DE10045192A1 - Organischer Datenspeicher, RFID-Tag mit organischem Datenspeicher, Verwendung eines organischen Datenspeichers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Datenspeicher, der auf organischem Material basiert und der in Kombination mit einer organischen integrierten Schaltung (integrated plasitc circuit) eingesetzt wird. Insbesondere betrifft sie einen Datenspeicher für einen RFID-Tag (RFID-tags: radio frequency identification - tags) sowie mehrere Verfahren zum Beschreiben eines Datenspeichers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenspeicher, der auf organi­ schem Material basiert und der in Kombination mit einer orga­ nischen integrierten Schaltung (integrated plastic circuit) eingesetzt wird. Insbesondere betrifft sie einen Datenspei­ cher für einen RFID-Tag (RFID-tags: radio frequency identifi­ cation-tags) sowie mehrere verfahren zum Beschreiben eines Datenspeichers.

Organische integrierte Schaltkreise auf der Basis von Organi­ schen Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) werden für mikroelek­ tronische Massenanwendungen und Wegwerf-Produkte wie kontakt­ los auslesbare Identifikations- und Produkt-"tags" gebraucht. Dabei kann auf das excellente Betriebsverhalten der Silizium- Technologie verzichtet werden, aber dafür sollten sehr nied­ rige Herstellungkosten und mechanische Flexibilität gewähr­ leistet sein. Die Bauteile wie z. B. elektronische Strich- Kodierungen (Barcodes), sind typischerweise Einwegeprodukte.

Für diese organischen integrierten Schaltungen, wie sie z. B. aus der WO 99/30432 bekannt sind, gibt es bislang keine Lö­ sung für das Problem, wie Informationen in einem Ident Tag und/oder einem low-cost IPC speicherbar sind.

Die Lösungen aus der Halbleitertechnologie sind für die An­ forderungen dieser Massenprodukte überqualifiziert und vor allem zu teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen organischen Daten­ speicher für mikroelektronische Massenanwendungen und Weg­ werf-Produkte auf der Basis von organischem Material zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Datenspeicher, der auf orga­ nischen Materialien basiert. Weiterhin ist Gegenstand der Er­ findung eine Identifizierungsmarke (RFID-Tag), die auf orga­ nischen Materialien basiert und die organische Feld-Effekt- Transistoren und einen organischen Datenspeicher umfasst. Die Verwendung eines organischen Datenspeichers ist auch Gegens­ tand der Erfindung. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Beschreiben eines organischen Datenspei­ chers, bei dem bei einer auf organischem Material basierenden integrierten Schaltung eine Transistorschaltung fehlt, durch Manipulation einer oder mehrerer Leiterbahnen nichtleitend gemacht wurde und/oder einfache Leiterbahnen leitend oder nicht leitend sind.

Der Begriff "organisches Material" umfasst hier alle Arten von organischen, metallorganischen und/oder anorganischen Kunststoffen, die im Englischen z. B. mit "plastics" bezeich­ net werden. Es handelt sich um alle Arten von Stoffen mit Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden (Germanium, Silizium) und der typischen metallischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Mate­ rial als Kohlenstoff-enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den breiten Einsatz von z. B. Siliconen gedacht. Weiterhin soll der Term keiner Beschrän­ kung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf poly­ mere und/oder oligomere Materialien unterliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von "small molecules" möglich.

Bevorzugt ist der organische Datenspeicher nur einmal be­ schreibbar.

Nach einer Ausführungsform umfasst der organische Datenspei­ cher eine Transistorschaltung, die vom Schaltprinzip her ver­ gleichbar zu den Fest-Speichern aus der Halbleitertechnik ist.

Die Beschreibung eines solchen Datenspeichers kann über eine Maskenprogrammierung, bei der die Transistoren, bzw. deren Gates an den entsprechenden Stellen fehlen und/oder das Gate­ oxid der Transistoren verschiedene Dicken hat (Transistor leitend/nichtleitend).

Die Beschreibung kann auch über sogenannte "fusable links" erfolgen, also über Leiterbahnen, die über einen Strom unter­ brochen werden können. "Fusable links" können dünne Leiter­ bahnen sein, aus leitendem organischen Material z. B. Pani oder Pedot oder Polypyrol.

Weiterhin können leitende und nicht leitende Leiterbahnen in­ nerhalb einer Transistorschaltung vorgesehen sein, z. B. kann für jedes Bit eine Leiterbahn vorhanden sein, wobei eine ge­ schlossene leitende Leiterbahn einer logischen "0" entspricht und eine offene bzw. nicht leitende einer logischen "1".

Eine besonders fälschungssichere Variante sieht zwei Leiter­ bahnen für zumindest ein Datenbit und vorzugsweise für jedes Datenbit vor. Beim Beschreiben wird eine dieser Leiterbahnen nichtleitend gemacht. Je nachdem, welche Leiterbahn nichtlei­ tend ist, wird das Bit auf 1 oder 0 festgeschrieben. Durch die Verwendung von zwei Leiterbahnen ist eine nachträgliche Änderung nicht mehr möglich.

Eine weitere Möglichkeit der Beschreibung des Datenspeichers auf organischer Basis liegt in der Änderung der Elektrizi­ tätskonstante des Gateoxids. Dabei wird die isolierende Schicht zwischen Gate und Halbleiter so verändert (z. B. durch Lichteinstrahlung), dass eine Änderung der Elektrizitätskon­ stante resultiert, die bewirkt, dass das Gate entweder schal­ tet (hohe Elektrizitätskonstante) oder isoliert (niedrige E­ lektrizitätskonstante).

Neben der Möglichkeit, einen Datenspeicher auf der Basis or­ ganischen Materials mit Transistorschaltung aufzubauen, gibt es die Variante, durch einfache Leiterbahnen, die leitend oder nicht leitend sind, Datenspeicher aufzubauen, wobei zur Gewinnung der gespeicherten Information deren Widerstand aus­ gelesen wird. Dabei entspricht z. B. der Zustand "leitend" ei­ ner logischen "0" und nicht leitend einer logischen "1". Das Auslesen kann z. B. mit Hilfe von Transistoren geschehen.

Bevorzugt sind die Datenspeicher einmal beschreibbar, vor­ zugsweise, aber nicht ausschließlich durch Manipulation einer oder mehrerer Leiterbahnen. Dabei können folgende Prozesse zur Beschreibung des Speichers zum Einsatz kommen:

• - Durch Lasereinstrahlung oder gezielt eingebrachte Hitze kann eine Leiterbahn zerstört und damit nicht leitend ge­ macht werden.
• - Durch chemische Behandlung wie z. B. Base/Säurestempel (leitfähige Bereiche nichtleitend machen oder umgekehrt)
• - Durch mechanische Behandlung, z. B. Durchtrennen einer Lei­ terbahn mit einer Nadel
• - Durch elektrische Spannung wird eine Leiterbahn lokal kurzgeschlossen und damit durch Überhitzung zerstört.
• - Während der Produktion kann einfach durch Weglassen einer Struktur auf einer Maske/auf einem Klischee die Leiter­ bahn getrennt oder geschlossen sein.
• - Durch Lasereinstrahlung kann die Elektrizitätskonstante geändert werden

Durch die oben genannten Prozessschritte lässt sich der Spei­ cher nur ein einziges Mal beschreiben. Die Beschreibung kann bei der Herstellung des Tags oder des Produktes erfolgen (z. B. Plagiatschutz oder elektr. Barcode, wobei viele Tags denselben Speicherinhalt haben) oder beim Montieren der Elektronik (z. B. Kofferanhänger, elektron. Briefmarke, elektr. Ticket, wobei jedes Ticket einen eigenen Speicher­ inhalt hat).

Da sich die organischen Materialien nur selten durch Analyse­ methoden voneinander unterscheiden lassen sind entsprechende Codierungen auch weitgehend fälschungssicher.

Gleichzeitig kann diese Technik auch dafür benutzt werden, eine Elektronik, wie z. B. einen elektronischen Barcode oder ein elektronisches Ticket nach Gebrauch gezielt unbrauchbar zu machen, indem eine bestimmte Bitanordnung nach Gebrauch (beim Entwerten des Tickets, beim Bezahlen an der Kasse) ge­ zielt eingeprägt wird oder der Speicher unleserlich gemacht wird.

Der Speicher kann in Kombination mit folgenden Systemen ein­ gesetzt werden:

• - In einer integrierten Kunststoff-Schaltung, d. h. einer Schaltung, die auf organischem Material basiert,
• - In einem Ident-System (Ident-Tags, RFID (Radio Frequenz Ident Tags) z. B. für
• - elektronischer Barcode
• - elektronische Tickets
• - Plagiatschutz
• - Produktinformation
• - In einem Sensor
• - In einem organischen Display mit integrierter Elektronik

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand zweier Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Speichermatrix in verschiedenen Ausführun­ gen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit unterschiedlicher Di­ cke des Gateoxids.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild von vier Ausführungsfor­ men einer Speichermatrix gezeigt.

Die Schaltung a) zeigt die Programmierung durch Weglassen der entsprechenden Transistoren z. B. einer integrierten Schal­ tung;

• a) zeigt einen sogenannten fusable link, wobei einige Leiter­ bahnen durch einen Stromstoss und/oder Lasereinstrahlung oder auf eine andere Art unterbrochen sind (siehe dort mittleres Feld);
• b) zeigt die Maskenprogrammierung, bei der Leiterbahnen ent­ weder verbunden werden oder nicht, d. h. der Transistor ist angeschlossen oder nicht, und
• c) zeigt die Ausführungsform mit verschiedenen Gatedicken, die leitend oder nicht leitend sind.

Die waagrechten Linien 1 und senkrechten Linien 2 zeigen die elektrischen Leitungen der Schaltung. Mit den Punkten 3 wird markiert, dass zwei sich kreuzenden Leiterbahnen in elektri­ schem Kontakt stehen. Das Schaltsymbol 7 steht für einen Feldeffekt-Transistor und zeigt die drei Anschlüsse Source, Drain und Gate. Die "T-Stücke" 4 zeigen den Erdungsanschluss der einzelne Transistoren der Schaltung.

Im Abschnitt b) der Figur sind zwei Zick-Zack-Leiterbahnen 6 zu erkennen, die dünne Leiterbahnen und/oder Leiterbahnen mit einer Sicherung, die leicht zu unterbrechen ist, zeigen.

Die unterbrochene Leiterbahn 5 im mittleren Abschnitt bei Teil b) der Figur zeigt, dass die elektrische Leitung zu ei­ nem Punkt 3 an dieser Stelle z. B. durch Kurzschluss oder durch Lasereinstrahlung unterbrochen wurde.

Im Teil d) des Schaltbildes hat der mittlere Transistor ein dickeres Gate-Oxyd 8, wodurch der Stromkanal des Transistors nichtleitend wird.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Transistors mit dickem und dünnem Gateoxid. Auf dem Träger (nicht ge­ zeigt) befindet sich die erste halbleitende Schicht mit Sour­ ce und Drain Elektroden 10, 11 die über eine halbleitende Schicht 12 verbunden sind. Über der halbleitenden Schicht 12 befindet sich die isolierende Schicht 13a, 13b. Über dieser Schicht 13 befindet sich die Gate Elektrode 14. Im Fall a) mit der isolierenden Schicht 13a ist der Isolator so dick, dass die Gate-Spannung nicht ausreicht um den Strom-Kanal leitend zu machen und im Fall b) ist sie schmal genug, um den Strom-Kanal leitend zu machen. Es resultiert demnach im ers­ ten Fall a) ein sperrender Transistor und im Fall b) ein lei­ tender Transistor.

Eine besonders fälschungssichere Variante des organischen Speichers wird mit doppelter Leiterbahnführung ereicht. Dabei enthält die zweite Leiterbahn die komplementäre Information zur ersten, ist die erste leitend (Bit "1") so ist die zweite nichtleitend (Bit "0"). Eine nachträgliche Änderung der Spei­ cherinformation ist nicht mehr möglich.

Mit der Erfindung wird es möglich, Informationen in inte­ grierten, auf organischen Materialien basierenden Schaltungen zu speichern. Dies kann insbesondere für den Einsatz in RFID- Tags z. B. beim Plagiatschutz, als elektronisches Ticket, als Kofferanhänger etc. wirtschaftlich verwertet werden. Bisher sind keine Datenspeicher für sog. "plastic circuits" bekannt.

Claims (19)

1. Datenspeicher, der auf organischem Material basiert.

2. Datenspeicher nach Anspruch 1, der nur einmal beschreibbar ist.

3. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, der eine Transistorschaltung umfasst.

4. Datenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, der zwei Leiterbahnen für zumindest ein zu speicherndes Datenbit umfasst.

5. Verfahren zum Beschreiben eines organischen Datenspei­ chers, bei dem bei einer auf organischem Material basierenden integrierten Schaltung eine Transistorschaltung entweder fehlt, durch Manipulation einer oder mehrerer Leiterbahnen nichtleitend gemacht wurde und/oder einfache Leiterbahnen leitend oder nicht leitend sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das durch Maskenprogrammierung, bei der die Transistoren, bzw. deren Gates an den entspre­ chenden Stellen fehlen und/oder das Gateoxid der Transistoren verschiedene Elektrizitätskonstanten hat, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die Beschreibung über "fusable links" erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem durch Lasereinstrahlung und/oder gezielt eingebrachte Hitze eine Leiterbahn zerstört und damit nicht-leitend gemacht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem durch chemische Behandlung wie z. B. Base/Säurestempel leitfähige Bereiche nichtleitend gemacht werden oder umgekehrt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem durch mechanische Behandlung eine einfache Leiterbahn und/oder die eines Transistors manipuliert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem durch elektrische Spannung eine einfache Leiterbahn und/oder eine Leiterbahn eines Transistors lokal kurzgeschlossen und/ oder durch Überhitzung zerstört wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem durch Weglassen einer Struktur bei der Herstellung auf einer Maske und/oder auf einem Klischee eine Leiterbahn getrennt oder geschlossen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem das Verfahren benutzt wird, um eine bestimmte Bitanordnung ge­ zielt einzuprägen oder gezielt unleserlich zu machen.

14. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Änderung der Elektrizitätskonstante des Gateoxids durch Lasereinstrahlung herbeigeführt wird.

15. Identifizierungsmarke, die auf organischen Materialien basiert und die einen organischen Feld-Effekt-Transistor und einen organischen Datenspeicher umfasst.

16. Verwendung eines auf organischem Material basierenden Da­ tenspeichers in einer integrierten Kunststoff-Schaltung (plastic integrated circuit).

17. Verwendung eines auf organischem Material basierenden Da­ tenspeichers in einem Ident-System (Ident-Tags), RFID (Radio Frequenz Ident Tags).

18. Verwendung eines auf organischem Material basierenden Da­ tenspeichers in einem Sensor.

19. Verwendung eines auf organischem Material basierenden Da­ tenspeichers in einem organischen Display mit integrierter Elektronik.