ES2682623T3 - Proceso para usar y crear papel basado en fibras de celulosa natural o sintética o combinaciones de éstas como soporte físico y medio de almacenamiento de cargas eléctricas en transistores de efecto de campo de unión autosostenida con memoria utilizando oxidos semiconductores activos - Google Patents

Abstract

Proceso para fabricar un dispositivo semiconductor de efecto de campo activo electronica u optoelectronicamente con memoria no volatil que comprende una pelicula delgada caracterizada porque dicha pelicula se basa en papel (2) constituida por fibras de celulosa naturales o sinteticas, o combinaciones de las mismas, en el dielectrico de dicho dispositivo, en donde la pelicula delgada (2) se basa en fibras de celulosa natural o sintetica producidas por regeneracion, disolucion o combinaciones de los mismos, con capacidad de polarizacion electrica espontanea, en la que el dielectrico tiene cargas quasipermanentes almacenadas independientemente de cualquier campo electrico aplicado, funcionando de forma similar a electretos, Donde las fibras de celulosa de dicho papel (2) estan embebidas en una resina o pegamiento ionico y dicho papel tiene una electronegatividad controlada mediante la adicion de especies cationicas tales como aluminio, en el que dicha pelicula delgada (2) actua ademas como sustrato de dicho dispositivo convirtiendolo en un dispositivo autosostenible.

Description

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DESCRIPCION

Proceso para usar y crear papel basado en fibras de celulosa natural o sintetica o combinaciones de estas como soporte fisico y medio de almacenamiento de cargas electricas en transistores de efecto de campo de union autosostenida con memoria utilizando oxidos semiconductores activos.

Campo de invencion

La presente invencion se refiere, en general, al uso de fibras de celulosa naturales, sinteticas o mezclas de estas tanto fisica como quimicamente por puentes de hidrogeno y resina, designado como papel en sus diversas formas y constituciones, para funcionar como soporte fisico y como elemento constitutivo de transistores de memoria de efecto de campo tipo n o p, con la capacidad de almacenar cargas electricas e ionicas por un periodo mayor de 20 horas mediante el estimulo de un campo electrico, y eliminar la informacion cuando se aplica un campo electrico de igual intensidad y signo opuesto al utilizado para registrar la informacion. Es decir, el uso de papel como un componente activo de transistores de efecto de campo con capacidad de memoria en el que la region activa del canal discreto (1) consiste en un oxido multicomponente como oxido de galio indio y zinc, oxido de indio y zinc, oxido de zinc y estano, oxido de galio estano y zinc, nitruro de zinc y oxidos de arsenico, oxido de plata y alumina u oxido de cobre zinc y aluminio y en los cuales, las proporciones de los componentes varian entre 0.1% y 99.9%, el dielectrico (2) consistiendo en su mayor parte en el papel formado por fibras de celulosa donde se deposita el semiconductor con la capacidad de aumentar enormemente la retencion de las cargas ionicas y electricas tras un estimulo de voltaje puntual y descargarlas casi por completo (eliminar la informacion) inmediatamente despues de la aplicacion de un estimulo electrico con la misma intensidad pero de signo opuesto al utilizado para almacenar la informacion, en el cual las regiones simetricas de fuente y drenaje (5) consisten en una aleacion metalica de titanio y oro o titanio y aluminio o cromo y aluminio o plata y aluminio o a traves de un oxido semiconductor degenerado con alta conductividad como el oxido de indio y zinc y el oxido de zinc y galio, o oxido de estano, en proporciones constituyentes que varian entre 0.1% y 99.9%, que permiten la integracion de fibras que contiene el semiconductor donde las interfases correspondientes entre las capas pueden contener una pelicula con un espesor nanometrico para la adaptacion de las mismas (4) y hay un electrodo de puerta continuo (3) en el que se aplica la tension escalonada para el almacenamiento o borrado de cargas electricas hechas por cualquiera de los materiales que componen las regiones de drenaje o fuente, pero ubicadas en la otra cara de la hoja de papel.

La presente invencion se basa en el uso de papel basado en celulosa constituido por fibras de celulosa quimicamente unidas por puentes de hidrogeno o prensadas con diferentes espesores (entre 1 micrometro y 8000 micrometros), simultaneamente como soporte fisico de los dispositivos y como su elemento integral constitutivo con la capacidad de proporcionar el aislamiento electrico necesario entre un metal y un semiconductor activo discretamente depositado en las fibras, limitando el movimiento de cargas electricas a traves de las fibras en ausencia de cualquier campo electrico aplicado, mas bien la acumulacion de cargas electricas en las dos interfases que hacen contacto fisico con el electrodo de puerta (3) y la region de canal (3) que consiste en un oxido activo semiconductor multicomponente discretamente depositado en las fibras, operable para mantener esas cargas despues de la retirada del estimulo de origen durante un periodo de una unidad o varios cientos de horas dependiendo de la cantidad de fibras existentes, su distribucion, grado de compactacion y forma un recubrimiento en su superficie directamente con los materiales que constituyen respectivamente el electrodo de puerta continuo o region de canal discreto o a traves de una capa de adaptacion (4) de espesor nanometrico.

En la presente invencion para el procesado de todos los materiales a depositar sobre el papel que consiste en fibras de celulosa, de aqui en adelante referido simplemente como papel, es necesario que las tecnologias de fabricacion de estas peliculas puedan ocurrir a temperaturas bajas, particularmente a temperaturas por debajo de 200 grados Celsius o que cuando sea necesario un recocido, esta temperatura no se exceda.

Los transistores con efecto de memoria asi producidos se pueden utilizar en optoelectronica y electronica particularmente en la provision de circuitos electronicos y sistemas con memoria no volatil temporal, circuitos de registro de desplazamiento, circuitos logicos, circuitos digitales, en osciladores de anillo para memoria rfid entre otros, tomando la ventaja de que el papel en si mismo es el soporte fisico, siendo flexible y desechable.

Los dispositivos objetivo de la presente invencion pueden usar una capa de proteccion o encapsulacion tal como fluoruro de magnesio y tambien pueden tener semiconductores organicos activos en la region del canal, tales como N,N'-difenil-N, N- bis(3-metilfenil)-1, 1 'bifenil-4, 4'diamina; tri- 8hidroxiquinolinolato.

En esta descripcion, los materiales que se depositan en el papel para formar el dispositivo final se pueden hacer usando metodos tecnicos de deposicion fisica, quimica y fisicoquimica reactiva o no reactiva de peliculas delgadas en un rango de escala atomica, manteniendo temperaturas cercanas a la temperatura ambiente, entre las que se encuentran:

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Pulverizacion catodica de corriente continua o radio frecuencia;

Deposicion termica resistiva o mediante un canon de electrones, bajo condiciones de vacio;

Descomposicion qmmica asistida o no asistida de vapores por plasma de radiofrecuencia o frecuencia ultra alta; Calentamiento resistivo al vacio;

Crecimiento atomico epitaxial;

Deposicion mediante inyeccion de tinta;

Emulsion quimica.

Las tecnicas enumeradas permiten el crecimiento controlado de peliculas con espesores de 1 nm a 50 |jm de materiales organicos e inorganicos, sin danar el papel o el rendimiento electronico del material depositado.

Resumen

La presente invencion describe el proceso de fabricacion de un dispositivo electronico u optoelectronico basado en un transistor de efecto de campo de oxido semiconductor activo, con capacidad de memoria no volatil que incorpora una pelicula delgada, designada como papel (2) a base de fibras de celulosa naturales, sinteticas o fibras mixtas como el dielectrico del dispositivo.

De acuerdo con la presente invencion, dicha pelicula (2) actua ademas como sustrato del dispositivo, por lo que es autosostenible.

Una forma de realizacion preferida de la presente descripcion tiene la caracteristica de incorporar uno o mas componentes adicionales, de origen organico o inorganico, con caracteristicas electricas metalicas (3, 5), de un semiconductor (1), de un aislante (6) o de peliculas de pasivacion (4), en estructuras individuales, estructuras compuestas tipo tandem o estructuras multicapa, depositadas de manera puntual o continua en ambas caras del papel.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incorpora componentes a temperaturas proximas a la temperatura ambiente y que pueden ser recocidas opcionalmente hasta 200 grados Celsius.

Otra forma de realizacion preferida de esta invencion incluye la colocacion de componentes por uno o mas de los siguientes metodos: por evaporacion termica resistiva o por canon de electrones en vacio; corriente directa o radiofrecuencia o frecuencia ultra alta, pulverizacion, asistida o no asistida por magnetron; por descomposicion quimica de vapor asistida o no asistida por radiofrecuencia o ultra alta frecuencia; por inyeccion de tinta; por emulsion quimica.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incluye la capacidad de depositar componentes conductivos (3, 5) que comprenden materiales organicos o inorganicos conductores tales como metales u oxidos semiconductores de alta conductividad, con espesores de hasta 30 |jm.

Aun otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incluye depositar componentes semiconductores (1) que comprenden materiales inorganicos covalentes, o materiales inorganicos ionicos de uno o varios componentes, o materiales organicos, con un espesor entre 1 nm y 50 jm, preferiblemente aleaciones de silicio u oxidos multicomponente basados en zinc.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion comprende el uso de oxidos ionicos como semiconductores degenerados, cuya funcion es permitir la interconexion de las fibras recubiertas con el oxido semiconductor activo con los terminales de la region del canal, y su uso como regiones de drenaje y fuente (5), y preferiblemente basados en aleaciones de oxidos de zinc e indio.

Una forma de realizacion adicional de esta invencion incluye estructuras basadas en electrodos de metal (2) - papel a base de fibras (2) - semiconductor (1), en el que el papel de origen celulosico natural o sintetico o mixto funciona tanto con dielectrico y como elemento capaz de inducir y almacenar cargas en las fibras, en el semiconductor activo o en la interfaz entre el semiconductor y el papel.

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Aun otra forma de realizacion preferida de la presente invencion proporciona papel de origen natural o sintetico o de celulosa mixta, como una capa (4) de pasivacion o adaptacion antes de depositar cualquier otro componente que pertenezca al dispositivo final.

Aun en otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, se proporciona la capa de pasivacion o adaptacion basada ya sea en un material dielectrico covalente o ionico, ambos de alta resistividad electrica, exhibiendo espesores en el rango de 1 nm a 500 nm, mas de dos ordenes de magnitud menor que el espesor de las fibras que forman el papel.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion tiene la particularidad de encapsular el dispositivo final a traves de un dielectrico (6) con un grosor de hasta 30 |jm.

De acuerdo con la presente invencion, la pelicula (2) comprende fibras de celulosa naturales o sinteticas producidas por regeneracion, disolucion o tecnicas mixtas o mezcla de fibras sinteticas y naturales con la capacidad de proporcionar polarizacion electrica espontanea, en la cual el dielectrico tiene cargas casi permanentes almacenadas independientemente de cualquier campo electrico aplicado, de manera similar a los electretos.

Ademas, las fibras de celulosa del papel (2) estan embebidas en una resina o pegamento ionico cuya electronegatividad se controla agregando especies cationicas tales como aluminio.

Esta descripcion tambien describe un dispositivo electronico u optoelectronico basado en transistores de efecto de campo de semiconductores activos con memoria no volatil que comprenden una pelicula delgada, el designado papel (2) basado en fibras de celulosa naturales, fibras sinteticas o mixtas como el dielectrico del dispositivo.

La pelicula (2) actua ademas como sustrato del dispositivo, por lo que es autosostenible.

Una forma de realizacion preferida de la presente descripcion tiene la caracteristica de incorporar uno o mas componentes adicionales, de origen organico o inorganico, con caracteristicas electricas metalicas (3, 5), de un semiconductor (1), de un aislante (6) o de peliculas de adaptacion (4), en estructuras individuales o puntuales, estructuras compuestas tipo tandem o estructuras multicapa, depositadas de manera puntual o continua en ambas caras del papel.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, el (los) componente (s) conductor (es) (3, 5) incluyen materiales conductores organicos o inorganicos, metales u oxidos semiconductores de alta conductividad, con espesores de hasta 30 jm.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion el(los) componente(s) semiconductor(es) comprende(n) materiales inorganicos covalentes o materiales simples inorganicos ionicos o materiales compuestos inorganicos ionicos, o materiales organicos, con un espesor entre 1 nm y 30 |jm, preferiblemente oxidos o aleaciones de silicio u oxidos multicomponente basados en zinc.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incluye oxidos ionicos como semiconductores degenerados, cuya funcion es permitir la interconexion de fibras recubiertas con el semiconductor activo en los terminales de la region del canal, y su uso como regiones de fuente y drenaje (5), y preferiblemente basado en aleaciones de oxido de zinc e indio.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incluye estructuras de tipo de electrodo metalico (3) - papel compuesto de fibras (2) - semiconductor (1), donde el papel de origen celulosico natural, sintetico o mixto funciona simultaneamente como dielectrico y elemento capaz de inducir y almacenar cargas en las fibras, en el semiconductor activo o en la interfaz semiconductor-papel.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion comprende una capa de adaptacion o pasivacion (4) depositada directamente en papel (2), antes de depositar cualquier otro elemento componente del dispositivo final.

Otra forma de realizacion preferida de esta invencion se basa en el hecho de que la capa (4) de pasivacion o adaptacion se aplica a un material dielectrico covalente o ionico de alta resistividad electrica, particularmente con espesores de hasta 500 nm, mas de dos ordenes de magnitud inferior al espesor de las fibras que forman el papel.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, el dispositivo final esta encapsulado por un dielectrico (6) con un espesor de hasta 30 jm.

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En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, los dispositivos tienen la forma de un transistor de tipo n o p capaz de almacenar cargas electricas e ionicas a lo largo de las fibras que forman el papel (2) de acuerdo a su electronegatividad cuando son sometidas a variaciones de voltaje positivo o negativo, respectivamente, aplicado al electrodo de puerta (3) y manteniendo las cargas almacenadas despues de desconectar la tension de puerta aplicada, operando en el denominado modo de puerta flotante.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, la informacion almacenada a lo largo de las fibras del papel puede eliminarse por completo con la aplicacion de un voltaje de signo opuesto al utilizado para almacenar la informacion y con la misma o mayor intensidad que la utilizada para almacenar la informacion.

Otra forma de realizacion preferida de la presente invencion tiene la particularidad de hacer que el dispositivo sea operable para almacenar en la misma area informacion escrita de forma diferente, con diferentes etapas de amplitud de voltaje, pudiendo el dispositivo ser capaz de reconocerla, selectivamente.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, la informacion almacenada puede acumularse continuamente aplicando voltajes escalonados de diferentes amplitudes al electrodo de puerta (3), continuo o no, ubicado en la cara del papel (2) opuesta a la cara que contiene el semiconductor activo (1).

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, la informacion almacenada no se borra completamente si la tension aplicada de signo opuesto tiene un valor inferior al voltaje utilizado para escribir la informacion.

Todavia otra forma de realizacion preferida de la presente invencion incluye en la capa de semiconductor (1) del dispositivo, dos materiales depositados de alta conductividad perfectamente iguales en terminos de conductividad electronica y separados entre si por distancias que pueden ir de 10 nm a 500 |jm, respectivamente, designadas como region de drenaje y region de fuente (5) y que permiten la interconexion de las fibras del papel (2) que contiene el semiconductor activo, basado en oxido o no oxido, en cada lado de la region del canal.

Todavia en otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, las regiones fuente y drenaje incluyen entre ellas, un semiconductor ionico organico o inorganico continuo, con conductividades de al menos tres ordenes de magnitud mayor que la del material semiconductor activo colocado sobre las fibras del papel, y sobre el cual se depositaron, llamado region del canal (1), con espesores que dependen del grosor de las fibras del papel que contiene el semiconductor activo que constituye la region del canal activo, y que oscila preferiblemente entre 1 nm y 500 nm.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, el semiconductor activo depositado en las fibras del papel es remplazado por dos semiconductores discretos (1,7) de naturaleza electronica complementaria, tipo p y tipo n, o viceversa, yuxtapuestos y separados entre si por distancias entre 50 nm y 10 jm, formando un sistema llamado dispositivo complementario, de ahora en adelante simplemente designado como complementario.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, ambos semiconductores (1,7) estan conectados entre si por el mismo material usado como drenaje y fuente, actuando como electrodo comun y comprendiendo dos terminales adicionales (5) depositados independientemente e identicas electronicamente en cada uno de los extremos de las regiones del canal, los cuales forman la interconexion entre las fibras (2) conteniendo los respectivos semiconductores activos (1,7), conocidos como fuente o drenaje o viceversa.

Otra forma de realizacion de esta invencion tiene la caracteristica adicional de que los dos transistores que constituyen el dispositivo complementario nunca se conectan simultaneamente en el estado ENCENDIDO.

Otra forma de realizacion de esta divulgacion proporciona la caracteristica adicional de que la informacion almacenada se borra aplicando un voltaje de signo opuesto y con la misma intensidad o amplitud utilizada para almacenar informacion en el electrodo de puerta (3).

De acuerdo con la presente invencion, dicho papel (2) incluye fibras de celulosa naturales, fibras sinteticas o mixtas producidas por tecnicas de regeneracion, disolucion o mezclado con la capacidad de tener polarizacion electrica espontanea donde se afirma que el dielectrico tiene cargas almacenadas quasi-permanentes, independientemente de cualquier campo electrico aplicado, de manera similar a los electretos.

Por otra parte, el fibras de celulosa del papel (2) son embebidas en una resina o pegamento ionico cuya electronegatividad se controla mediante la adicion de especies cationicas como el aluminio.

Antecedentes de la invencion

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En termino de aplicaciones, el uso de papel con funcion simultanea de soporte fisico y componente electronico activo de dispositivos llamados transistores de efecto de campo con memoria no volatil no se conoce mas alla de sus aplicaciones como soporte o dielectrico pasivo en condensadores electricos.

La presente invencion implementa el uso de papel de origen celulosico natural, sintetico o mezclado mas alla de funciones estaticas o simple sustrato para otras funciones activas y dinamicas, convirtiendo as^ el papel en una solucion de alta tecnologia para aplicaciones electronicas de bajo coste y, eventualmente, para aplicaciones electronicas desechables.

Este desarrollo permite proporcionar al papel mas aplicabilidad de la de dibujar/escribir en el.

Para lograr dicho objetivo, es necesario combinar diversas tecnologias para que el material depositado cumpla con la adhesion, la elasticidad mecanica, la estabilidad quimica y los parametros de calidad electronica y optica ajustandolos a 3 niveles de requisitos: Procesos de fabricacion; Funcionalidad del material y el dispositivo; Integracion de los mismos en fibras, resina y pegamento que sostienen y que forman el elemento clave de la memoria.

En el proceso de fabricacion, el papel se prepara con el fin de favorecer la distribucion de las fibras incrustadas en resina o pegamiento ionico cuya electronegatividad es controlada por la adicion de especies cationicas como el aluminio y su grado de compactacion, que determina el valor de su constante dielectrica, y en consecuencia, la capacidad final del dispositivo en el que se incorporara. Ademas, durante el proceso de fabricacion del papel, se debe controlar la naturaleza de las cargas estaticas almacenadas independientemente de cualquier campo electrico aplicado que surja de la naturaleza ionica de la resina y el pegamento en uso, que transforman el conjunto, dandole una caracteristica similar a la de los electretos en cuanto a retencion de carga estatica se refiere.

Ademas, puede ser necesario preparar las dos caras del papel para recibir los depositos de materiales necesarios para completar el dispositivo final. Este tratamiento puede ser un tratamiento simple con plasma de oxigeno en la superficie del papel, seguido o no por el deposito de una pequena pelicula de tipo dielectrico a escala nanometrica en funcion de la capacidad de compactacion del papel y el efecto de almacenamiento de carga previsto.

Con el fin de obtener las caracteristicas mencionadas anteriormente, el material destinado a depositarse en ambas caras de papel sera material organico o inorganico con caracteristicas metalicas, semiconductoras y dielectricas.

Los metales destinados a ser utilizados y procesados por una de las tecnologias antes mencionadas (3) tales como plata, aluminio, cobre, titanio, oro, cromo y platino, o cualquier otra aleacion metalica de los elementos antes mencionados o su deposicion en capas apiladas son utilizados para procesar contactos electricos continuos o discretos llamados electrodo de puerta o en la fabricacion de regiones de drenaje y fuente (5) depositando sobre semiconductores activos discretos o continuos utilizados como capa de canal, como semiconductores oxidos multicomponente, una pelicula que muestra resistividad en el rango o menos de 10-4Qcm. Ademas de los metales, tambien estan incluidos, para la misma funcion (3), o (5) cualquier semiconductor oxido degenerado como oxido de estano, oxido de zinc y oxido de indio, indio dopado con estano, oxido de zinc dopado con galio, oxido de zinc dopado con aluminio con resistividad inferior a 10-3 Qcm o semiconductores organicos con caracteristicas conductoras metalicas como PEDOT.

Los semiconductores activos tipo n o tipo p usados en el procesamiento de las regiones discretas o continuas del canal (1) pueden ser materiales activos ionicos organicos o inorganicos. En terminos de materiales semiconductores organicos se destacan los siguientes: tetraceno, pentaceno, ftalocianina de cobre, oxido de ftalocianina de titanio y ftalocianina de zinc, entre otros, con resistividad que varia desde 1012-10-4 Qcm.

En el caso de los semiconductores inorganicos ionicos para su uso como semiconductores activos continuos en la capa del canal del dispositivo, deberian basarse principalmente en oxidos nanocompuestos u oxidos multicomponente tales como oxido de zinc, oxido de estano, oxido de indio, oxido de titanio, oxido de cobre, oxido de aluminio, oxido de cobre y aluminio, oxido de niquel, oxido de rutenio, oxido de cadmio, tantalo, oxidos multicomponente de indio y zinc, oxidos multicomponente de galio, indio y zinc, oxidos multicomponente de galio , zinc y estano, oxidos multicomponente de cobre y aluminio, oxidos multicomponente de plata y cobre, oxidos multicomponente de titanio, oxidos multicomponente de indio y galio, oxidos multicomponente de estano y galio, oxidos multicomponente de cobre, zinc , estano y plata, cualesquiera que sean, la composicion de los elementos puede variar entre un 0,1% y 99,9% con una resistividad comprendida entre 1014 -10-4 Q, y grosores que pueden llegar hasta 500 nm.

En terminos de materiales de muy alta resistividad utilizados como material para pasivacion de las interfases o adaptacion entre materiales depositados y fibras (4) son esencialmente oxidos o compuestos basados en nitruros con espesores entre 1 nm y 1000 nm, como dioxido de silicio o nitruro de silicio, o fluoruro de magnesio, o mezclas de hafnia y alumina o dioxido de silicio, o materiales organicos u otros materiales simples o multicapa, como compuestos de oxido de tantalo, hafnio, zirconia,

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itria, alumina u compuestos oxidos tales como oxido de hafnio/tantalo, oxido de alumina/tantalo, hafnia/alumina; dioxido de silicio/pentoxido de tantalo, itrio de tantalio; zirconio/pentoxido de tantalo/dioxido de silicio, alumina/oxido de titanio o PMMA, o POMA, o mylar, todos procesados a temperaturas que oscilan entre -20 grados Celsius y 200 grados Celsius, con la intencion de que ademas de las superficies extremadamente compactas y extremadamente planas, las estructuras de los materiales sean amorfas o nanoestructuradas.

La seleccion del material o materiales mas adecuados dependera del tiempo requerido para almacenar cargas y de si muestran la eficiencia operativa deseada hacia el material que forma el canal, a fin de lograr el aislamiento electrico deseado y en el que la definicion espacial y la geometria de dicho material constituyente del dispositivo se lleva a cabo utilizando una tecnica de litografia estandar, o mediante mascaras o tecnicas litograficas conocidas como lift-off.

En terminos de dispositivos, es posible:

1. Fabricacion del metal, aislante y semiconductor (MIS) Estructuras tales como condensadores con la capacidad de almacenar cargas electricas durante tiempos que oscilan entre una hora y cientos de horas y en el que el material aislante/inductivo del proceso de almacenamiento de cargas electricas y soporte simultaneo del dispositivo es una hoja de papel compuesta de fibras discretas que contiene el electrodo de puerta (3) similar al metal en un lado de la superficie del papel y en el otro lado el semiconductor organico o inorganico activo depositado utilizando cualquiera de las tecnologias mencionadas anteriormente ((1), (2), (3), (3));

2. Procesado de transistores de efecto de campo con efecto de memoria no volatil de tipo n y p (figuras 3 a 5) en el que el medio dielectrico y de almacenamiento o inductor de almacenamiento de cargas es el papel que se compone de fibras distribuidas a lo largo de diferentes capas mecanicamente compactadas y conectadas por resinas y adhesivos (2); el semiconductor activo que forma la region del canal es un semiconductor inorganico ionico o un semiconductor organico (1) depositado puntualmente en la superficie de las fibras, y las regiones de fuente y drenaje respectivamente estan basadas en oxidos altamente conductor o en metal o en semiconductor organico altamente conductor ( 4) a traves del cual se realiza la integracion. Estos dispositivos estan compuestos como se muestra en la figura 2, donde el canal (1) se deposita directamente sobre el papel compuesto por fibras aglomeradas (2) o sobre una capa de adaptacion de interfases previamente depositada sobre el papel (4) junto con peliculas que forman regiones de fuente y drenaje (5) y en la otra cara del papel (2) el electrodo de puerta continuo (3) es depositado ya sea el electrodo de puerta continuo o discreta (3) directamente o por medio de una capa de adaptacion que consiste en un metal u oxido altamente conductor o un material organico altamente conductor como el tetraceno, el pentaceno y la ftalocianina de cobre, el oxido de ftalocianina de titanio y la ftalocianina de zinc, entre otros. Estos dispositivos tienen movilidades superiores a 0,5 cm2V-1s-1, relacion de activacion/desactivacion superiores o iguales a 104, periodos de almacenamiento superiores a una hora, umbral de tension operativa positiva para transistores de tipo n y voltaje operacional negativo para transistores de tipo p y para operar en cualquier modo de enriquecimiento o modo de emprobrecimiento, y para ser encapsulado o no (6). Es decir, para estar en el estado ENCENDIDO, se debe aplicar una tension a menos que el dispositivo ya este en el estado ENCENDIDO sin aplicacion de voltaje. En estos dispositivos, la escritura de informacion (retencion de cargas electricas debidas a electrones o iones negativos cerca del electrodo de puerta o cerca de la region del canal, tipo p o tipo n respectivamente, asi como la naturaleza de la resina utilizada) se realiza aplicando un voltaje superior al umbral operacional de la tension del dispositivo, la cantidad de cargas almacenadas es proporcional al valor de la tension aplicada que varia de manera continua entre un valor minirno igual a la tension umbral y una tension maxima correspondiente a la region electrica de transferencia caracteristica del dispositivo donde la corriente de drenaje en la region del canal se satura y, por lo tanto, el maximo de cargas inducidas y acumuladas (ambos, electrones y cargas ionicas) por el dispositivo. Para eliminar toda la informacion almacenada (traducida en cargas electricas e ionicas almacenadas), es necesario aplicar un voltaje de igual magnitud pero de signo opuesto al voltaje utilizado para escribir (almacenar cargas) la informacion. Esto permitira almacenar y escribir en el mismo espacio informacion distinta mediante el uso de diferentes voltajes de paso o la aplicacion de voltajes de puerta que el dispositivo puede reconocer de forma selectiva.

3. Fabricar dispositivos de tipo CMOS o C-MESFET con capacidad de memoria no volatil en la que el material utilizado como sustrato y dielectrico con capacidad para almacenar o para inducir el almacenamiento de cargas electricas e ionicas es el papel compuesto de fibras discretas y en el que los semiconductores complementarios tipo n y tipo p incorporados en el dispositivo seran semiconductores ionicos inorganicos o semiconductores organicos, o cualquiera de sus posibles combinaciones hibridas depositadas en las fibras formando el papel tal como se muestra en la Fig. 6. Es decir, un dispositivo basado en dos transistores de efecto de campo, uno de tipo p y otro de tipo n con una puerta comun y en el que los terminales de salida (fuente y drenaje o viceversa) son comunes y las otras dos terminales de salida son independientes y que con la aplicacion de una tension positiva, el transistor de tipo n (1) esta en estado ENCENDIDO y escribiendo mientras que el transistor tipo p (7) esta en estado APAGADO eliminando la informacion, sucediendo lo contrario al aplicar un voltaje negativo.

La presente invencion pretende generar un nuevo concepto para la aplicacion de papel basado en celulosa y nuevos semiconductores inorganicos ionicos y semiconductores organicos, o mediante la combinacion de ambos semiconductores designados por la forma hibrida para aplicaciones de memoria no volatil en la que no existen patentes conocidas en el estado

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del arte o con estas caracteristicas. En otras palabras, se refiere a una estructura de transistores de efecto de campo con efecto de memoria no volatil donde el papel es tanto el soporte como el elemento activo que promueve el almacenamiento de carga y sus combinaciones con semiconductores inorganicos, basados en oxidos multicomponente, semiconductores organicos o la combinacion de ambos semiconductores.

Antecedentes de la invencion

El estado del arte de la presente invencion, asi como las patentes anteriores a la presente divulgacion, que podrian estar relacionados con los mismos, se describiran a continuacion.

La investigacion realizada dio como resultado las siguientes patentes y referencias de la tecnica anterior, aunque no se considero el uso de un soporte de celulosa para el funcionamiento simultaneo como sustrato y componente electronico que presenta efecto de memoria.

1. La solicitud de patente nacional portuguesa N° 103951 presentada en 2008 se refiere al uso de papel a base de celulosa o bio-organico como soporte fisico para el procesamiento de dispositivos y sistemas electronicos y no a su integracion en la fabricacion y soporte del dispositivo y sistemas electronicos con efecto de memoria. En esta patente por lo tanto, el papel es un simple soporte fisico de dispositivos electronicos, producido por cualquier tecnologia convencional usando semiconductores covalentes o semiconductores ionicos organicos e inorganicos, con las conexiones metalicas respectivas. El unico punto de convergencia de la presente invencion con respecto a la invencion mencionada anteriormente es que los dispositivos se basan en las mismas tecnologias de procesamiento de materiales. Por otro lado, el efecto de memoria reivindicado en esta patente se refiere a materiales electro-cromaticos que se depositan en el papel y mantienen su estado de oxidacion (oxidado o reducido) despues de retirar el estimulo electrico que los origino. Este efecto es reversible. Este efecto de memoria no tiene nada que ver con la presente invencion en la que el efecto de memoria no volatil esta asociado con una caracteristica intrinseca del papel y con la innovacion asociada a crear nuevos dispositivos electronicos basados en la integracion de diferentes fibras de celulosa con semiconductores activos que son depositados y cuya integracion en superficie se lleva a cabo mediante el contacto con partes metalicas que permiten la interconexion de todas las fibras y los respectivos semiconductores activos en la misma cara del papel y en el que el control que permite la induccion de cargas se basa en un electrodo de puerta continua depositado en la otra cara del papel en que se aplica un pulso electrico que permite escribir, leer, reescribir o eliminar la informacion almacenada y recogida en el conjunto de fibras, dando como resultado la existencia o inexistencia de corriente que circula en la region de canal formada por el semiconductor activo.

2. La patente estadounidense n° 3.617.372 presentada en 1967, se refiere a papel electro-conductor para producir imagenes electrostaticas, donde la innovacion tiene lugar en la fabricacion de la matriz del papel, que permite contener cadenas polimericas con grupos hidroxietilo e hidroxipropilo para adecuar las funciones del papel a la captura de imagenes y proporcionar impresion sin contacto. La patente no esta en vigor. Se relaciono con el papel como constituyente de la invencion para la captura de la imagen y el registro, no estando relacionados de ningun modo con el objeto de la presente invencion.

3. Patente japonesa JP2003123559, "Metodo de formacion y su dispositivo para pelicula conductora transparente, pelicula conductora transparente y papel electronico" - tiene como objetivo la produccion de peliculas transparentes y conductoras a bajas temperatura, de oxido de indio y estano, ITO (u oxido de zinc, ZnO), a traves de la descomposicion de vapor quimica asistida por plasma usando formas gaseosas de yoduro de indio y cloruro de estano (nitrato de zinc (Zn(NO3)2. 6H2O) en una atmosfera de oxigeno, con o sin un gas inerte como Argon, depositados en membranas polimericas de politiofeno u otro material de base organica, para su uso en el llamado papel electronico (e-paper). Es decir, la posibilidad de reescribir caracteres alfanumericos o imagenes en una pelicula flexible basada en un oxido conductor transparente depositado sobre un sustrato organico. En este caso, por ejemplo, el oxido conductor transparente se usa como electrodo para la aplicacion de campos electricos, para controlar el tono de la imagen, por ejemplo, a partir de la orientacion de cristales fiquidos. Esta patente trata de un proceso para obtener peliculas, su sistema y caracteristicas fisico-mecanicas de las peliculas asi obtenidas, tales como la adhesion. Es decir, el objeto de la invencion es proporcionar la produccion de sustratos organicos y oxidos conductores para usar simplemente como electrodos, que no comprenden en la patente el uso de papel a base de celulosa, simultaneamente, como componente electronico con capacidad de memoria y soporte del dispositivo que incorpora.

4. La patente estadounidense U.S.2006 / 0132894 describe el deposito de oxidos conductores transparentes en ambas caras de papel electronico y tiene como objetivo principal aplicaciones similares a las descritas en IP2003123559. En otras palabras, esta enfocado en la adaptacion de tecnologias utilizadas en pantallas, como cristales Kquidos, para nuevas pantallas flexibles producidas en medio organico. Por lo tanto, las reivindicaciones de esta patente estan incluidas en el alcance de los equipos utilizados y de como procesar y conservar una imagen en sustratos organicos flexibles, que comprende el control de particulas no conductoras colocadas dentro del propio papel o debajo de los oxidos producidos, con la capacidad para cambiar su grado de transmitancia aplicando un campo electrico. Esto no esta dentro del alcance de la presente divulgacion.

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5. La patente canadiense CA682814 "Papel conductor electrico y metodo de fabricacion" se refiere al procesamiento de la matriz del papel conductor, en particular a la inclusion de fibras conductoras en su matriz recubiertas o no por metal, dispersadas aleatoriamente en una matriz de celulosa. Esto no esta dentro del alcance de la presente descripcion, que no incluye la manipulacion de la estructura de papel.

6. La patente estadounidense US2003 / 0192664A1 "Uso de polimeros de vinilamina con microgotas polimericas ionicas entrecruzadas en la fabricacion de papel" se refiere a un metodo de fabricacion de papel y sus constituyentes, especificamente en el uso de aditivos ionicos organicos para facilitar el drenaje y la retencion de fluidos en el papel. Esta patente no esta dentro del alcance de la presente descripcion.

7. La patente estadounidense US2004 / 0249055A1, "Recubrimiento de papel en latex con monomero ionico" se refiere a un recubrimiento de papel que contiene monomeros ionicos copolimericos o la inclusion de dichos monomeros en la matriz del papel para optimizar la estabilidad del fluido y las caracteristicas de retencion , no estando dentro del alcance de la presente invencion.

8. La patente canadiense 021767053 'Papel electricamente conductor' - se refiere al recubrimiento de papel celulosico en una matriz conductora, recubierto con un material aislante fotoconductor, mediante incorporacion de zeolitas, capaces de asegurar una resistividad inferior a 1012 Qcm, con el objetivo de desarrollar y mantener cargas electrostaticas para la impresion de informacion. Esto no esta dentro del alcance de la presente descripcion en donde el papel esta destinado a funcionar como un dielectrico capaz de almacenar cantidades de carga y servir simultaneamente como elemento de soporte para los diversos componentes que forman el dispositivo en ambas caras del papel.

9. Patente canadiense CA898082 'Derivados polimericos cuaternarios de 4-vinilpiridina en papel electricamente conductor "- se refiere al uso de polimeros cuaternarios capaces de recibir capas fotoconductoras capaces de producir papel de copia electrostatico. Este no es el alcance de la presente invencion.

10. La patente canadiense CA922140 "Papel electro-conductor" trata de papel electro-conductor con polimeros con al menos el 75% de su constitucion validos para tecnicas de reproduccion de imagenes. La patente protege todas las composiciones que contienen estructuras radicales del tipo:

R

I

-ch2-c- r1

I /

0=C-O-A-N+ •X

I \

R3 R2

Este no es el alcance de la presente invencion.

El documento US2002 / 0195644 describe un transistor de efecto de campo que tiene un dielectrico de puerta polarizable organico que puede usarse como un dispositivo de memoria.

El documento W02006 / 104069 describe un transistor de efecto de campo organico que comprende un dielectrico de puerta basado en celulosa.

Las patentes y referencias mencionadas corresponden al estado del arte, donde se encuentra la presente divulgacion, habiendo algunos puntos perifericos en comun, en terminos de proceso y materiales utilizados como conductores, en superficies plastificadas y en que los procesos tienen lugar a temperatura ambiente. Sin embargo, se desconoce la existencia de trabajos y patentes o aplicaciones de patentes que se centren en el uso de papel de celulosa simultaneamente como un componente con efecto de memoria y como matriz fisica en dispositivos activos.

La presente invencion consiste en integrar diferentes tecnologias, buscando la creacion de dispositivos electronicos de efecto de campo autosostenible con efecto de memoria no volatil, que consisten en papel de celulosa, sus compuestos o derivados que determinan la funcionalidad final de estos productos y sistemas con la capacidad de aislar electricamente un electrodo de puerta que consiste en una pelicula con caracteristicas metalicas a las que se aplica un voltaje controlado, o en el que se escribe informacion de otro electrodo semiconductor siendo designado como canal donde las cargas son inducidas y otras

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quedan atrapadas en las fibras revestidas con el semiconductor activo, tal como la carga ionica, que debe retenerse o retirarse y donde su circulacion emerge de la polarizacion en dos terminales simetricos designados fuente y drenaje respectivamente, depositandose sobre los bordes longitudinales del canal del semiconductor posterior y donde la eliminacion de la informacion almacenada requiere aplicar un voltaje del mismo valor absoluto pero de signo opuesto, lo que proporciona al dispositivo una capacidad selectiva con respecto a escribir o borrar informacion. La fabricacion de tales dispositivos, el rendimiento en laboratorio como en pruebas, es desconocida. Este es el objetivo central de la presente invencion, del que surge un dispositivo hibrido que produce nuevos efectos y anade nuevo valor en la aplicacion de la descripcion, que no esta presente en el estado del arte de los sistemas existentes.

Breve descripcion de las figuras

La figura 1 es un esquema de la estructura basica de un condensador no encapsulado que consiste en metal, aislante y un semiconductor o condensador el MIS anteriormente designado de acuerdo con el pie de figura:

1. semiconductor ionico activo de tipo p o n, organico o inorganico para depositar sobre las fibras;

2. papel a base de celulosa natural o sintetico o combinaciones de los mismos mediante tecnicas quimicas (resina y pegamento) o mecanicas, funcionando como un dielectrico discreto de almacenamiento de carga y como soporte fisico para el componente electronico;

3. electrodo de puerta funcionando como contacto electrico continuo, tambien sirviendo un electrodo hecho de un metal o aleacion metalica o sucesivas deposiciones de dos metales o un oxido semiconductor de alta conductividad o un material organico de alta conductividad.

4. interfase de pasivacion o adaptacion existente en una o ambas caras del papel.

La figura 2 es un esquema de un transistor de efecto de campo con efecto de union de memoria no volatil tipo n o p con o sin capa de adaptacion de materiales depositados y ambas superficies del papel utilizadas como dielectrico con efecto de memoria y donde las regiones de drenaje y fuente se depositan en el semiconductor activo depositado en las fibras y que promueve la integracion y la conexion de las diferentes fibras, de acuerdo con el pie de figura:

5. Regiones de fuente y drenaje de la union del transistor de efecto de campo que consiste en un semiconductor organico de alta conductividad, como el PEDOT o un metal o un oxido semiconductor de conductividad alta en forma simple, compuesta o multicomponente.

6. Capa de encapsulacion y pasivacion de superficie.

La figura 3 es un esquema de un dispositivo de efecto de campo tipo CMOS no encapsulado con efecto de memoria no volatil que comprende capas de adaptacion entre los materiales depositados, siendo utilizadas ambas superficies del papel como dielectrico y en el que los semiconductores activos p y n o viceversa se superponen a las regiones de drenaje y fuente, de acuerdo con el pie de foto:

7. Region de canal cuyo semiconductor es complementario al semiconductor del canal correspondiente al pie de figura 1 que es del tipo n, los complementarios seran del tipo p y viceversa.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas de la presente invencion

La presente invencion proporciona el uso de papel celulosico o compuestos de celulosa con diferentes gramajes y composiciones en la creacion de memorias no volatiles en las que el papel y sus fibras actuan simultaneamente en dispositivos electronicos u optoelectronicos unicos o integrados como soporte fisico y como dielectrico capaz de almacenar o inducir cargas electricas e ionicas en dispositivos de efecto de campo basados en oxidos semiconductores multicomponente o semiconductores organicos en forma individual o hibrida para la fabricacion del electrodos de puerta, regiones canal, regiones de drenaje y fuente de dispositivos tipo p o n, o en una forma complementaria de tipo p y n que opera en modo de enriquecimiento o empobrecimiento, adaptando procedimientos compatibles al presente proceso, para no danar el papel ni el resto de constituyentes de la memoria no electronica. Con este fin, todos los procesos tienen lugar a temperaturas inferiores a 200°C, especialmente las que se producen en la superficie del papel pudiendose obtener a temperaturas tan bajas como - 20°C.

De acuerdo con lo anterior, la presente descripcion propone un conjunto de funciones y tecnicas que, mediante nuevos procesos innovadores, permiten nuevos productos y sistemas que involucran papel como soporte fisico y como componente

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electronico capaz de retener o inducir el almacenamiento de carga electrica en un unico dispositivo de efecto de campo de tipo p o n complementarios con efecto de memoria no volatil. Es decir, el dispositivo complementary consiste en utilizar simultaneamente dos dispositivos, uno del tipo p y el otro del tipo n, que funcionan bajo la influencia del mismo electrodo de puerta pero con diferentes regiones de canal (uno basado en un semiconductor tipo p y el otro basado en un semiconductor tipo n) y regiones de fuente y drenaje comunes o viceversa y una fuente y drenaje separados, asociados a cada region, que presenten dimensiones de hasta 925 |jm.

A - Condensador tipo MIS que presenta capacidad de almacenamiento de carga electrica.

La figura 1 muestra un condensador de tipo semiconductor aislante metalico, (estructura MIS) en la que las interfases de ambas superficies de papel (2) pueden pasivarse o no por tratamientos especificos en plasma de oxigeno o por deposicion de una pelicula altamente aislante con dimensiones en rango nanometrico (4). En la figura 1, el electrodo de puerta (3) puede ser una aleacion continua metalica o no metalica sobre oxidos semiconductores degenerados. En cualquier caso, el semiconductor activo puede ser un semiconductor ionico organico o inorganico (1) depositado en las fibras que forman el papel. Cualquier componente que forme el dispositivo se puede fabricar mediante tecnicas convencionales de deposicion fisica, quimica o fisicoquimica, como las descritas anteriormente.

El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en el denominado efecto de campo donde las cargas recogidas/almacenadas a lo largo de las fibras y las resinas circundantes dependen de como las fibras se asocian a lo largo de las capas y la matriz del papel; la electronegatividad del papel y el campo electrico aplicado al electrodo de puerta. El voltaje requerido para almacenar la informacion (cargas electricas) es mayor que el voltaje minimo requerido para inducir cargas electricas a traves del papel al semiconductor activo, este valor varia de 0.2 voltios a 100 voltios, dependiendo esencialmente del grosor del papel y el grado de compactacion de las fibras de celulosa.

El tiempos de almacenamiento o retencion de las cargas electricas pueden variar de 30 minutos a cientos de horas, segun el campo electrico aplicado, el grosor del papel, el numero de fibras de celulosa que forman el papel, la resistividad de los semiconductores, la electronegatividad de las fibras, las cargas estaticas ionicas presentes en el papel, si la superficie se ha pasivado y el dispositivo ha sido sometido o no a encapsulacion.

B - Proceso de fabricacion del condensador tipo MIS que presenta capacidad de almacenamiento de carga electrica.

Como primer paso, independientemente del tipo de papel y gramaje utilizado, es necesario preparar y acondicionar la superficie, modificando su textura con intencion de fabricar peliculas continuas. Esto se logra por medio de:

a) Tratamiento de UV durante 10 minutos de ambas caras del papel;

b) O sometiendo ambas caras del papel a plasma de radiofrecuencia o plasma de corriente continua en atmosfera de oxigeno, argon, nitrogeno o xenon o atmosfera de nitrogeno e hidrogeno hasta un radio de 95: 5 y a presiones que oscilan entre 1 -102 Pa, por 5-15 minutos usando densidades de potencia entre 0.01-3 Wcm-2;

c) O depositando una pelicula delgada de pasivacion, que puede ser una pelicula ceramica, un nanocompuesto o un multicomponente, de tipo oxido o nitruro, con espesores que varian de 2 a 200 nm;

d) O despejando la superficie con un flujo de nitrogeno/hidrogeno, para retirar las nanoparticulas libres y activar la superficie (siendo esta la funcion del hidrogeno cuando se mezcla con nitrogeno).

Una vez que se ha preparado la superficie del papel o del sustrato, se transfiere al entorno donde se realizaran las varias etapas, de acuerdo con el objetivo previsto.

i) El electrodo de metal, que se muestra en la Figura 1 con el numero de referencia 3 consiste en un deposito de un material inorganico metalico u oxido o material organico como PEDOT con resistividad electrica por debajo de 10-3 Qcm producido por cualquier tecnica para formar una pelicula continua de la siguiente manera:

I) Evaporacion termica resistiva de vacio, o mediante evaporacion termica con canon de electrones utilizando una atmosfera de vacio por debajo de 10-3 Pa y sistemas en los que la temperatura del sustrato se controla mediante enfriamiento desde -20°C a 200°C. El espesor minimo es de aproximadamente 10 nm. Este proceso puede ser implementado y llevarse a cabo de forma continua (rodillo a rodillo) y las distancias entre el sustrato y el filamento calentado dependen del tamano de la hoja de papel usada, que varia preferiblemente de 25 cm a 50 cm.

II) Pulverizacion catodica asistida por magnetron (corriente continua o radiofrecuencia o frecuencia de radio ultra alta designada respectivamente por DC, RF o UHF), en atmosfera de argon, con o sin la adicion de oxigeno durante el proceso de fabricacion y en el que la temperatura del sustrato se controla (enfriamiento) bajo vacio a presion de 1 Pa a 10-1 Pa y donde la distancia del blanco metalico varia entre 5 cm y 15 cm, dependiendo de las dimensiones del blanco utilizado y el tamano

5 del papel donde se va a depositar.

III) La impresion con inyeccion de tinta de una solucion quimica que contiene compuestos organicos o inorganicos de los elementos que se quieren depositar y en los que el espesor minirno de los materiales depositados es de 10 nm.

IV) Mediante la dispersion rapida de una emulsion quimica que contiene los elementos que se quieren depositar, con espesores de hasta 400 nm.

10 ii) Para el procesamiento del semiconductor ionico organico o inorganico al que se hace referencia con el numero 1 en las Figuras 1 y 2 y destinado a depositarse en las fibras del papel por medio de una de las siguientes tecnicas:

V) Pulverizacion catodica asistida por magnetron (DC o RF o UHF) en atmosfera oxidante reactiva y sustratos metalicos o ceramicos, con diferentes composiciones y grados de pureza. La presion de vacio a usar puede variar de 1 Pa a 10-1 Pa; y en el que las distancias del blanco oscilan entre 5 cm y 15 cm, dependiendo de las dimensiones del blanco utilizado

15 y las dimensiones de la hoja de papel donde se va a depositar. El espesor es de aproximadamente 1 nm- 500nm.

VI) Evaporacion termica de vacio, ya sea resistiva o con canon de electrones, de ceramica / oxidos que contienen elementos metalicos para ser depositados y cuyo proceso se lleva a cabo a presiones de vacio por debajo de 10-3 Pa, siguiendo el procedimiento descrito previamente para esta tecnica.

VII) Descomposicion de vapores quimicos asistido por plasma de frecuencia de radio o UHF. En este caso, los

20 elementos a depositar son gaseosos, el proceso utiliza presiones de vacio de 10-200 Pa, densidades de potencia entre 0.032 Wcm-2 y frecuencia de excitacion entre 13.56 MHz y 60 MHz. El espesor util para el semiconductor activo es de aproximadamente 10-800 nm.

VII) Impresion por inyeccion de tinta desde una solucion quimica que contiene componentes organicos o inorganicos, donde el espesor minirno de los materiales depositados es de 1nm-500 nm.

25 IX) Mediante la dispersion rapida de una emulsion quimica que contiene elementos para ser depositados y donde

el espesor de los materiales depositados es de 1-500 nm.

iii) Para el procesamiento de la capa de adaptacion a la que se hace referencia en la Figura 1 con el numero de referencia 4 o la capa de encapsulado denominada 6, el proceso de fabricacion utilizado es el del elemento ii), utilizando el mismo tipo de material pero ahora con resistividad electrica de al menos 3 ordenes de magnitud mayor que la de cualquier semiconductor

30 activo.

C - Procesamiento y creacion de transistores de union de efecto de campo con efecto de memoria no volatil.

La presente seccion describe el procesado de transistores de union de efecto de campo de tipo n o p con efecto de memoria no volatil encapsulado o no encapsulado con o sin capa de adaptacion en las interfases del papel, como se muestra en la 35 figura 2 por medio de un ejemplo que funciona en modo de enriquecimiento o empobrecimiento, es decir, dependiendo de si se aplica una tension o no al electrodo de puerta para que puedan estar en el modo de encendido o de escritura de informacion. La funcion del papel asociado con el dispositivo de efecto de campo es garantizar el aislamiento electrico necesario para el proceso de induccion de cargas electricas en la interfaz papel-semiconductor y almacenar o retener las cargas en ausencia de voltaje de puerta hasta que otro voltaje de igual amplitud pero de signo opuesto se aplique nuevamente al electrodo de 40 puerta. En caso de que se aplique otro voltaje, que no sea el adecuado para eliminar la informacion almacenada, el proceso de acumulacion de cargas electricas aumenta (si al electrodo de puerta se aplican voltajes del mismo signo de los que se utilizan para almacenar la informacion, ya sea superior o de una intensidad mas baja) o disminuye (si al electrodo de puerta se le aplican voltajes de signo opuesto al que se usa para almacenar cargas electricas, pero ahora el valor absoluto es inferior a la intensidad de voltaje aplicada al electrodo de puerta para almacenar cargas electricas) o deja de funcionar (si al electrodo 45 de puerta se le aplican voltajes de senal opuesta a la que se usa para almacenar cargas electricas, pero ahora con un valor absoluto igual o mayor que el de la tension aplicada al electrodo de puerta utilizada para almacenar cargas electricas). La Figura 2 es un esquema de un transistor de efecto de campo con efecto de memoria no volatil en el que las fibras estan

distribuidas por varias capas y embebidas en resina y pegamento, y en la que se incluye tambien la pasivacion o adaptacion de interfases.

Los materiales que se utilizan como semiconductores ionicos activos de tipo p o n para la region del canal para ser depositados en las fibras, a los que se hace referencia con el numero 1 en la Figura 2 son esencialmente multicomponentes como oxido 5 de zinc, oxido de zinc con aluminio, oxido de estano con fluoruro, oxido de cobre, oxido de cadmio y oxido de plata, aleaciones compuestas de indio molibdeno, aleaciones compuestas de estano e indio, aleaciones compuestas de indio y zinc, o aleaciones compuestas de zinc y galio, o aleaciones compuestas de indio, zinc y galio, o aleaciones compuestas de indio, zinc y plata, o aleaciones compuestas de indio, zinc y zirconio: o aleaciones compuestas de indio, zinc y cobre, o aleaciones compuestas de indio, zinc y cadmio o aleaciones compuestas de indio, zinc y estano o aleaciones compuestas de galio, zinc 10 y estano, o aleaciones compuestas de indio, zinc y molibdeno, o aleaciones compuestas de hafnio o titanio o alumina u oxido de tantalo y en composiciones que pueden variar de 0.1% a 99.9% de sus constituyentes, mostrando una resistividad de 1011 - 100 Qcm, dependiendo de la composicion y presion parcial de oxigeno utilizada durante el proceso de fabricacion. Las tecnologias que se utilizaron se describen todas en A ii). El grosor util de las regiones de canal oscila entre 1-500 nm y esta muy por debajo de las fibras que forman el papel, al menos en un orden de magnitud.

15 Para procesar las regiones de fuente y de drenaje referenciadas como 5 en la figura 2, separadas entre si entre 10 nm y 500 |jm, se utilizaron los mismos semiconductores previamente mencionados pero ahora con una resistividad menor de 5 a 10-6 Qcm, o metales o aleaciones metalicas o estructuras multicapa o apiladas, que implican los siguientes materiales: titanio, aluminio, oro, plata, cromo o molibdeno que muestran resistividad inferior a 5 Qcm, utilizando las mismas tecnologias que permiten la interconexion y conexion de fibras que contienen el semiconductor activo. El grosor util de las regiones de drenaje 20 y fuente varia de 1 nm a 30000 nm dependiendo de si la integracion es en una sola fibra o se produce la integracion y conexion de varias fibras que contienen el semiconductor activo en la misma capa.

Las capas de adaptacion, pasivacion o encapsulacion que se utilizaran son las mismas que las mencionadas en A.

D - Procesamiento de dispositivos de memoria tipo CMOS no volatiles.

El ejemplo actual representa el uso simultaneo de dos transistores de union de efecto de campo, uno tipo n operando en modo 25 de enriquecimiento, como se muestra en el numero de referencia (1) en la figura 3, y el otro es tipo p operando tambien como carga dinamica en modo de enriquecimiento, o un transistor de tipo n que funciona en modo de empobrecimiento como se indica en el numero de referencia (7), fabricado de acuerdo con lo descrito previamente, con o sin capa de pasivacion en una o ambas caras del papel, que corresponde a la fabricacion de un dispositivo designado como dispositivo de memoria CMOS no volatil. En este tipo de circuito ambos transistores nunca son accionados simultaneamente, lo que permite su uso en el 30 diseno de circuitos digitales y diseno de puertas logicas con la capacidad de almacenar cargas electricas. El proceso de fabricacion que se utilizara y el grosor de sus componentes son los mismos que los mencionados para el caso de la fabricacion de transistores de union de efecto de campo con efecto de memoria no volatil.

Deberia quedar claro que las realizaciones del presente dispositivo y circuitos semiconductores y sus aplicaciones descritas anteriormente, son posibles ejemplos de implementacion simplemente establecidos para una comprension clara de los 35 principios de la divulgacion que implican la creacion de nuevos dispositivos con nuevas funciones de memoria en las que las fibras de papel constituyen su componente principal.

Implementaciones

Las principales industrias que actualmente pueden utilizar los dispositivos y circuitos integrados que resultan de la presente invencion son toda la industria electronica, la industria de semiconductores, la industria de memorias e industrias similares, la 40 industria de circuitos logicos, la industria de instrumentacion y sensores, la industria medica y biotecnologica, la optoelectronica, la industria de micro y nanoelectronica. Los dispositivos basados en esta invencion estan disenados para aplicacion directa en todos los dispositivos electronicos basados en efectos de campo con efecto de memoria, y pueden incluir circuitos de almacenamiento y conduccion de informacion (registro de desplazamiento de registros, RAM dinamica), diseno de circuitos logicos, circuitos tipo buffer y contador y condensadores que presentan alta capacidad de retencion de carga, 45 entre otros.

La presente invencion tiene como objetivo desarrollar y crear un producto o productos usando tecnicas de procesamiento simples y rentables, que implican el uso de tecnicas de procesado que se mantienen en linea con el procesamiento de peliculas delgadas a ambos lados de papel a base de celulosa a bajas temperaturas conduciendo a la creacion de paper-e, lo que resulta en la electronica verde del futuro.

Por otro lado, los procesos tecnologicos de fabricacion requeridos son compatibles con los que existen en la industria electronica, la industria optoelectronica, la industria de semiconductores, los procesos de pulverizacion catodica de grandes areas, o la evaporacion termica o el metodo sol-gel o la impresion por inyeccion de tinta, por lo tanto no son necesarias grandes inversiones en terminos de investigacion y tecnologia.

5 Las ventajas tecnicas proporcionadas por la presente invencion permiten el uso del papel de una manera dinamica, no solo de forma estatica, sirviendo simultaneamente como sustrato y como componente de los dispositivos electronicos con memoria no volatil que se producen con el.

Aunque la forma de realizacion preferida se ha descrito en detalle, debe entenderse que pueden realizarse muchas variaciones, sustituciones y cambios sin apartarse del objetivo de esta invencion tal como se define en las reivindicaciones.

10 Los logros presentados aqui ilustran la presente descripcion que puede implementarse e incorporarse en una variedad de metodos diferentes, que caen en el mismo ambito. Ademas, las tecnicas, construcciones, elementos y procesos descritos e ilustrados en la realizacion preferida como distintos o separados, pueden combinarse o integrarse con otras tecnicas, construcciones, elementos o procesos.

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   REIVINDICACIONES

   1. Proceso para fabricar un dispositivo semiconductor de efecto de campo activo electronica u optoelectronicamente con memoria no volatil que comprende una peKcula delgada caracterizada porque dicha pelicula se basa en papel (2) constituida por fibras de celulosa naturales o sinteticas, o combinaciones de las mismas, en el dielectrico de dicho dispositivo, en donde la pelicula delgada (2) se basa en fibras de celulosa natural o sintetica producidas por regeneracion, disolucion o combinaciones de los mismos, con capacidad de polarizacion electrica espontanea, en la que el dielectrico tiene cargas quasi- permanentes almacenadas independientemente de cualquier campo electrico aplicado, funcionando de forma similar a electretos,

   Donde las fibras de celulosa de dicho papel (2) estan embebidas en una resina o pegamiento ionico y dicho papel tiene una electronegatividad controlada mediante la adicion de especies cationicas tales como aluminio, en el que dicha pelicula delgada (2) actua ademas como sustrato de dicho dispositivo convirtiendolo en un dispositivo autosostenible.
2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que se incluye uno o mas pasos adicionales de aplicacion de componentes de origen organico o inorganico con caracteristicas electricas metalicas (3, 5), de semiconductor (1), de aislante (6) o una capa de adaptacion (4) en estructuras individuales, compuestas o multicapas de tipo tandem, depositadas de forma discreta o continua, en ambas caras del papel, para fabricar dispositivos activos, que comprende de forma complementaria oxidos metalicos semiconductores, CMOS.
3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que se incluye incorporar dichos componentes procesados a temperatura ambiente y que estos componentes se pueden recocer opcionalmente hasta 200 grados Celsius.
4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 2 que comprende depositar un componente o componentes semiconductor(es) activo(s) (1), basado en un material covalente inorganico, o un material ionico simple o compuesto, o un material organico con un espesor entre 1 nm y 5 |jm, preferiblemente aleaciones de silicio o oxidos multicomponente basados en zinc.
5. 5. Proceso segun la reivindicacion 2 que comprende un oxido ionico como un semiconductor degenerado, responsable de permitir la interconexion entre fibras recubiertas y un oxido semiconductor activo en los extremos de las regiones de canal, utilizandose como regiones de drenaje y fuente (5), preferiblemente hechas de zinc y aleaciones de indio.
6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que dicho papel basado en celulosa natural o sintetica o combinaciones de los mismos, esta provisto de una capa de pasivacion o adaptacion (4) antes de depositar cualquier otro componente del dispositivo final.
7. 7. Proceso segun la reivindicacion 2, en el que el dispositivo final esta encapsulado por un dielectrico (6) con un espesor de hasta 30 jm.
8. 8. Dispositivo electronico u optoelectronico basado en un semiconductor activo de efecto de campo que comprende un dispositivo no volatil de memoria caracterizada porque comprende una pelicula delgada que consiste en papel (2) a base de fibras de celulosa naturales o sinteticas, o combinaciones de las mismas en el dielectrico de dicho dispositivo, en donde dicha pelicula delgada (2) comprende fibras de celulosa naturales o sinteticas con capacidad de polarizacion electrica espontanea, en las que el dielectrico tiene cargas quasi-permanentes almacenadas independientemente de cualquier campo electrico aplicado, donde las fibras de celulosa de dicho papel (2) estan embebidas en una resina o pegamento ionico y dicho papel tiene electronegatividad controlada mediante la adicion de especies cationicas tales como aluminio, en donde dicha pelicula delgada (2) es un sustrato de dicho dispositivo, convirtiendolo en un dispositivo autosostenible.
9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 8, caracterizado porque comprende ademas uno o mas componentes de origen organico o inorganico, con caracteristicas electricas metalicas (3, 5), de semiconductor (1), de aislante (6) o una capa de adaptacion (4) en estructuras compuestas o multicapa tipo tandem, siendo los componentes depositados de forma discreta o continua en ambas caras del papel.
10. 10. Dispositivo segun la reivindicacion 9, en el que el dispositivo final esta encapsulado por un dielectrico (6) de hasta 30 jm.
11. 11. Dispositivo segun la reivindicacion 10, en el que el semiconductor activo se coloca sobre el papel en manera discreta y consiste en dos semiconductores (1, 7) de naturaleza electronica complementaria del tipo p y n, o lo contrario, estando yuxtapuestos y separados entre si a distancias entre 50 nm y 10 jm, formando asi un dispositivo complementario.

    imagen1

    Figura 1

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    Figura 2

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    Figura 3