевых контакта (анод и катод), расположенных на расстоянии порядка активной области (˜100 мкм), в форме проволоки диаметром d=20 мкм и область, в которой реализованы условия для возникновения колебаний электродырочной плазмы типа рекомбинационных волн. На поверхности полупроводниковой пластины имеется изолятор - слой окисла толщиной d=0,2 мкм, на который нанесен металлический слой, служащий управляющим контактом. При изменении напряжения смещения, прикладываемого к металлическому контакту, расположенному на слое окисла, нанесенного на поверхность полупроводника, можно управлять характеристиками тока (амплитудой и частотой). Генератор на основе МДП-структуры имеет такие характеристики: область генерируемых частот 40-400 Гц, амплитуда генерируемых колебаний 0,5-50 мВ, используемое питающее напряжения 1-5 В (а.с. №439255, RU, МПК H 01 L 29/00).

Однако выше перечисленные генераторы основаны на использовании твердотельных элементов. Физико-химические свойства таких твердотельных структур имеют резкое отличие от биологических объектов (по геометрии, по форме, по плотности, по агрегатному состоянию вещества и т.д.), длительный контакт с ними приводит к осложнениям, внося существенные изменения в биологическую систему, и тем самым затрудняет их применение в биологии и медицине.

Техническая задача заявляемого изобретения состояла в создании генерирующего устройства, имеющего релаксационные колебания, частоты которых изменялись бы в широком диапазоне при изменении питающего напряжения или тока и были бы близки по своим параметрам к колебаниям, наблюдаемым у биологических объектов.

Для решения технической задачи предлагается генератор электрических колебаний, состоящий из полупроводниковой структуры, образованной жидкими полупроводниками n-типа и p-типа. В жидкий полупроводник n-типа погружены два электрода, а в жидкий раствор органического полупроводника p-типа введен один электрод.

В качестве жидкого полупроводника p-типа использовали водные растворы органических веществ: тиазиновый краситель - метиленовый голубой, вещество из группы пурпурных красителей - фуксин или сахара, например глюкоза. А в качестве жидкого полупроводника n-типа использован ароматический амин - анилин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема генератора в работе.

Жидкий полупроводник p-типа 1, жидкий органический полупроводник n-типа 2, отрицательный электрод, погруженный в органический полупроводник n-типа 3; электрод, погруженный в органический полупроводник n-типа 4; электрод, погруженный в органический полупроводник p-типа 5; сопротивление 6, с которого снимали релаксационные колебания; источник питания 7, создающий разность потенциалов между электродами 3 и 4, погруженными в полупроводник n-типа 1; ключ 8, микроамперметр 9, источник постоянного напряжение 10, для подачи постоянного уровня тока между электродами 4 и 5, высокоомный резистор 11.

Возникновение релаксационных колебаний связано с накоплением неравновесных носителей на границе контакта органический полупроводник - n-полупроводник и является результатом перезарядки электрическим полем поверхностных центров («быстрых» состояний). С некоторой критической величины приложенного к полупроводнику n-типа напряжения поле в приповерхностном слое становится достаточным для переброса электронов с поверхностных состояний в зону проводимости. Это приводит к понижению барьера и к резкому уменьшению сопротивления приповерхностного слоя. В результате этого электроны вновь захватываются на уровни полупроводника n-типа. Затем процесс повторяется.

Пример конкретного выполнения 1.

Для создания генератора электрических колебаний использовали пластмассовую ванночку шириной 5 мм и глубиной 3 мм (на чертеже не показана). Для ванны можно использовать диэлектрические материалы, например: текстолит, гетинакс, резину и т.д. Результаты экспериментальных исследований показали, что от выбора выше перечисленных материалов ванны параметры колебаний не зависят. В ванну наливали 10% водный раствор красителя метиленового голубого в качестве органического полупроводника p-типа 1 в количестве 2,4×10^-6 дм³. Затем с помощью шприца для хромотографии на него наносили слой анилина (Ч) в количестве 1,6×10^-6 дм³, являющегося полупроводником n-типа 2. В анилин погружали два электрода 3 и 4, выполненных в виде медных игл d=0,25 мм, гальванически обработанных оловом. Источником питания 7 создавали на электродах 3 и 4 отрицательный и положительный потенциалы соответственно. Ключ 8 в цепи между электродами 4 и 5 был разомкнут. Между электродами 3 и 4 подключали резистор 6 сопротивлением 200 Ом, с которого с помощью осциллографа (на фигуре не изображен) фиксировали электрические колебания, амплитуда которых была равна 10 мА и частота 950 Гц. Разность потенциалов была равна 30 В.

Пример 2 аналогичен примеру 1, с той разницей, что между погруженным в полупроводник p-типа 1 электродом 5 и между электродом 4 подсоединяли микроамперметр 9, источник постоянного питания 10, имеющего ЭДС, равную 9 В, и высокоомный резистор 11 сопротивлением 1 МОм. После этого ключ 8 замыкали, между электродами 4 и 5 дополнительно задавали силу тока 50 мкА и на резисторе 6 возникали электрические колебания при приложении разности потенциалов 5 В между электродами 3 и 4. Частота релаксационных колебаний при этом равнялась 20 кГц и их амплитуда равнялась 2 мкА.

Пример 3 аналогичен примеру 2, но в качестве жидкого полупроводника p-типа брали водный раствор трифенилметанового красителя фуксина различной концентрации с шагом 5% от 1 до 20%. Увеличение концентрации фуксина более 20% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1.

Пример 4 аналогичен примеру 2, за исключением того, что в качестве жидкого полупроводника p-типа 1 использовали водный раствор тиазинового красителя метиленового голубого различной концентрации с шагом 5% от 1 до 20%. Увеличение концентрации тиазинового красителя метиленового голубого более 20% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1.

Пример 5 аналогичен примеру 2, но в качестве жидкого полупроводника p-типа использовали водный раствор глюкозы различной концентрации с шагом 10% от 1 до 50%. Увеличение концентрации глюкозы более 50% не влияет на выходные параметры. Полученные данные отображены в таблице 1.

Таблица 1.
Зависимость параметров колебаний от вида полупроводника p-типа и его концентрации
№ примеров	Полупроводник p-типа	Концентрация водного раствора	Частота генерируемых колебаний, Гц	Амплитуда генерируемых колебаний, B	Питающее напряжение, В
3	Трифенил-метановый краситель фуксин	1%	15	0,02	30
		5%	600	0,08	30
		10%	1400	0,85	30
		15%	8200	1,46	30
20%	10000	1,8	30
4	Тиазиновый краситель метиленовый голубой	1%	18	0,03	30
		5%	450	0,15	30
		10%	1300	0,9	30
		15%	7500	1,5	30
20%	9800	1,85	30
5	Водный раствор глюкозы	1%	12	0,15	30
		10%	380	0,5	30
		20%	1300	1,2	30
		30%	7600	1,35	30
		40%	8200	1,86	30
50%	9600	2	30

Пример 6 аналогичен примеру 2, но расстояние между электродами 3, 4, погруженными в органический полупроводник n-типа 2, меняли с шагом 0,5 мм, между электродами 4 и 5 подавали фиксированное значение силы тока 50 мкА, в результате чего менялись частота, амплитуда колебаний и критическое напряжение возникновения колебаний. Полученные данные отображены в таблице 2.

Таблица 2.
Зависимость критического напряжения возникновения колебаний от расстояния между электродами 3 и 4, введенными в полупроводник n-типа
Полупроводник p-типа	Расстояние между электродами 3 и 4, мм	Частота генерируемых колебаний, Гц	Амплитуда генерируемых колебаний, В	Критическое напряжение возникновения колебаний, В
Трифенилметановый краситель фуксин	0,5	1000000	1,8	5,8
	1,0	82000	1,46	6,4
	1,5	1400	0,85	6,8
	2,0	600	0,08	7,0
2,5	5	0,02	8,2
Тиазиновый краситель Метиленовый голубой	0,5	9600000	1,5	5,5
	1,0	85000	1,36	6,3
	1,5	2700	0,92	6,9
	2,0	450	0,08	7,8
2,5	6	0,01	8,1
Глюкоза	0,5	9300000	1,72	6,7
	1,0	6200	1,34	7,3
	1,5	1900	0,65	7,6
	2,0	320	0,07	8,7
2,5	1	0,015	9,15

Большее расстояние задавать нецелесообразно, так как колебания не наблюдаются.

Пример 7 аналогичен примеру 1, кроме того, что расстояние между электродами 3 и 4 задавали 2,8 мм и изменяли разность потенциалов, приложенную между ними. Полученные данные отображены в таблице 3.

Таблица 3. Зависимость параметров колебаний от питающего напряжения
Полупроводник p-типа	№ опыта	Разность потенциалов между электродами 3 и 4, В	Частота генерируемых колебаний, Гц	Амплитуда генерируемых колебаний, В	Расстояние между электродами 3 и 4, мм
трифенил-метановый краситель -фуксин	1	20	-	-	2,8
	2	30	55	0,1	2,8
	3	40	2160	0,4	2,8
	4	50	5320	0,9	2,8
	5	60	65340	1,5	2,8
	6	70	9358210	1,9	2,8
7	80	-	-	2,8
Тиазиновый краситель - метиленовый голубой	8	20	-	-	2,8
	9	30	155	0,2	2,8
	10	40	2570	0,45	2,8
	11	50	10530	1,1	2,8
	12	60	65450	1,6	2,8
	13	70	9698730	1,95	2,8
14	80	-	-	2,8
Глюкоза	15	20	-	-	2,8
	16	30	95	0,05	2,8
	17	40	960	0,3	2,8
	18	50	7260	0,8	2,8
	19	60	75630	1,45	2,8
	20	70	9469220	1,85	2,8
21	80	-	-	2,8

В опытах 1, 8, 15 колебания не наблюдались по той причине, что напряжение, подаваемое с источника питания 7, составляло менее 30 В, а именно 20 В. В опытах 7, 14, 21 колебания не наблюдались потому, что напряжение, подаваемое с источника питания 7, было более 70 В, а именно 80 В, в результате чего нарушалась структура жидких полупроводников. Результаты опытов 2-5, 9-12, 16-19 свидетельствуют о том, что наблюдаем колебания, по своим параметрам близкие к колебаниям у биологических объектов.

1. Генератор электрических колебаний, содержащий полупроводниковую структуру с электрическими контактами, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой структуры использованы жидкие растворы органических веществ n-типа и р-типа с погруженными игольчатыми электродами в жидкий органический полупроводник n-типа и электрод, погруженный в полупроводник р-типа.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого полупроводника р-типа использован 1-20%-ный водный раствор трифенилметанового красителя фуксина.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого полупроводника р-типа использован водный раствор органического красителя метиленового голубого концентрации 1-20%.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого полупроводника р-типа использован водный раствор глюкозы концентрации 1-50%.

5. Генератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве жидкого полупроводника n-типа использован анилин.

Изобретение относится к микротехнологии и может быть использовано при изготовлении электродной системы микрочипа для микроаналитических приборов различного назначения.

Мономолекулярное электронное устройство // 2262158

Полимерная композиция // 2222065

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерной композиции, содержащей по меньшей мере один по существу непроводящий полимер и по меньшей мере один электропроводящий наполнитель, в форме гранул, причем гранулы предпочтительно имеют размер в интервале до 1 мм, более предпочтительно между 0,04 и 0,2 мм, при объемном соотношении проводника и полимера предпочтительно от 3:1 до 15:1.

Хлоргаллий-(4',4'',4''',4''''-тетрахлор)-фталоцианин в качестве полупроводникового материала для изготовления терморезисторов // 1512105

Способ генерирования электрических колебаний с частотами, близкими к наблюдаемым у биологических объектов // 2285982

Изобретение относится к области жидких полупроводников, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине

Уф-фотоприемник на основе органических материалов // 2289871

Изобретение относится к фотодиодам, чувствительным к ультрафиолетовой области спектра

Способ генерирования электрических колебаний // 2361325

Изобретение относится к способу генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине и других отраслях, связанных с биологическими объектами

Способ генерирования колебаний // 2363075

Изобретение относится к способам генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине

Состав для получения инжектирующих дырки или транспортирующих дырки слоев в электролюминесцентных устройствах, органических элементах солнечных батарей, органических лазерных диодах, органических тонкопленочных транзисторах или органических полевых транзисторах или для получения электродов или электропроводных покрытий, электролюминесцентное устройство, а также органический светодиод // 2382809

Способ изготовления тонкопленочного органического покрытия // 2529216

Изобретение относится к технологии наноматериалов и наноструктур и может применяться для получения тонкопленочных полимерных материалов и покрытий, используемых как в сенсорных, аналитических, диагностических и других устройствах, так и при создании защитных диэлектрических покрытий. Cпособ изготовления тонкопленочного органического покрытия из катионного полиэлектролита включает модификацию подложки, приготовление водного раствора катионного полиэлектролита с адсорбцией полиэлектролита на подложку, промывку, сушку подложку с осажденным слоем. В качестве подложки используют монокристаллический кремний с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной получаемого покрытия. Для создания отрицательного электростатического заряда модифицируют подложку в растворе щелочи, перекиси водорода и воды при 75°С в течение 15 мин. Во время адсорбции осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 2-8 мВт/см2 и с длинами волн из области собственного поглощения кремния. Изобретение позволяет уменьшить шероховатость и толщину органического покрытия. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.,5 табл., 6 пр.

Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей // 2554590

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов. В частности, изобретение относится к фотоэлектрическому элементу, состоящему из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащему метанофуллерены, где в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы в которой R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода. 1 табл., 4 пр.

Способ обработки электрода для органического электронного устройства // 2588605

Изобретение относится к способу, который включает этапы: обеспечение в электронном устройстве одного или больше электродов, содержащих металл или оксид металла, и нанесение на поверхность указанных электродов слоя, содержащего соединение, выбранное из формул I11, I12 и I15, и нанесение на поверхности указанных электродов, которые покрыты указанным слоем, который включает соединение, выбранное из формул I11, I12 и I15, или нанесение в области между двумя или больше указанными электродами органического полупроводника, где Rx представляет собой Н, NH2, и R обозначает в каждом случае одинаково или по разному F или C1-C15 перфторалкил и r представляет собой 0, 1, 2, 3 или 4. Также изобретение относится к составу для обработки электродов и органическому электронному устройству. Использование предлагаемого изобретения позволяет преодолеть недостатки металлических электродов, таких как низкая работа выхода и низкая устойчивость к окислению. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

Полимерное соединение и его применение в фотовольтаических устройствах // 2640810

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления полимерных фотовольтаических, светоизлучающих устройств и органических транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению. Полимерное соединение имеет общую формулу (I), где n - целое число от 2 до 2000 и представляет собой количество повторяющихся мономерных звеньев в полимерной цепи, которые могут быть идентичными или различными, R1, R2, R3, R4 - одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой атом водорода, галогена, алкильную группу, алкоксильную группу, тиоалкильную группу, арильную группу, арилоксигруппу, тиоарильную группу, арилалкильную группу, арилалкоксигруппу, арилалкилтиогруппу, арилалкенильную группу, арилалкинильную группу, одновалентную гетероциклическую группу, гетероциклическую тиогруппу, аминогруппу, замещенную аминогруппу, силильную группу, замещенную силильную группу, ацильную группу, ацилоксигруппу, иминный остаток, амидную группу, кислотно-имидную группу, карбоксильную группу, замещенную карбоксильную группу, цианогруппу или нитрогруппу, R5, R6 - одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20; X представляет собой группу где Y=N-R7, или CR8R9, или SiR8R9, где R7, R8, R9 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20 или принимают те же значения, что и R1, R2, R3, R4, R5 или R6, EG-1 и EG-2 - концевые группы полимерного соединения, не зависящие друг от друга и представляющие собой атом водорода, галогена, триалкилстаннил (-Sn(Alkyl)3), остаток борной кислоты (-В(ОН)2), эфир борной кислоты (-B(OAlkyl)2), арильный или гетероарильный фрагмент. Композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение общей формулы (I) и по крайней мере один материал, выбранный из группы, включающей дырочно-транспортный материал, электрон-акцепторный материал, электрон-транспортный материал и светопоглощающий материал. По второму варианту композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение общей формулы (I) и хотя бы одно фуллереновое соединение. Способ получения полимеров общей формулы (I) заключается в том, что проводят реакцию поликонденсации Стилле или Сузуки для связывания исходных мономеров вместе, с образованием сопряженного полимера. Полимеры формулы (I) применяют для изготовления фотовольтаических преобразующих устройств, предпочтительно солнечных ячеек, солнечных батарей, солнечных модулей и оптических сенсоров. Изобретение позволяет повысить электронные свойства полимеров и улучшить фотовольтаические свойства преобразующих устройств. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл., 4 пр.

Полимерное соединение и его применение в фотовольтаических устройствах // 2641103

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления различных органических или гибридных оптоэлектронных изделий, структур и устройств, в том числе органических фотовольтаических устройств и органических светоизлучающих транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению. Полимерное соединение имеет общую формулу (I), где n - целое число от 2 до 2000 и представляет собой количество повторяющихся мономерных звеньев в полимерной цепи, которые могут быть идентичными или различными, R1, R2, R3, R4 представляют собой атом водорода; R5, R6 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20; X представляет собой группу где Y=N-R7, или CR8R9, или SiR8R9, где R7, R8, R9 одинаковы или отличны друг от друга и представляют собой алкильную группу С1-С20, EG-1 и EG-2 - концевые группы полимерного соединения, не зависящие друг от друга и представляющие собой атом водорода, галогена, триалкилстаннил (-Sn(Alkyl)3), остаток борной кислоты (-В(ОН)2), эфир борной кислоты (-B(OAlkyl)2), арильный или гетероарильный фрагмент. Композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение формулы (I) и по крайней мере один материал, выбранный из группы, включающей дырочно-транспортный материал, электрон-акцепторный материал, электрон-транспортный материал и светопоглощающий материал. По второму варианту композиция содержит хотя бы одно полимерное соединение формулы (I) и хотя бы одно фуллереновое соединение. Способ получения полимеров формулы (I) заключается в том, что проводят реакцию поликонденсации Стилле или Сузуки для связывания исходных мономеров вместе с образованием сопряженного полимера. Полимеры формулы (I) применяют в изготовлении фотовольтаических преобразующих устройств, предпочтительно, солнечных ячеек, солнечных батарей солнечных модулей и оптических сенсоров. Изобретение позволяет получить полимер с оптимальными электронными свойствами, имеющий ширину запрещенной зоны 1,2-1,7 эВ, который можно использовать при изготовлении фотовольтаических преобразующих устройств с более высокими эффективностями фотоэлектрического преобразования света. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., 8 пр.