[发明专利]电极装置和用于运行这种电极装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极装置以及用于运行这种电极装置的一种方法。

背景技术

目前的晶体管基于的是半导体固体或分子。

在按照现有技术的晶体管中，缺点是通过具有大尺寸的空间电荷边缘层来产生开关效应。对于化学传感器功能，除了在晶体管上，还必须在半导体层上连接分子或生物功能。缺点是由此使电气耦合变差。这导致敏感性降低、反应时间缓慢直至信号丢失。

由Liu等人（Y.Liu、A.Offenh?usser、D.Mayer（2010），An Electrochemically Transduced XOR Logic Gate at the molecular Level, Angew.Chew.Int.Ed.,49,2595-2598）公开了一种电极装置，其具有电荷转移介质和氧化还原物质。该装置保证了向该电极装置方向上的电荷转移。

由Tran等人（E.Tran、M.Duati、G.M.Whitesides、M.A.Rampi(2006)，Gating current flowing through molecules in metal-molecules-metal junctions，Faraday Discuss.，2006，131，197-203）公开了能够在金属-分子-金属-桥的分子之间流过电流。缺点是，利用这种装置不能在该金属-分子-金属-桥中感应出可重现的电流。

发明内容

本发明的任务和解决方案

本发明的任务是提供一种电极装置，其中该电极装置可以作为电气开关来运行，并且在此不具有现有技术的半导体晶体管的缺点。该电极装置与目前的电极-电解质装置相比应当在信息编码方面实现可重现的结果。

该任务通过根据权利要求1所述的一种电极装置并通过根据并列权利要求所述的用于运行这种电极装置的方法而得到解决。有利的扩展由分别引用它们的权利要求得到。

本发明的说明

该电极装置包含有控制电极和集电极。由控制电极和集电极组成的这种装置适于在电解质中对氧化还原物质进行循环还原和氧化。该控制电极和该集电极设置在一个绝缘衬底上。为了在这些电极上施加电压，这些电极另外还相对于反电极来连接。该电极装置从而包含有：

a)控制电极，其用于启动该氧化还原物质的用于在该控制电极与该集电极之间进行循环的电子传输的反应，以及

b)设置在该控制电极对面的集电极，其中在该集电极的位于绝缘衬底对面的一侧上另外还设置有由第二绝缘体和设置于第二绝缘体上的电荷转移介质构成的层结构，以用于在该电解质中使该氧化还原物质反应。

该电极装置适于在电解质中对氧化还原物质进行循环还原和氧化，并对应于通过反电极施加在这些电极上的电压来实施循环还原和氧化。为此该控制电极和该集电极浸没在该电解质中。该电荷转移介质的电活性（分子）层具有如下的基团，所述基团能够与环境中的氧化还原物质、也即与（电解质）溶液中的分子进行电荷转移。

该控制电极和该集电极设置在一个绝缘衬底上。两个电极被连接，以相对于反电极来施加电压，其中该反电极另外还可以具有参照电极的功能。该电路例如在OP放大器中作为双恒电位仪（例如Metrohm Autolab双恒电位仪PGSTAT 30）来实现，以调节所施加的电压。

应认为，在该控制电极和该集电极上的上述电位能够相对于单独的参照电极而被测量。

如果该电荷转移介质的正常电位比电解质中氧化还原物质的正常电位更大，那么该电荷转移介质就吸收该氧化还原物质的电子。相反，如果该氧化还原物质的正常电位比该电荷转移介质的正常电位更大，那么该电荷转移介质就把电子传输给该氧化还原物质。

该电荷转移介质被该集电极上在集电极与该电荷转移介质之间的附加绝缘体包围，并在此有利地形成整流器功能。该绝缘体致使在该氧化还原物质与该集电极之间的直接电荷转移被抑制。因此从该集电极到该氧化还原物质或相反的电荷转移仅仅通过该电荷转移介质来进行。在该集电极和该控制电极上具有预定电位的情况下，由集电极以及设置在集电极上的第二绝缘体和该电荷转移介质的相互作用致使该电极装置整体不仅可以作为电化学开关来运行，以进行提供信息的0/1二进制加密，而且另外还具有放大功能。