DE102008035559A1 - Light or voltage source has one or more luminophores in combination with electro-conductive particles, where light is generated from light source by electrically stimulated luminescence of luminophores - Google Patents

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    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers

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Abstract

The light or voltage source has one or more luminophores (2) in combination with electro-conductive particles (1,3), where the light is generated from light source by electrically stimulated luminescence of luminophores. The active luminophores generate light and voltage at surface of the particles. An independent claim is included for a method for manufacturing antenna.

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

Die Erfindung betrifft den Aufbau von Elektrolumineszenzquellen und gleichartigen Photovoltaikelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Verfahren zu deren Herstellung.The The invention relates to the construction of electroluminescent sources and similar photovoltaic elements according to the Preamble of claim 1 and method for their preparation.

Stand der Technik:State of the art:

Bekannt sind aus vorwiegend anorganischen Halbleiterschichten aufgebaute Lumineszenzleuchtmittel und vergleichbar aufgebaute Photovoltaikelemente mit oder ohne integrierten Halbleiter-Quantenpunkten. Beispielsweise in der älteren GB 1499897 oder in US 5382813 werden Licht emittierende Dioden (LED) vorgestellt. Bei diesen LEDs oder Photovoltaikelementen erfolgt die Licht- bzw. Spannungserzeugung im Inneren von Halbleiterschichten mit hohem Brechungsindex und hohen Anforderungen an die Schichtqualitäten.Are known from predominantly inorganic semiconductor layers constructed luminescent and comparable structured photovoltaic elements with or without integrated semiconductor quantum dots. For example, in the older one GB 1499897 or in US 5382813 Light emitting diodes (LED) are presented. With these LEDs or photovoltaic elements, the generation of light or voltage takes place in the interior of semiconductor layers with a high refractive index and high demands on the layer qualities.

Nachteilig bei dieser Technik sind die einerseits hohen Herstellkosten der reinen Schichten bzw. die verringerte Quantenausbeute bei geringerer Halbleiter-Qualität, die z. B. durch strahlungslose Rekombinationen an Gitterdefekten hervorgerufen wird. Sowie die schwierige Extraktion des Lichts aus dem hochbrechenden Halbleiterelement aufgrund von Totalreflektionen an der Grenzschicht zur Umgebung.adversely in this technique, on the one hand, high production costs of pure layers or the reduced quantum yield at lower Semiconductor quality, the z. B. by non-radiative recombination caused by lattice defects. As well as the difficult extraction of the light from the high refractive index semiconductor element due to Total reflections at the boundary layer to the environment.

Im Stand der Technik sind auch Lumineszenzleuchtmittel bzw. entsprechende Photovoltaikelemente, die aus vorwiegend organischen Halbleiterschichten mit oder ohne integrierten Nanokristallen bestehen. US 2005/0214967 zeigt z. B. ein derartiges Photovoltaikelement. In WO 2005/011013 oder WO 03/061026 sind dagegen entsprechende organische Elektrolumineszenzgeräte (OLED) beschrieben.Also known in the art are luminescent illuminants or corresponding photovoltaic elements which consist of predominantly organic semiconductor layers with or without integrated nanocrystals. US 2005/0214967 shows z. B. such a photovoltaic element. In WO 2005/011013 or WO 03/061026 On the other hand, corresponding organic electroluminescent devices (OLEDs) are described.

Von Nachteil bei diesen Lösungen sind die teilweise geringeren Wirkungsgrade bzw. Lichtausbeuten und die beschränkte Farbstabilität. OLEDs sind z. B. empfindlich gegenüber Verunreinigungen und bestimmte Emitterfarbstoffe altern schneller als andere. Es sind jedoch in der Regel keine Funktionselemente vorhanden, die diesen Veränderungen entgegensteuern könnten.From Disadvantage of these solutions are the partially lower Efficiencies or luminous efficiencies and the limited color stability. OLEDs are z. B. sensitive to contamination and certain emitter dyes age faster than others. It However, there are usually no functional elements that could counteract these changes.

Offenbart sind auch Geräte zur Lichterzeugung wie in WO 99/16106 dargestellt, bei welchen durch organische Moleküle tunnelnde Elektronen verwendet werden, um die Moleküle zur Lumineszenz anzuregen.Also disclosed are devices for generating light as in WO 99/16106 in which electrons tunneling through organic molecules are used to excite the molecules for luminescence.

Diese Geräte haben den Nachteil, dass die lumineszierenden organischen Moleküle mit den Elektroden nicht fest verbunden sind. Dies erschwert die Herstellung, weil z. B. der erforderliche Elektrodenabstand nicht zwangsläufig gewährleistet ist und bewirkt auch die Gefahr, dass sich Moleküle und Elektroden relativ zu einander verschieben. Dadurch kann aber die Lumineszenz gelöscht werden, wenn die Moleküle sich zu nahe an den Metallelektroden befinden. Auch kann durch die beschriebenen Elektroden die intrinsische Quantenausbeute der Moleküle nicht erhöht werden.These Devices have the disadvantage that the luminescent organic Molecules are not firmly attached to the electrodes. This complicates the production because z. B. the required electrode spacing is not is inevitably guaranteed and also works the danger of molecules and electrodes being relative to each other move. As a result, however, the luminescence can be deleted when the molecules are too close to the metal electrodes are located. Also, by the described electrodes, the intrinsic Quantum yield of the molecules can not be increased.

Weiterhin kennt man auch anorganischen LEDs ähnliche Geräte, die mit zusätzlichen Antennen versehen sind, um die Quantenausbeute zu steigern (z. B. J. S. Bitteen et al., „Plasmon-Enhanced Photoluminescence of Silicon Quantum Dots: Simulation and Experiment”, J. Phys. Chem. C 2007, 111, Seiten 13372 bis 13377 )Furthermore, similar devices are also known to inorganic LEDs, which are provided with additional antennas in order to increase the quantum yield (eg. JS Pleaseen et al., "Plasmon-Enhanced Photoluminescence of Silicon Quantum Dots: Simulation and Experiment", J. Phys. Chem. C 2007, 111, pages 13372 to 13377 )

Nachteile bei dieser Lösung sind das immer noch bestehende grundsätzliche Problem der Lichtextraktion aus dem Halbleiterkristall und die vergleichsweise hohen Herstellkosten bei konventionellen Herstellverfahren. Weiterhin ist das vorgestellte Konzept rel. wenig flexibel: Es ist nicht möglich z. B. einfach die Emittersubstanz (Si-Quantenpunkte) und zugehörige Antennen, die gemeinsam für eine bestimmte Emissionsfrequenz optimiert wurden, mit Emittersubstanz und Antennen anderer Wellenlängen zu mischen, weil die Antennen für den gesamten Halbleiterkristall ausgelegt sind. Die Herstellung von „mehrfarbigen” Emittern (z. B. für Weißlicht) ist somit erheblich erschwert. Außerdem besitzt die vorgestellte LED ein rel. großes Volumen, weil die Antennen nur die Verstärkung der strahlenden Zerfallsrate bewirken sollen. Das heißt, die Größe einer LED lässt sich weiter reduzieren, wenn zur el. Kontaktierung der Emittersubstanz keine separaten Funktionselemente erforderlich sind.disadvantage In this solution, these are still the basic ones Problem of light extraction from the semiconductor crystal and the comparatively high production costs in conventional manufacturing processes. Farther is the concept presented rel. not very flexible: it is not possible z. B. simply the emitter substance (Si quantum dots) and associated Antennas working together for a given emission frequency were optimized with emitter substance and antennas of other wavelengths to mix because the antennas for the entire semiconductor crystal are designed. The production of "multicolored" emitters (eg for white light) is thus considerably more difficult. In addition, the presented LED has a rel. great Volume, because the antennas only amplify the radiant To cause decay rate. That is, the size an LED can be further reduced, if for el. contacting the emitter substance no separate functional elements required are.

Schließlich kennt man auch OLEDs mit in die Halbleiterschichten integrierten metallischen Antennen, die mit el. isolierenden Abstandshaltern umhüllt sind ( WO 2005/031884 ). Die Antennen erhöhen die Quantenausbeute von Emittern, die im geeigneten Abstand zur metallischen Antennenoberfläche liegen. Die Abstandshalter verhindern eine Löschung der Lumineszenz bei zu geringen Abständen.Finally, OLEDs are also known with metallic antennas integrated into the semiconductor layers, which are enveloped by el. Insulating spacers ( WO 2005/031884 ). The antennas increase the quantum efficiency of emitters which are at a suitable distance from the metallic antenna surface. The spacers prevent erasure of the luminescence at too small distances.

Diese Lösung hat aber den Nachteil, dass die Abstandshalter zwar den minimalen Abstand der Strahlungs-Emitter beschränken, den wirklichen Abstand aber nicht festlegen können. Es befindet sich also auch Emittersubstanz in erheblich größerer Entfernung von einer Antennenoberfläche in der OLED. Die Quantenausbeute nimmt bei zu großen Abständen aber wieder ab.These Solution has the disadvantage that the spacers indeed restrict the minimum distance of the radiation emitters, but can not set the real distance. It So is also emitter substance in much larger Distance from an antenna surface in the OLED. The Quantum yield decreases at too large intervals but again.

Ein weiterer Nachteil entsteht dadurch, dass die Ausrichtung der Emitterdipole (z. B. eines organischen Emittermoleküls) relativ zur Antennenoberfläche unbestimmt ist, d. h. der Emitterdipol sich in einer beliebigen Ausrichtung zur Antenne befinden kann. Aber nur bei senkrechter Ausrichtung des Emitterdipols kann die maximale Quantenausbeute erreicht werden. Ebenso ist es nicht möglich Emittersubstanz bestimmter Wellenlängen und zugehörige, für diese Emittersubstanz und Wellenlänge optimierte Antennen, effizient mit Emittern und Antennen anderer Wellenlängen zu mischen, weil die Emitter und Antennen nicht in einer Einheit kombiniert sind.One Another disadvantage arises from the fact that the orientation of the emitter dipoles (eg, an organic emitter molecule) relative to the antenna surface is undetermined, d. H. the emitter dipole itself in any Orientation to the antenna can be located. But only at vertical Alignment of the emitter dipole can be the maximum quantum efficiency be achieved. Likewise, it is not possible emitter substance certain wavelengths and associated, for this emitter substance and wavelength optimized antennas, efficient with emitters and antennas of other wavelengths to mix because the emitters and antennas are not in one unit combined.

Der allgemeine Stand der Technik erlaubt zudem in der Regel nicht die direkte Erzeugung von polarisierter Lichtstrahlung, so dass für Anwendungen bei welchen diese benötigt wird, die Lichtausbeute durch Polarisationsfilter reduziert wird. Die Lichtquellen oder Photovoltaikelemente des Stands der Technik lassen sich häufig auch nicht in integrierte Schaltungen von z. B. Mikrochips mit Abmessungen einbinden, die nur im Bereich der Strukturbreiten liegen.Of the In addition, the general state of the art usually does not allow the direct generation of polarized light radiation, allowing for Applications where this is needed, the light output is reduced by polarizing filter. The light sources or Photovoltaic elements of the prior art can be frequently not in integrated circuits of z. B. microchips with dimensions integrate, which lie only in the range of the structure widths.

Darstellung der Erfindung:Presentation of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lichtquellen bzw. Leuchtmittel oder Photovoltaikelemente bzw. Spannungsquellen darzustellen, bei welchen die vorgenannten Nachteile nicht bestehen, sondern die eine erhöhte Quantenausbeute aufweisen, auch wenn die intrinsische Ausbeute – z. B. wegen geringerer Halbleiterqualitäten – reduziert ist. Durch die erfindungsgemäßen Lichtquellen und Photovoltaikelemente werden Alterungserscheinungen und Farbveränderungen, wie sie z. B. bei OLEDs und PLEDs bekannt sind, erheblich reduziert, weil optische Antennen verminderte Wirkungsgrade der Emittersubstanzen ausgleichen und ihre vorzeitige Alterung verhindern können.task The invention is the light sources or lamps or photovoltaic elements or to represent voltage sources in which the aforementioned Disadvantages do not exist, but the increased quantum efficiency even if the intrinsic yield -. B. because of lower semiconductor qualities - reduced is. By the light sources according to the invention and photovoltaic elements become aging phenomena and color changes, as they are z. B. in OLEDs and PLEDs are known, significantly reduced, because Optical antennas reduced efficiencies of the emitter substances balance and prevent their premature aging.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein flexibles System zu präsentieren, bei dem einzelne Antennenemitter aus verschiedensten Emittersubstanzen mit zugehörigen optischen Antennen kombiniert werden. Dazu werden optische Antennen und die Emittersubstanz in einer exakt definierten Entfernung voneinander durch einem el. Kontakt verbunden. Damit können nicht nur halbleitende Emittersubstanzen, sondern z. B. auch Metallcluster oder Karbonnanoröhren mit den Antennen kombiniert werden, so dass diese Emitter auch an Wechselspannung betrieben werden können.A another task is to present a flexible system in the single antenna emitter of different emitter substances combined with associated optical antennas. To be optical antennas and the emitter substance in an exact defined distance from each other by an el. Contact connected. Not only semiconducting emitter substances, but z. As well as metal clusters or Karbon nanotubes be combined with the antennas, so that these emitters also on AC voltage can be operated.

Bestimmte Ausführungsvarianten dieser Erfindung erleichtern die Lichtauskopplung durch Lichterzeugung an der Oberfläche. Die Herstellung kann z. B. dabei durch Selbstorganisation der einzelnen Nano-Lichtquellen auf präparierten Substraten kostengünstiger als bei konventionellen Epitaxieverfahren erfolgen, weil einkristalline Schichten nicht erforderlich sind.Certain Embodiments of this invention facilitate light extraction by light generation at the surface. The production can z. B. thereby by self-organization of the individual nano-light sources on prepared substrates cheaper than in conventional epitaxial processes, because monocrystalline Layers are not required.

Zusätzlich kann die Größe der einzelnen Lichtquelle in dieser Erfindung minimal werden, weil der Stromtransport im Wesentlichen über die integrierten Antennenpartikel läuft und gleichzeitig die Lumineszenzlöschung vermieden wird, die durch el. Kontakte (insbesondere Metallkontakte) anderweitig erzeugt würde. Dadurch können z. B. Geräte realisiert werden, die bei einer Größe im mm-Bereich Millionen von individuell ansteuerbaren Antennenelementen besitzen, wenn sie – wie in bestimmten Ausführungsvarianten dargestellt – in Mikrochips integriert werden.additionally can the size of each light source in this Invention be minimal, because the current transport substantially over the integrated antenna particles runs and simultaneously the luminescence quenching is avoided by el. Contacts (especially metal contacts) would otherwise be generated. Thereby can z. B. devices are realized in the a size in the mm range millions of individually controllable Antenna elements possess, if - as in certain Variants shown - in microchips to get integrated.

Und schließlich sind Emitter und Empfänger realisierbar, die selektiv polarisiertes Licht erzeugen bzw. absorbieren. Dadurch und weil durch die Antennen angeregte Zustände in den Emittersubstanzen schneller zerfallen, eignen sie sich für Hochfrequenzanwendungen z. B. auch im Bereich der Quantenkryptographie.And finally emitters and receivers can be realized, generate or absorb the selectively polarized light. Thereby and because states excited by the antennas in the emitter substances Decay faster, they are suitable for high frequency applications z. B. also in the field of quantum cryptography.

Diese Aufgaben werden durch Lichtquellen oder Photovoltaikelemente mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie der Ansprüche 32 und folgend gelöst. Ausgestaltungen und Abwandlungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.These Tasks are accompanied by light sources or photovoltaic elements the features of claim 1 and the claims 32 and solved below. Embodiments and modifications are the subject of the respective dependent claims.

Die Lichtquellen und Photovoltaikelemente der gegenständlichen Erfindung sind im Wesentlichen einander entsprechend aufgebaut, weshalb nachfolgend zur Abkürzung oft nur die Lichtquellen benannt sind, jedoch gleichwohl die Photovoltaikelemente bzw. Spannungsquellen gemeint sind.The Light sources and photovoltaic elements of the subject Invention are essentially constructed according to each other, which is why, for the sake of brevity, often only the light sources are named, but nevertheless the photovoltaic elements or voltage sources are meant.

Die Lichtquellen bestehen aus elektrisch leitfähigen Kontaktpartikeln, die einzeln oder paarweise mit lumineszierenden (bzw. für Photovoltaik) absorbierenden Elementen gekoppelt sind. Diese lumineszierenden/absorbierenden Elemente können unterschiedlichster Art sein und werden im Folgenden nur einfach Lumophor genannt. Die elektrisch leitfähigen Kontaktpartikel können einen metallischen Kern besitzen. Im metallischen Kern des Kontaktpartikels können durch den Lumophor oder durch einfallendes Licht Oberflächenplasmonen angeregt werden, welche die Quantenausbeute der Lichtquelle bzw. des Photovoltaikelements steigern können. Deshalb werden die Kontaktpartikel im Weiteren oft nur noch als Antennen bezeichnet, auch wenn sie in einzelnen Ausführungsfällen keine metallischen Kerne besitzen müssen.The Light sources consist of electrically conductive contact particles, individually or in pairs with luminescent (or for Photovoltaic) absorbing elements are coupled. These luminescent / absorbent Elements can and will be of different kinds in the following simply called Lumophor. The electrically conductive Contact particles can have a metallic core. In the metallic core of the contact particle can by the lumophore or by incident light surface plasmons be excited, which the quantum efficiency of the light source or of the photovoltaic element can increase. That's why the contact particles are often referred to as antennas, even if in individual cases none must possess metallic cores.

Um größere Leuchtmittel zu erzeugen wird eine Mehrzahl dieser Lichtquellen an elektrische Leiterbahnen bzw. Leiterschichten gekoppelt. Dies kann durch Ablagern (z. B. Sedimentieren aus einer Lösung) oder Aufwachsen (z. B. mittels PVD, CVD oder MOCDV) der einzelnen Lichtquellen oder ihrer Komponenten (den Antennen und Lumophoren) auf den Leiterschichten geschehen, so dass sie auf den Leiterschichten aufliegen. Oder es kann durch Immobilisieren auf Molekülen, die spezifische Ankergruppen für die einzelnen Lichtquellen bzw. ihre Komponenten besitzen und sich auf den Leiterbahnen befinden, geschehen. Auf die gleiche Weise können die Komponenten der Lichtquellen, also die Antennen und Lumophore, untereinander selbsttätig verknüpft werden.Around to produce larger bulbs is a plurality these light sources to electrical conductors or conductor layers coupled. This can be done by depositing (eg sedimentation from a Solution) or growth (eg using PVD, CVD or MOCDV) the individual light sources or their components (the antennas and lumophores) on the conductor layers so they open up rest on the conductor layers. Or it can be immobilized on molecules that have specific anchor groups for own the individual light sources or their components and themselves on the tracks are done. In the same way you can the components of the light sources, ie the antennas and lumophore, be linked with each other automatically.

Beispielsweise mittels der Methoden von [8] oder [18] können aus Nanopartikeln definiert Partikelketten erzeugt werden. Auf sphärischen Partikeln weisen die SAM-Schichten „Fehlstellen” bzw. Pole auf. Solche Methoden können verwendet werden, um „vorgefertigte” Antennenemitter herzustellen, die dann später auf z. B. einer Leiterschicht immobilisiert werden können. Es können z. B. ausgehend von einem Nanokristall als Lumophor Trimere aus einem Lumophor und zwei Antennen erzeugt werden.For example by means of the methods of [8] or [18] can be prepared from nanoparticles defined particle chains are generated. On spherical Particles have the SAM layers "defects" or Pole on. Such methods can be used to "pre-made" antenna emitters produce, which then later on z. B. a conductor layer can be immobilized. It can z. B. starting from a nanocrystal as a lumophore trimer from a lumophore and two antennas are generated.

Die Bausteine in dieser Erfindung können z. B. mittels der Techniken der selbstorganisierenden Monolagen (=SAM) und funktionalisierter molekularer Brücken zusammengefügt werden. Diese Moleküle können organische Drähte (z. B. konjugierte organische Polymere), biologische Materialien wie DNA aber auch anorganische Moleküle (z. B. Polysilane) sein. Weitere Beispiele an geeigneten Brückenmolekülen finden sich z. B. in WO 2004/022714 – dort werden molekulare Brücken vorgestellt, die sich z. B. zum Injizieren von Elektronen oder Löchern in einen Lumophor eignen – oder in US6979544 , wo ebenfalls molekulare Drähte vorgestellt werden, die sich in dieser Erfindung eignen. In WO 02/020873 , WO03/074510 , WO2005/083435 finden sich weitere Details zum Erzeugen von SAM's auf verschiedenen Substraten. In DE 20 2005 012 142 z. B. findet sich eine vergleichbare Anwendung, bei der mittels molekularer Drähte Kontakte verbunden werden. WO 2006/093467 , WO 03/041182 oder WO 95/02251 zeigen molekulare Dioden, welche wie in dieser Erfindung durch Ankergruppen polungsrichtig an Kontakte gebunden werden können, weshalb für weitere Informationen auf sie verwiesen sei. In [19] wird die Erzeugung von Nanostrukturen aus kolloidalen „Bauelementen” auf vorpräparierten Substraten – ähnlich wie in dieser Erfindung – aufgezeigt. Im Weiteren wird aber nur enger auf organische Brückenmoleküle eingegangen:
Durch die Brückenmoleküle können die lumineszierenden Materialien (z. B. Moleküle oder Nanokristalle) mittels zwischenmolekularer Kräfte fixiert und ausgerichtet werden. Die zwischenmolekularen Kräfte können entweder aus einer chemischen Bindung oder einer physikalischen Adhäsion zwischen dem Molekül und seiner Unterlage entstehen. Dabei werden die Moleküle, die aus einer Ankergruppe, einem verbindenden Molekülgerüst und einer funktionellen Gruppe bestehen, durch die Ankergruppe auf dem Substrat fixiert. Die funktionelle Gruppe kann z. B. eine weitere Ankergruppe für ein zweites Substrat darstellen oder eine spezielle Oberflächeneigenschaft – wie z. B. eine hydrophobe Oberfläche bei einer Methylgruppe – bewirken. Das Molekülgerüst trennt die Ankergruppe und die funktionelle Gruppe und stellt so einen definierten Abstand her.
The building blocks in this invention may e.g. B. by the techniques of self-assembling monolayers (= SAM) and functionalized molecular bridges are joined together. These molecules may be organic wires (eg, conjugated organic polymers), biological materials such as DNA, but also inorganic molecules (eg, polysilanes). Further examples of suitable bridge molecules can be found, for. In WO 2004/022714 - There molecular bridges are presented, which are z. B. for injecting electrons or holes in a lumophore - or in US6979544 , where also molecular wires are presented which are useful in this invention. In WO 02/020873 . WO03 / 074510 . WO2005 / 083435 There are further details for creating SAM's on different substrates. In DE 20 2005 012 142 z. For example, there is a comparable application in which contacts are connected by means of molecular wires. WO 2006/093467 . WO 03/041182 or WO 95/02251 show molecular diodes, which as in this invention by anchor groups polungsrichtig can be bound to contacts, which is why reference is made to them for more information. In [19] the production of nanostructures from colloidal "building blocks" on pre-prepared substrates - similar to this invention - is shown. In the following, however, only closer reference is made to organic bridging molecules:
The bridging molecules allow the luminescent materials (eg, molecules or nanocrystals) to be fixed and aligned by means of intermolecular forces. The intermolecular forces can arise either from a chemical bond or a physical adhesion between the molecule and its substrate. In this case, the molecules, which consist of an anchor group, a connecting molecular skeleton and a functional group, are fixed by the anchor group on the substrate. The functional group may, for. B. represent another anchor group for a second substrate or a special surface property - such. B. a hydrophobic surface in a methyl group - cause. The molecular framework separates the anchor group and the functional group and thus establishes a defined distance.

Die funktionelle Gruppe kann z. B. die Lumophore binden in dem sie eine weitere Ankergruppe für den Lumophor besitzt, oder sie kann selbst lumineszierende Funktion besitzen. Folgende Anker- bzw. Endgruppen sind beispielsweise üblich, um die Moleküle bei der SAM auf den verschiedenen Unterlagen zu fixieren oder die Bausteine des Antennenemitters untereinander zu verbinden:

  • – Silane, Silikate, Siloxane für Unterschichten aus Metalloxiden z. B. Al2O3, Glas, SiO2, Quarz, GaAs, Si3N4, GaN, AlN, Si
  • – Phosphonsäuren für Oxide wie ITO, Al2O3, TiO2, ZrO2, SnO, SnO2
  • – Karbonsäuren für Metalloxide z. B. Al2O3, TiO2, ZrO2, SnO, SnO2, Ag
  • – Fettsäuren für Al2O3, AgO, Ag
  • – Thiole für Au, Ag, Fe, Cu, CdS, CdSe, InAs, GaAs, Pt
  • – Sulfide und Disulfide für Au, Ag, Cu, GaAs, AlGaAs
  • – Amine für Pt
  • – Methyl-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Aminogruppen und viele andere (siehe z. B. WO03/041182 Seite 11), um Kontakte zu anderen Kopplungsgruppen herzustellen, die sich z. B. an Lumophormolekülen befinden oder um eine Oberfläche zum selektiven Beschichten mit MOCVD vorzubereiten.
The functional group may, for. B. bind the lumophores in which it has another anchor group for the lumophore, or it may itself have luminescent function. The following anchor or end groups are common, for example, to fix the molecules in the SAM on the various documents or to connect the building blocks of the antenna emitter with each other:
  • - Silanes, silicates, siloxanes for sublayers of metal oxides z. Al2O3, glass, SiO2, quartz, GaAs, Si3N4, GaN, AlN, Si
  • - Phosphonic acids for oxides such as ITO, Al2O3, TiO2, ZrO2, SnO, SnO2
  • - Carboxylic acids for metal oxides z. Al2O3, TiO2, ZrO2, SnO, SnO2, Ag
  • - fatty acids for Al2O3, AgO, Ag
  • Thiols for Au, Ag, Fe, Cu, CdS, CdSe, InAs, GaAs, Pt
  • - sulfides and disulfides for Au, Ag, Cu, GaAs, AlGaAs
  • - Amines for Pt
  • Methyl, carboxyl, hydroxyl, amino and many others (see eg. WO03 / 041182 Page 11) to Establish contacts with other coupling groups, which are z. On lumophore molecules or to prepare a surface for selective coating with MOCVD.

Die Verbindung des Brückenmoleküls zu anderen Komponenten, wie dem Lumophor, kann durch eine beliebige chemische Reaktion erfolgen, die eine Bindung erzeugt. Durch Schutzgruppen können Ankergruppen vorübergehend inaktiviert werden, so dass z. B. eine Polymerisation von Antennen oder Lumophoren vermieden werden kann (siehe auch siehe z. B. WO03/041182 ). Die Länge des Molekülgerüsts (z. B. eines organischen Rests), das als Distanzhalter wirkt, und der zusätzlichen optionalen Funktionsgruppe bestimmt dann den Abstand z. B. der Antenne vom damit verbundenen Lumophor.The linkage of the bridging molecule to other components, such as the lumophore, can be by any chemical reaction that produces a bond. Protective groups can temporarily deactivate anchor groups, so that, for example, B. a polymerization of antennas or lumophores can be avoided (see also see eg. WO03 / 041182 ). The length of the molecular skeleton (eg an organic residue) acting as a spacer and the additional optional functional group then determines the distance z. B. the antenna from the associated lumophore.

Die elektrische Leitfähigkeit der molekularen Brücke kann angepasst werden. Wenn der organische Rest der SAM-Moleküle z. B. aus einer Alkylgruppe mit C-C Einfachbindungen besteht, so ergibt sich ein guter Isolator, wegen der großen Energiedifferenz der σ und σ* Orbitale. Dieser kann auf kurze Distanz (ca. 1 nm) jedoch trotzdem durchtunnelt werden.The electrical conductivity of the molecular bridge can be customized. If the organic rest of the SAM molecules z. B. from an alkyl group with C-C single bonds, so The result is a good insulator, because of the large difference in energy the σ and σ * orbitals. This can be at short range (about 1 nm) but still durchtunnelt.

Werden aber statt dessen z. B. Moleküle mit C=C Doppelbindungen und aromatische Verbindungen verwendet (z. B. Benzolringe), so ergibt sich wegen der geringeren Energiedifferenz der π und π* Orbitale ein besserer el. Leiter. Es ergeben sich Moleküle, bei welchen sich Einfach- und Mehrfachbindungen abwechseln, und die deshalb als konjugiert bezeichnet werden. Entsprechende halbleitende Moleküle ohne Ankergruppen werden z. B. auch für OLEDs verwendet.Become but instead z. B. molecules with C = C double bonds and aromatic compounds (e.g., benzene rings) because of the lower energy difference of π and π * Orbital a better el. Leader. This results in molecules in which single and multiple bonds alternate, and which are therefore called conjugated. Corresponding semiconducting Molecules without anchor groups are z. B. also for OLEDs used.

Vergleichbar wie bei anorganischen Halbleitern werden die konjugierten Polymere gedopt, um ihre el. Leitfähigkeit zu verbessern. Das Dopen geschieht z. B. durch Oxidation (p-Dotierung mit z. B. NO2) oder Reduktion (n-Dotierung mit z. B. NH3 oder Metallen) des Polymers, um in der Polymerkette Ladungsverschiebungen zu erzeugen. Die Doperaten liegen bei rund 10 bis 30%, d. h., dass jede 10. bis dritte Monomereinheit oxidiert bzw. reduziert wird. Es kann auch zur Bildung von Charge-Transfer-Komplexen in den Brückenmolekülen bzw. den Verbindungen mit den z. B. metallischen Lumophorpartikeln kommen. Solche Charge-Transfer-Komplexe können wiederum zur Lichterzeugung unter Stromfluss bei den Ausführungsvarianten als Lichtquelle bzw. zur Lichtabsorption und Spannungserzeugung bei den Photovoltaikelementen führen.Comparable as with inorganic semiconductors, the conjugated polymers become doped to improve their electrical conductivity. The Dopen happens z. B. by oxidation (p-doping with eg., NO2) or Reduction (n-doping with, for example, NH 3 or metals) of the polymer, to generate charge displacements in the polymer chain. The Doperates are around 10 to 30%, ie. that is, every 10th to 3rd monomer unit oxidizes or reduced. It can also lead to the formation of charge-transfer complexes in the bridge molecules or the compounds with the z. B. metallic Lumophorpartikeln come. Such charge-transfer complexes in turn can contribute to light generation under current flow the embodiments as a light source or for light absorption and generate voltage in the photovoltaic elements.

SAM-Schichten können ebenfalls durch Dopen nachträglich vom einer isolierenden Form in die el. leitfähige gebracht werden. Durch einen unsymmetrischen Aufbau lassen sich auch Moleküle erzeugen, die als molekulare Dioden wirken können. Sie bestehen normalerweise aus einem durch eine Barriere vom Donor getrennten Akzeptor. Beispiele zu molekularen Dioden finden sich auch in z. B. WO03/041182 . Die dort vorgestellten molekularen Dioden sind ebenfalls als Gleichrichterdioden, Lichtemitter (molekulare Leucht-Diode) und auch als Photodiode geeignet. Die dort dargestellten molekularen Leuchtdioden können z. B. als Lumophor in dieser Erfindung an die Antennen gebunden werden.SAM layers can also be subsequently brought by dopes from an insulating form in the el. Conductive. An asymmetrical structure also allows the generation of molecules that can act as molecular diodes. They usually consist of an acceptor separated by a barrier from the donor. Examples of molecular diodes can also be found in z. B. WO03 / 041182 , The presented there molecular diodes are also suitable as rectifier diodes, light emitter (molecular light-emitting diode) and also as a photodiode. The molecular LEDs shown there can be z. B. be bound as a lumophore in this invention to the antennas.

Durch Variation der Kettenlänge der molekularen Brücke können die Abstände der verbundenen Komponenten (z. B. der Abstand Lumophor-Antenne) angepasst werden. Für erforderliche große Abstände können entweder längere Moleküle oder Multilagen (mehrere SAM Schichten übereinander) verwendet werden. Durch einen Austausch der Endgruppe können sich die Moleküle an verschiedene Substrate binden.By Variation of the chain length of the molecular bridge can the distances of the connected components (eg the distance lumophore antenna). For required large distances can either longer molecules or multilayers (multiple SAM Layers on top of each other). Through an exchange the end group, the molecules can be different Bind substrates.

Weil zur Verminderung des die Lumineszenz dämpfenden strahlungslosen Energietransfers vom Lumophor zur Metallantenne ein Mindestabstand des Lumophors zur Antenne von ca. 3 bis 10 nm einzuhalten ist, müssen die Moleküle relativ lang und gestreckt ausgerichtet auf der Antenne sitzen. Dazu müssen sich die Molekülketten durch gegenseitige Abstoßung stabilisieren. Reine Alkylketten können nur bis ca. 16 Kohlenstoffatomen (entspricht ca. 3,6 nm Länge) gestreckt auf einem Nanopartikel vorliegen, weil durch die radial zunehmenden Abstände der Moleküle voneinander die gegenseitigen Abstoßungskräfte abnehmen. Als Lösung für dieses Problem können:

  • – Die Abstandshaltermoleküle auf Antenne und Lumophor verteilt werden, so dass sie jeweils nicht so lang sein müssen.
  • – Die Molekülketten können durch geladene Seitengruppen zusätzliche gegenseitige Abstoßung erfahren. Aromatische bzw. konjugierte SAM-Moleküle (z. B. Oligophenyldithiole) besitzen außerdem ein steiferes „Rückgrat” als Alkan-Ketten. Dadurch lassen sich längere Abstände überbrücken.
  • – Durch Polymerisation können die Moleküle sich auf der Antenne stabilisieren, dadurch dass Querverbindungen zwischen den Molekülen entstehen. Damit können auch erheblich dickere Schichten erzeugt werden.
  • – Die Molekülschichten können durch dünne dielektrische Schichten oder dickere Halbleiterschichten um die Antennen ergänzt werden.
  • – Die Molekülschichten können durch Halbleiterschichten und dicke dielektrische Schichten um die Antennen-Partikel ergänzt werden. Hierbei übernehmen die Halbleiterschichten dann den Stromtransport zum und vom Lumophor.
Because to minimize the luminescence attenuating radiationless energy transfer from the lumophore to the metal antenna a minimum distance of the lumophore to the antenna of about 3 to 10 nm is observed, the molecules must sit relatively long and stretched aligned on the antenna. For this, the molecular chains must stabilize by mutual repulsion. Pure alkyl chains can only be present on a nanoparticle stretched to about 16 carbon atoms (corresponding to a length of about 3.6 nm) because the mutual repulsive forces decrease due to the radially increasing distances between the molecules. As a solution to this problem, you can:
  • - The spacer molecules are distributed to the antenna and lumophore, so they do not have to be so long.
  • - The molecular chains can experience additional mutual repulsion by charged side groups. Aromatic or conjugated SAM molecules (eg, oligophenyl dithiols) also have a stiffer "backbone" than alkane chains. This allows longer distances to be bridged.
  • - Through polymerization, the molecules can stabilize on the antenna, creating cross-links between the molecules. This also significantly thicker layers can be generated.
  • The molecular layers can be supplemented by thin dielectric layers or thicker semiconductor layers around the antennas.
  • The molecular layers can be supplemented by semiconductor layers and thick dielectric layers around the antenna particles. The semiconductor layers then take over the current transport to and from the lumophore.

Auf den Partikeln können auch z. B. durch einen nachfolgenden Ligandenaustausch gemischte Molekülhüllen aus verschiedenen Molekülen mit verschiedenen Ankergruppen erzeugt werden. Dadurch kann z. B. die Zahl der Anbindungen von Lumophoren begrenzt werden.On the particles can also z. B. by a subsequent Ligand exchange mixed molecular shells different molecules with different anchor groups be generated. As a result, z. B. the number of connections from Lumophores are limited.

Der Ablauf bei der „SAM” ist grob folgender:

  • – Molekulare Brücken, die 2 Kopf- bzw. Ankergruppen aufweisen und in einem Lösungsmittel (z. B. Ethanol, Hexan etc.) gelöst sind, werden mit dem Lumophor (z. B. Nanokristall) bzw. den Antennen oder dem Emittersubstrat in Kontakt gebracht. Dazu kann z. B. das Substrat mit der Lösung betropft oder eingetaucht werden. Um Veränderungen der Partikel, des Substrats und der Moleküllösungen (z. B. Oxidation) zu vermeiden, müssen die Materialien in Schutzgas aufbewahrt und die Arbeiten ebenso unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.
  • – Die Ankergruppen verbinden sich mit dem Substrat und den Partikeln oder Molekülen. Die Molekülketten ordnen sich später innerhalb einiger Stunden etwa parallel zueinander (auf ebenen Substraten) in einem bestimmten Winkel je nach Substrat und Brückenmolekül – z. B. bei Thiolaten auf Ag 0°, auf Au 30°- zur Oberflächennormalen des Substrats an. Die Moleküle sind so eng wie möglich (Abstand von rund 0,3 nm auf Ag und Au) angeordnet.
  • – In weiteren Prozessschritten kann sich die zweite Ankergruppe mit einem weiteren Partikel verlinken usw.
The procedure for the "SAM" is roughly the following:
  • Molecular bridges having 2 head or anchor groups and dissolved in a solvent (eg, ethanol, hexane, etc.) contact the lumophore (eg, nanocrystal) or the antenna or emitter substrate brought. This can z. B. the substrate is dripped or dipped with the solution. In order to avoid changes in the particles, the substrate and the molecule solutions (eg oxidation), the materials must be stored in protective gas and the work also carried out under a protective gas atmosphere.
  • - The anchor groups combine with the substrate and the particles or molecules. The molecular chains arrange later within a few hours approximately parallel to each other (on flat substrates) at a certain angle depending on the substrate and bridge molecule - z. B. in thiolates on Ag 0 °, Au to 30 ° - to the surface normal of the substrate. The molecules are arranged as close as possible (distance of about 0.3 nm to Ag and Au).
  • - In further process steps, the second anchor group can link to another particle etc.

Außer rein linearen molekularen Brücken können z. B. zur automatischen Verbindung der Emitterbestandteile in einer Matrix trigonale, tetrahedrale usw. molekulare Brücken verwendet werden.Except purely linear molecular bridges can, for. B. for automatically connecting the emitter components in a matrix trigonal, tetrahedral, etc. molecular bridges become.

Um eine größere Flexibilität, eine günstigere elektronische Verbindung zwischen den Komponenten (Antenne, Leiterbahn, Lumophor) oder unterschiedliche Oberflächeneigenschaften bei gleichen Materialien zu erlangen, können die Komponenten der Lichtquelle auch vor dem Verknüpfen mit zusätzlichen Schichten beschichtet werden. Schichten zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften können aus dielektrischen, metallischen, halbleitenden oder auch organischen Schichten (z. B. einer SAM mit spezifischen Funktionsgruppen) bestehen. Beispielsweise kann eine Antenne mit „Oberflächenmodifikationsschichten” aus z. B. Silizium oder Kohlenstoff beschichtet werden, um statt einer Thiol-Ankergruppe eine C-C oder C-Si Bindung des Brückenmoleküls mit z. B. einer Gold-Antenne zu erreichen. Dies kann die elektrische Kontaktbarriere reduzieren [5]. Oder es kann eine Antenne oder eine Leiterbahn mit einer chemisch verschiedenen Oberfläche ausgestattet werden, um zu erreichen, dass nur die Antenne mit dieser Oberfläche sich an eine bestimmte Leiterbahn binden kann. Um zu gewährleisten, dass ein Lumophor (z. B. eine molekulare Diode) sich nur richtig herum gepolt an die Antennen bindet, können ebenfalls spezifische Oberflächen genutzt werden. Es kann z. B. zwischen einer Antenne 1 mit einer Oberfläche 1 und einer Antenne 2 mit einer Oberfläche 2 ein Lumophor mit zwei Ankergruppen 1* und 2* lagerichtig so an die Antennen gebunden werden, dass die Ankergruppe 1* sich nur an die Oberfläche 1 der Antenne 1 und die Ankergruppe 2* sich nur an die Oberfläche 2 der Antenne 2 bindet und umgekehrt. Die Oberfläche 1 kann z. B. eine Silber-Oberfläche sein und die Oberfläche 2 eine durch eine SAM-Schicht modifizierte Silber-Oberfläche.In order to obtain greater flexibility, a more favorable electronic connection between the components (antenna, trace, lumophore) or different surface properties for the same materials, the components of the light source can also be coated prior to linking with additional layers. Layers for changing the surface properties can consist of dielectric, metallic, semiconducting or also organic layers (eg a SAM with specific functional groups). For example, an antenna with "surface modification layers" of z. As silicon or carbon are coated, instead of a thiol anchor group, a CC or C-Si bond of the bridge molecule with z. B. to achieve a gold antenna. This can reduce the electrical contact barrier [5]. Or it can be equipped with a chemically different surface an antenna or a track to achieve that only the antenna with this surface can bind to a specific trace. In order to ensure that a lumophore (eg a molecular diode) only poles correctly polarized to the antennas, specific surfaces can also be used. It can, for. B. between an antenna 1 with a surface 1 and an antenna 2 with a surface 2 a lumophore with two anchor groups 1 * and 2 * are correctly bound to the antennas in such a way that the anchor group 1 * only touches the surface 1 the antenna 1 and the anchor group 2 * only to the surface 2 the antenna 2 binds and vice versa. The surface 1 can z. B. be a silver surface and the surface 2 a silver surface modified by a SAM layer.

Die Antennen können – wie erwähnt – aus Metallen, Halbleitern oder Kombinationen bestehen. Die Beschichtung der Antennen kann auch einem verbesserten Korrosionsschutz dienen, die z. B. eine Oxidation des Metallkerns verhindert. Auch kann die Arbeitsfunktion der Antenne durch Beschichten mit Materialen, die eine niedrige oder höhere Austrittsarbeit aufweisen: z. B. Mg, Ca, verschiedene Halbleiter, ITO, BaO, CeB6 usw., optimiert werden.The Antennas can - as mentioned - off Metals, semiconductors or combinations exist. The coating the antennas can also serve improved corrosion protection, the z. B. prevents oxidation of the metal core. Also, the Working function of the antenna by coating with materials that have a have low or higher work function: z. Eg Mg, Ca, various semiconductors, ITO, BaO, CeB6, etc., can be optimized.

Durch entsprechende Reaktionen können auf einer bereits aufgetragenen SAM-Schicht weitere Schichten aufgebracht werden. Dabei entstehen mehrere hochgeordnete Moleküllagen übereinander (Multilagen). Dies kann zur selektiven Beschichtung von Oberflächen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsvarianten können damit z. B. Zwischenräume zwischen Partikeln aufgefüllt werden. Die SAM-Schichten können auch durch vielfältige Verfahren (z. B. Mikrokontaktdrucken, Lithographie, Verfahren wie in WO 03/033127 oder WO 2004/005587 ) strukturiert werden. Dadurch kann z. B. eine geordnete Abscheidung der Antennen auf dem Substrat für Anwendungen wie Displays, Bildsensoren etc. erreicht werden.By appropriate reactions further layers can be applied to a previously applied SAM layer. This results in several highly ordered molecule layers one above the other (multilayers). This can be used for selective coating of surfaces. In some embodiments can thus z. B. spaces between particles are filled. The SAM layers can also be formed by a variety of methods (eg, microcontact printing, lithography, methods as in US Pat WO 03/033127 or WO 2004/005587 ) are structured. As a result, z. As an orderly deposition of the antennas on the substrate for applications such as displays, image sensors, etc. can be achieved.

Die lumineszierenden und absorbierenden Elemente (hier Lumophore betitelt) in dieser Erfindung können grundsätzlich alle Medien sein (Singulett- und Triplett-Emitter), die sich durch einen el. Stromfluß zur Lumineszenz anregen lassen bzw. die bei Lichtabsorption eine elektronische Anregung erfahren. Aufgrund der Wirkung der Antennen sind gerade auch Lumophore mit kleiner intrinsischer Quantenausbeute im Vorteil.The luminescent and absorbing elements (here called Lumophore) in this invention can basically be all media (singlet and triplet emitters) which can be stimulated to luminesce by current flow or which undergo electronic excitation upon light absorption. Due to the The effect of the antennas is especially advantageous for lumophore with low intrinsic quantum efficiency.

Es sind dies u. a.:

  • – Moleküle, die einen LUMO/HOMO Übergang besitzen, CT-Übergänge, Donor-Akzeptor-Kombinationen: • Donor-Akzeptor bzw. Donor-Bridge-Akzeptor-Systeme in einzelnen Molekülen oder in Übergängen (Beispiele: Donor-Bridge-Akzeptor-System in einer molekularen Diode oder im Übergang zwischen einem Brückenmolekül als Donor und einem daran gekoppelten Akzeptor z. B. Fulleren- oder Halbleiterpartikel, oder zwischen einem Donor-Partikel (z. B. Nanokristall) und einem z. B. daraufliegenden, durch Liganden getrennten Antennenpartikel, oder einer p-Halbleiterschicht, die auf eine mit Akzeptoren (z. B. C60) bedeckten Antenne beschichtet wurde) • Farbstoffmoleküle (z. B. Pyridine, Oxazine, Rhodamine, Perylen und Rubren, Stilbene...), Halbleitermoleküle (z. B. Polyfluorenderivate, Poly-(p-phenylenvinylen)-derivate (PPV), Aluminium(III)-tris-(8-hydroxy-chinolinat) (Alq3), 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran (DCM), Spirobifluorenverbindungen, Polysilane usw.) • Beispiele aus WO 03/041182 oder WO 99/21935 und beliebige andere molekulare Dioden oder auch biologische Moleküle, die z. B. eine Ladungsverschiebung bei Lichtabsorption aufweisen. • Moleküle mit starkem Charge-Transfer-Übergang (CT) parallel zur Stromrichtung z. B. 4-Dimethylamino-4'-nitrostilbene, All-trans-Retinal (C20H28O) • Verbindungen von Molekülen insbesondere den Brückenmolekülen mit metallischen Clustern oder Quantenpunkten, Fullerenen oder Nanokristallen zur Bildung von Charge-Transfer Übergängen. • Metallorganische Phosphoreszenzemitter wie z. B. aus WO2004/026886 bekannt, Molekülquantenpunkte. • Moleküle, die sich zwischen den Antennen befinden und durch unelastische Stöße der tunnelnden Elektronen angeregt werden z. B. H2TBPP, HB-DC, MEH-PPV, Porphyrine usw. Diese Version ist auch für Wechselspannung geeignet. Die Moleküle können z. B. auf el. leitenden Schichten verankert sein, die thermische Elektronen emittieren können (z. B. LaB6).
  • – Quantenpunkte (Nanokristalle) und Komplexe aus mehreren Quantenpunkten z. B.: • Halbleiter-Quantenpunkte (weitere Informationen zu verwendbaren Nanokristallen siehe z. B. WO 2005/017951 oder US 6,207,229 ). Die (Emissions) wellenlänge hängt u. a. von der Größe des Quantenpunkts ab. Das Material besteht aus Element- oder Verbindungshalbleitern z. B. p- oder n- dotiertes ZnS, ZnSe, MgSe; MgS, CaSe, CaS, CdS, CdSe, ZnO, TiO2 usw., die durch z. B. kolloidale Synthese erzeugt wurden. Sie können auch mit anderen Halbleitern mit vorzugsweise größerer el. Bandlücke umhüllt sein, um die Lichtausbeute zu erhöhen. Aufgrund der Antennen können auch indirekte Halbleitermaterialien gute Quantenausbeuten erreichen. Die Umhüllung des Halbleiterquantenpunkts besitzt für Emitter vorzugsweise eine zum Kern symmetrische aber größere Bandlücke, für Empfänger bzw. Photovoltaikelemente dagegen eine versetzte Bandlücke (siehe [21] S. 459). • Einzelne oder mehrere Metall-Cluster aus z. B. Ag oder Au. Cluster aus mehreren Metallmolekülen. Beispielsweise: Silbernanocluster Ag2 bis Ag8 [14]. Die Ag-Cluster können z. B. mittels molekularer Brücken an die Antennen gebunden werden. Derartige Emitter sind ebenfalls für Wechselspannung geeignet.
  • – Karbonnanoröhren. Sie zeigen z. B. eine geringe Lumineszenz-Quantenausbeute. Durch molekulare Linker können sie zwischen die Antennen gebracht werden. Antennen können ihre Quantenausbeute erhöhen.
These are, inter alia:
  • - Molecules possessing a LUMO / HOMO transition, CT transitions, donor-acceptor combinations: • Donor-acceptor or donor-bridge acceptor systems in single molecules or in transitions (examples: donor-bridge acceptor system in a molecular diode or in the transition between a bridging molecule as a donor and an acceptor coupled thereto, for example fullerene or semiconductor particles, or between a donor particle (eg nanocrystal) and a ligand-separated one, for example Antenna particles, or a p-type semiconductor layer, which has been coated on an antenna covered with acceptors (eg C60)) • dye molecules (eg pyridines, oxazines, rhodamines, perylene and rubrene, stilbenes ...), semiconductor molecules ( for example, polyfluorene derivatives, poly (p-phenylenevinylene) derivatives (PPV), aluminum (III) tris (8-hydroxyquinolinate) (Alq3), 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- ( p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM), spirobifluorene compounds, polysilanes, etc.) examples from WO 03/041182 or WO 99/21935 and any other molecular diodes or biological molecules, the z. B. have a charge shift in light absorption. • Molecules with a strong charge transfer transition (CT) parallel to the current direction z. B. 4-Dimethylamino-4'-nitrostilbene, All-trans retinal (C 20 H 28 O) • Compounds of molecules, in particular the bridge molecules with metallic clusters or quantum dots, fullerenes or nanocrystals to form charge-transfer transitions. • Organometallic phosphorescence emitters such. B. off WO2004 / 026886 known, molecular quantum dots. • Molecules that are located between the antennas and are excited by inelastic collisions of the tunneling electrons. As H2TBPP, HB-DC, MEH-PPV, porphyrins, etc. This version is also suitable for AC voltage. The molecules can, for. B. anchored to el. Conductive layers that can emit thermal electrons (eg., LaB6).
  • - Quantum dots (nanocrystals) and complexes of several quantum dots z. For example: • Semiconductor quantum dots (for more information on usable nanocrystals, see, for example, WO 2005/017951 or US 6,207,229 ). The (emission) wavelength depends inter alia on the size of the quantum dot. The material consists of element or compound semiconductors z. B. p- or n-doped ZnS, ZnSe, MgSe; MgS, CaSe, CaS, CdS, CdSe, ZnO, TiO2, etc., which are replaced by e.g. B. colloidal synthesis were generated. They can also be coated with other semiconductors, preferably with a larger el. Band gap, in order to increase the luminous efficacy. Due to the antennas, even indirect semiconductor materials can achieve good quantum yields. The envelope of the semiconductor quantum dot preferably has a band gap that is symmetrical to the core for emitters, but an offset band gap for receivers or photovoltaic elements (see [21] p. 459). • Single or multiple metal clusters of z. B. Ag or Au. Cluster of several metal molecules. For example: silver nanoclusters Ag 2 to Ag 8 [14]. The Ag clusters can, for. B. be bound by means of molecular bridges to the antennas. Such emitters are also suitable for alternating voltage.
  • - Carbon nanotubes. They show z. B. a low luminescence quantum yield. Through molecular linkers they can be brought between the antennas. Antennas can increase their quantum efficiency.

Wenn der Lumophor durch Injektion von Elektronen in den LUMO bzw. das Leitungsband in den angeregten Zustand versetzt wurde, so kann es durch mehrere Umstände zu ungewollten nichtstrahlenden Rekombinationen kommen: indirekte Bandübergänge (z. B. wenn ein Si-Quantenpunkt verwendet wird), Auger-Rekombinationen, an Gitterfehlern und Verunreinigungen der Halbleitermaterialien der Quantenpunkte und Antennen – dies folgt z. B. aus den abweichenden Gitterkonstanten von Antennenkern und Umhüllung sowie durch Oberflächenrekombinationen an den Halbleiteroberflächen der Quantenpunkte und Antennen.If the lumophore by injection of electrons into the LUMO or the Conduction band has been put into the excited state, so it can by several circumstances to unwanted non-radiating Recombinations come: indirect band transitions (eg if a Si quantum dot is used), Auger recombinations, on lattice defects and impurities of the semiconductor materials the quantum dots and antennas - this follows z. B. from the deviating lattice constants of antenna core and cladding as well as surface recombinations on the semiconductor surfaces the quantum dots and antennas.

Die nichtstrahlenden Rekombinationen und Oberflächeneinflüsse auf den Lumophor und die Halbleiterschichten der Antennen können reduziert werden durch:

  • – Passivierung bzw. Beschichtung der Oberflächen. Beschichtung mit z. B. einem Halbleiter oder mit einer Molekülhülle. Die Molekülhülle, die gleichzeitig der Fixierung und Spannungsversorgung dient, kann die freien Oberflächenzustände reduzieren.
  • – Verwendung von optischen Antennen. Dadurch entstehen zusätzliche strahlende Zerfallskanäle und die strahlende Zerfallsrate wird erheblich gesteigert.
The non-radiative recombinations and surface effects on the lumophore and the semiconductor layers of the antennas can be reduced by:
  • - Passivation or coating of the surfaces. Coating with z. As a semiconductor or with a molecular shell. The molecular envelope, which simultaneously serves for fixation and voltage supply, can reduce the free surface states.
  • - Use of optical antennas. This results in additional radiating decay channels and the radiating decay rate is significantly increased.

Neben den nichtstrahlenden Rekombinationen im Lumophor besteht auch noch das Problem der Löschung der Fluoreszenz. Die Antennen bestehen in der Mehrzahl der Ausführungsvarianten aus Metallen (z. B. Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Os). Weil der Lumophor sich nahe an der Metalloberfläche der Antenne befindet, kann es durch einen resonanten Energietransfer (siehe auch FRET) und Fluoreszenzlöschung zu einer Verringerung der Quantenausbeute des Lumophors kommen. Diese strahlungslose Dämpfung steigt mit abnehmenden Abständen zur Metalloberfläche sehr stark an. Der resonante Energietransfer sinkt mit Abstand^6 und ist deshalb nur für kleinste Abstände bedeutsam, die Fluoreszenzlöschung besitzt eine größere Reichweite bis etwa 5 nm von der Antenne.In addition to the non-radiative recombinations in the lumophore there is also the problem of quenching the fluorescence. In the majority of the embodiments, the antennas consist of metals (eg Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Os). Because the lumophore is close to the metal surface of the antenna, It can come by a resonant energy transfer (see also FRET) and fluorescence quenching to a reduction in the quantum yield of the lumophore. This radiationless damping increases very sharply with decreasing distances to the metal surface. The resonant energy transfer decreases with distance ^ 6 and is therefore important only for smallest distances, the fluorescence quenching has a longer range up to about 5 nm from the antenna.

Jedoch existiert auch ein gegenläufiger Effekt, der dadurch zustande kommt, dass die durch den Lumophor auf der Antenne angeregten Oberflächenplasmonen zusätzliche strahlende Zerfallskanäle für den Lumophor darstellen. Dadurch kann ein Lumophor beispielsweise statt einer nichtstrahlenden Oberflächenrekombination eine strahlende Rekombination über den Umweg der Oberflächenplasmonen erfahren, wodurch sich seine Quantenausbeute entsprechend erhöht. Dieser Vorteil wirkt sich besonders bei Lumophoren mit geringer intrinsischer Quantenausbeute aus, während im Gegensatz dazu Lumophore mit sehr hoher intrinsischer Ausbeute keine Verbesserung erfahren.however There is also an opposing effect, which results comes that the surface plasmons excited by the lumophore on the antenna additional radiating decay channels for represent the lumophore. This can be a lumophore, for example instead of a non-radiative surface recombination one radiative recombination via the detour of the surface plasmons experience, which increases its quantum efficiency accordingly. This advantage is particularly noticeable for lumophores with less intrinsic quantum yield, while in contrast to Lumophore with very high intrinsic yield no improvement Experienced.

Zusätzlich können die Elektronen in der Metallantenne durch einfallendes Licht zu resonanten Schwingungen angeregt werden, die wiederum eine feldverstärkende Wirkung auf den Lumophor ausüben. Dadurch kann die Effizienz bei der Ausführung als Spannungsquelle gesteigert werden.additionally can the electrons in the metal antenna by incident Light to be excited to resonant vibrations, which in turn a field-enhancing effect on the lumophore exert. This can increase the efficiency of the design as a voltage source be increased.

Die Wirkung der Antennen auf den Lumophor stellt also die Überlagerung von mehreren Effekten dar, wobei die Größe der einzelnen Effekte von der exakten Konstellation: Antennenmaterial, Abstand Antenne zu Lumophor, Ausrichtung des strahlenden Dipols des Lumophors zur Antennenoberfläche, Brechungsindex des umgebenden Dielektrikums, Antennenform und Emissionsfrequenz des Lumophors abhängen.The Effect of the antennas on the lumophore thus provides the superposition of several effects, the size of the individual effects of the exact constellation: antenna material, Distance antenna to lumophore, orientation of the radiating dipole of the lumophore to the antenna surface, refractive index of the surrounding Dielectric, antenna shape and emission frequency of the Lumophors depend.

Dadurch ergibt sich u. a., dass die Quanteneffizienz des Lumophors bei einer bestimmten Entfernung zur Antennenoberfläche maximal wird. Und dass die maximale Quanteneffizienz nur erreicht wird, wenn der Dipol des Lumophors senkrecht zur Antennenoberfläche schwingt. Deshalb fließt der el. Strom in dieser Erfindung im Wesentlichen über die Antennen durch den Lumophor. Je nach verwendetem Lumophor ist dadurch die Richtung des strahlenden Dipols mehr (z. B. Molekül mit Dipol in Stromrichtung) oder weniger (z. B. Halbleiternanokristall) festgelegt.Thereby results u. a., That the quantum efficiency of the Lumophors in a maximum distance to the antenna surface. And that maximum quantum efficiency is only achieved when the dipole of the lumophore oscillates perpendicular to the antenna surface. Therefore, the electric current flows substantially over in this invention the antennas through the lumophore. Depending on the lumophore used thereby the direction of the radiating dipole more (eg molecule with dipole in current direction) or less (eg semiconductor nanocrystal) established.

Ein Einflussfaktor auf die Wirkung der Antenne ist also die Form und Größe der Antenne:
Analog zu den im Mikro- oder Radiowellenbereich verwendeten z. B. Dipolantennen können vergleichbare Konstruktionen auch im optischen Bereich verwendet werden. Im Radiobereich bei einer Dipolantenne gelten z. B. bestimmte Regeln, nach welchen die Gesamtlänge der beiden Antennenschenkel ein Vielfaches von λ/(2*nMedium) sein soll, um die Antenne in Resonanz zu bringen.
One influencing factor on the effect of the antenna is therefore the shape and size of the antenna:
Analogous to the micro or radio wave used z. B. dipole antennas comparable constructions can also be used in the optical field. In the radio range at a dipole antenna apply z. B. certain rules, according to which the total length of the two antenna legs a multiple of λ / (2 * n medium ) should be to bring the antenna in resonance.

Im optischen Wellenlängenbereich gelten zwar grundsätzlich gleiche Regeln, jedoch wirkt sich aufgrund der hohen Frequenzen des EM-Felds die Trägheit der Leitungselektronen aus. Die Länge der Antennenschenkel z. B. muss rel. zu λ/4 sehr stark verkürzt werden.in the Although the optical wavelength range applies in principle same rules, however, affects due to the high frequencies of the EM field, the inertia of the conduction electrons. The Length of the antenna leg z. For example, rel. to λ / 4 be shortened very much.

Auch die Form der Antenne ist für ihre Funktion von großer Bedeutung. Oft werden z. B. so genannte „bowtie” Antennen verwendet um die Fluoreszenz eines nahen Emitters zu steigern. Diese Antennen bestehen aus dreieckigen Antennenschenkeln, die sich mit einer Spitze gegenüberstehen, wobei die Feldverstärkung bei kleinerem Spitzenabstand stark zunimmt. Eine ähnliche Wirkung haben stabförmige oder elliptische Antennen, wenn sie dem Lumophor mit ihren spitzen Enden zugewandt sind. Auch hier können an den Spitzen höhere el. Feldstärken und Quantenausbeuten als z. B. bei sphärischen Antennen erreicht werden.Also the shape of the antenna is great for its function Importance. Often z. B. so-called "bowtie" antennas used to increase the fluorescence of a near emitter. These Antennas consist of triangular antenna legs, which are with face a peak, the field gain at smaller peak spacing increases sharply. A similar effect have rod-shaped or elliptical antennas, if they are the Lumophore are facing with their pointed ends. Again, you can at the tips higher el. field strengths and quantum yields as z. B. can be achieved in spherical antennas.

Wenn statt massiven Metall-Antennenkernen Hohlkugeln aus Metall um dielektrische Kerne verwendet werden, resultiert eine Rotverschiebung. Auch für längliche Antennen, sowie wenn zwei oder mehrere Antennenpartikel durch geringe Abstände gekoppelt werden, ergibt sich eine Rotverschiebung oder Blauverschiebung der Resonanzwellenlänge relativ zur einfachen Kugelantenne [3].If instead of solid metal antenna cores hollow spheres of metal around dielectric Cores used, results in a red shift. Also for elongated antennas, as well as if two or more antenna particles be coupled by small distances, resulting in a Redshift or blue shift of the resonance wavelength relative to the simple ball antenna [3].

Durch die Kopplung zweier Antennen mit Abständen im Bereich von 20 oder 40 nm kann die Resonanzfrequenz der gekoppelten Antennen bis ca. 60 nm ins Rote verschoben werden, wenn das elektrische Feld parallel zur Verbindungsachse der Antennen liegt [3]. Aus zwei einzelnen Antennen wird dann eine große Dipolantenne. Dies ist der Fall bei einem durch einen Lumophor gekoppelten Antennenpaar wie in dieser Erfindung. Für höchste Resonanzfrequenzen kann deshalb eines der beiden Metall-Antennenpartikel entfallen. Wenn – ebenfalls wie in dieser Erfindung – Antennen „Seite an Seite” stehen, d. h. das elektrische Feld senkrecht auf die Verbindungsachse der Antennen gerichtet ist, dann ergibt sich eine leichte Blauverschiebung der Resonanzfrequenz von etwa 15 nm. Dies ist der Fall z. B. bei nebeneinander liegenden Antennenpaaren, die auf Leiterbahnen immobilisiert wurden.By coupling two antennas with distances in the range of 20 or 40 nm, the resonance frequency of the coupled antennas can be shifted to about 60 nm into the red when the electric field is parallel to the connecting axis of the antennas [3]. Two individual antennas then become a large dipole antenna. This is the case with a lumophore paired antenna pair as in this invention. For highest resonance frequencies, therefore, one of the two metal antenna particles can be omitted. If - as in this invention - antennas are "side by side", ie the electric field is perpendicular to the connection axis of the antennas, then there is a slight blue shift of the resonance frequency of about 15 nm. This is the case for. B. in adjacent antenna pairs, the were immobilized on tracks.

Bei länglichen Antennen steigt die Resonanz-Wellenlänge z. B. bei abgeplatteten Antennen (kleine Halbachse 20 nm, Material Silber) von 650 nm bis ca. 1,2 μm, wenn die große Halbachse der Antenne von 130 auf 320 nm vergrößert wird [1]. Durch die Veränderung der Antennenform kann also die Resonanzfrequenz und die Antennenverstärkung angepasst werden.at elongated antennas, the resonance wavelength increases z. B. in flattened antennas (small half-axis 20 nm, material Silver) from 650 nm to about 1.2 μm, if the large one Semi-axis of the antenna from 130 to 320 nm enlarged becomes [1]. By changing the antenna shape so can the resonance frequency and the antenna gain are adjusted become.

Ein weiterer bedeutsamer Einflussfaktor auf die Antenne resultiert aus dem die Antenne umgebenden Dielektrikum. Höhere Dielektrizitätswerte bzw. Brechungsindizes des Umgebungsmaterials bewirken ebenfalls eine Rotverschiebung der Resonanzfrequenz und damit der Frequenz, bei welcher in etwa die maximale Antennenverstärkung erfolgt. Denn die durch die Antenne bewirkte Polarisierung des Dielektrikums wirkt der Elektronenschwingung in der Antenne entgegen, weil die el. Felder um die Antenne, die ein „Zurückfedern” der Elektronen bewirken wollen, durch das Dielektrikum geschwächt werden. Beispielsweise steigt die Wellenlänge der maximalen Polarisierbarkeit αeff (siehe Gleichung 1) einer einzelnen kugelförmigen Silber-Antenne, die einen Durchmesser von 50 nm besitzt, von ca. 300 nm in Luft (εr = 1), auf ca. 450 nm in Glas (εr = 2,25) und schließlich auf ca. 1020 nm in GaAs (εr = 13)Another significant factor influencing the antenna results from the dielectric surrounding the antenna. Higher dielectric values or refractive indices of the surrounding material likewise cause a redshift of the resonance frequency and thus of the frequency at which approximately the maximum antenna gain occurs. Because the polarization of the dielectric caused by the antenna counteracts the electron oscillation in the antenna, because the el. Fields around the antenna, which want to cause a "spring back" of the electrons, are weakened by the dielectric. For example, the wavelength of the maximum polarizability α eff (see Equation 1) of a single spherical silver antenna having a diameter of 50 nm increases from about 300 nm in air (ε r = 1) to about 450 nm in glass (ε r = 2.25) and finally to about 1020 nm in GaAs (ε r = 13)

Die effektive Polarisierbarkeit der einzelnen sphärischen Antenne in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ ist [3]:

Figure 00170001
mit Polarisierbarkeit α in Abhängigkeit von Wellenlänge λ:
Figure 00170002
und

ε(λ)
= komplexe Dielektrizitätszahl der Metallkerns der Antenne
εm
= Dielektrizitätszahl des umhüllenden Dielektrikums
D
= Durchmesser des kugelförmigen Metallkerns der Antenne
The effective polarizability of the individual spherical antenna as a function of the wavelength λ is [3]:
Figure 00170001
with polarizability α as a function of wavelength λ:
Figure 00170002
and
ε (λ)
= complex dielectric constant of the metal core of the antenna
ε m
= Dielectric constant of the enveloping dielectric
D
= Diameter of the spherical metal core of the antenna

Berechnungen und Optimierungen zu Antennen in verschiedenen dielektrischen Umgebungen können auch z. B. nach [1], [2], [16], [15] vorgenommen werden.calculations and optimizations to antennas in different dielectric environments can also z. For example, according to [1], [2], [16], [15] become.

Durch die Verwendung von Antennenumhüllungen mit verschiedenem Brechungsindex kann somit die Resonanzfrequenz der Antenne an die Erfordernisse angepasst werden. Die Antennen bestehen also z. B. aus einem Metallkern mit günstiger dielektrischer Funktion im Wellenlängenbereich des Emitters. Für viele Lumophore (z. B. Halbleiternanokristalle) ist es aber erforderlich, dass die elektrischen Zuleiter die Elektronen in den LUMO bzw. die Löcher in den HOMO des Lumophors injizieren können. Dazu können die Metall-Antennen mit organischen oder anorganischen Halbleitern kombiniert werden. Um trotz der el. leitenden Antennenumhüllung eine unerwünschte Rotverschiebung der Antennenresonanz zu verhindern, können mehrere verschiedene Wege gegangen werden:

  • • Kleinere Metall-Antennenkerne (ab ca. 40 nm Durchmesser) können verwendet werden.
  • • El. leitenden Schichten (z. B. organische Halbleiter) bzw. Brückenmoleküle mit einem rel. niedrigen Brechungsindex können benützt werden.
  • • Wenn die el. leitenden Schichten um die Antennenkerne aus Materialien mit höherem Brechungsindex (z. B. anorganischen Halbleitern) bestehen, können diese durch dielektrische Zwischenschichten von der Metallantenne entkoppelt werden. Beispielsweise können ca. 3 bis ca. 60 nm SiO2, Al2O3, MgO, MgF2, KF usw. als eine niedrig brechende Zwischenschicht verwandt werden. Diese Schichten können dazu zusätzlich porös sein.
By using antenna sheaths with different refractive index, the resonance frequency of the antenna can thus be adapted to the requirements. The antennas are therefore z. B. from a metal core with favorable dielectric function in the wavelength range of the emitter. However, for many lumophors (eg, semiconductor nanocrystals), it is necessary for the electrical leads to be able to inject the electrons into the LUMO and the holes into the HOMO of the lumophore, respectively. For this purpose, the metal antennas can be combined with organic or inorganic semiconductors. In order to prevent an undesired redshift of the antenna resonance despite the el. Conductive antenna envelope, several different ways can be gone:
  • • Smaller metal antenna cores (from approx. 40 nm diameter) can be used.
  • • El. conductive layers (eg organic semiconductors) or bridge molecules with a rel. low refractive index can be used.
  • If the electrically conductive layers around the antenna cores consist of materials of higher refractive index (eg inorganic semiconductors), these can be decoupled from the metal antenna by dielectric intermediate layers. For example, about 3 to about 60 nm SiO 2, Al 2 O 3, MgO, MgF 2, KF, etc., can be used as a low refractive interlayer. These layers can additionally be porous.

Eine Rotverschiebung bis in den IR-Bereich kann andererseits für die Ausführungsvarianten von Photovoltaikelementen, Photosensoren usw. auch vorteilhaft sein.A Redshift up to the IR range can on the other hand for the variants of photovoltaic elements, photosensors etc. also be beneficial.

Berechnung der sphärischen Antennen:Calculation of the spherical antennas:

Eine weitere Auslegung der Metallkerne von sphärischen Antennen kann nach [4] erfolgen. Es wird eine einzelne Antennenkugel in Luft betrachtet (εm wurde gleich 1 gesetzt). Der Dipol des Lumophors kann grundsätzlich in jeder Lage relativ zur Antenne schwingen. Die senkrechte sowie die tangentiale Orientierung zur Antennenoberfläche stellen die Extremfälle dar, wobei die senkrechte Ausrichtung von deutlichem Vorteil ist. Die Resonanzfrequenz der Oberflächenplasmonen (vgl. auch Gleichung 1) sollte relativ zur Emissionsfrequenz des Lumophors mehr im Blauen liegen, um eine Löschung der Lumineszenz zu vermeiden.A further design of the metal cores of spherical antennas can be done according to [4]. A single antenna ball in air is considered (ε m was set equal to 1). The dipole of the Lumophors can basically oscillate in any position relative to the antenna. The vertical as well as the tangential orientation to the antenna surface represent the extreme cases, the vertical orientation is of considerable advantage. The resonant frequency of the surface plasmons (see also equation 1) should be more in the blue relative to the emission frequency of the lumophore in order to avoid erasure of the luminescence.

Damit ergibt sich bei nur einem Antennenpartikel nahe dem Lumophor folgende Verstärkung Vs der strahlenden Zerfallsrate für den Fall eines senkrecht zu Antenne strahlenden Lumophors: Vs = |1 + 2*R^3/(R + Z)^3*(ε(ω) – 1)/(ε(ω) + 2)|^2 (3) Thus, with only one antenna particle near the lumophore, the following amplification Vs of the radiative decay rate for the case of a lumophore radiating perpendicularly to the antenna results: Vs = | 1 + 2 * R ^ 3 / (R + Z) ^ 3 * (ε (ω) -1) / (ε (ω) + 2) | ^ 2 (3)

Vs beschreibt auch gleichzeitig die Verstärkung der Anregung eines Lumophors bei den Ausführungsvarianten von Spannungsquellen und Photovoltaikelementen.vs also describes at the same time the amplification of the excitation a Lumophors in the variants of voltage sources and photovoltaic elements.

Auch wenn laut (3) eine beliebig große Antenne eine größere Verstärkung zu bewirken scheint, so ergibt sich im sichtbaren Wellenlängenbereich ein maximaler sinnvoller Durchmesser der Metallkugel von ca. 150 nm.Also if loud (3) an arbitrarily large antenna is a larger one Reinforcement seems to result in the visible Wavelength range a maximum reasonable diameter the metal sphere of about 150 nm.

Für den tangentialen Fall ergibt sich für Vt dagegen: Vt = |1 – R^3/(R + Z)^3*(ε(ω) – 1)/(ε(ω) + 2)^2 (4) For the tangential case, for Vt: Vt = | 1 - R ^ 3 / (R + Z) ^ 3 * (ε (ω) -1) / (ε (ω) + 2) ^ 2 (4)

Mit

  • – Vs bzw. Vt = Verstärkung der strahlenden Zerfallsrate (relativ zur Situation ohne Antenne)
  • – D = Durchmesser der kugelförmigen Antenne (nur Metallteil)
  • – R = D/2
  • – Z = Abstand des Lumophors zur Oberfläche des Metallkerns der Antenne
  • – ε(ω) = Dielektrische Funktion des Metall-Antennenmaterials bei Kreisfrequenz ω des Emitters
With
  • - Vs or Vt = amplification of the radiating decay rate (relative to the situation without antenna)
  • - D = diameter of the spherical antenna (metal part only)
  • - R = D / 2
  • Z = distance of the lumophore to the surface of the metal core of the antenna
  • - ε (ω) = Dielectric function of the metal antenna material at angular frequency ω of the emitter

Bei einem tangential liegenden Dipol ist die Verstärkung rel. geringer. Es kann zur Erhöhung der Quantenausbeute für Ausführungsvarianten mit z. B. Halbleiternanokristall-Lumophoren eine Umhüllung der Antenne mit einem Dielektrikum (z. B. mit Dielektrizitätszahl εm ca. 2 bis ca. 6,5) die Quantenausbeute erhöhen, weil dadurch auch Vt steigt. Dies ergibt sich daraus, dass der Term „(ε(ω) – 1)/(ε(ω) + 2)” in der Funktion für V eigentlich heißt „(ε(ω) – εm)/(ε(ω) + 2εm)”For a tangential dipole, the gain is rel. lower. It can be used to increase the quantum yield for design variants with z. B. Semiconductor nanocrystal lumophore an envelope of the antenna with a dielectric (eg, with a dielectric constant ε m about 2 to about 6.5) increase the quantum efficiency, because thereby Vt increases. This results from the fact that the term "(ε (ω) - 1) / (ε (ω) + 2)" in the function for V actually means "(ε (ω) - ε m ) / (ε (ω) + 2 m ) "

Jedoch ergibt sich ferner, dass gleichzeitig das Ausmaß der Fluoreszenzlöschung durch die wachsende Energietransferrate T zum nahe Metall mit sinkendem Abstand zunimmt. Bei Ausrichtung des Dipols in Stromrichtung – senkrecht zur Antenne – ergibt sich für die Energietransferrate (folgend [4]): Ts = 3/8*Im((ε(ω) – 1)/(ε(ω) + 1))*1/Z^3*c^3/ω^3 (5) However, it also follows that, at the same time, the extent of fluorescence quenching by the increasing energy transfer rate T to the near metal increases with decreasing distance. When the dipole is oriented in the current direction - perpendicular to the antenna - the energy transfer rate (following [4]) is obtained: Ts = 3/8 * Im ((ε (ω) -1) / (ε (ω) + 1)) * 1 / Z ^ 3 * c ^ 3 / ω ^ 3 (5)

Im Fall eines tangential zur Antenne strahlenden Lumophors wird Tt: Tt = 3/16*Im((ε(ω) – 1)/(ε(ω) + 1))*1/Z^3*c^3/ω^3 (6) In the case of a lumophore radiating tangentially to the antenna, Tt becomes: Tt = 3/16 * Im ((ε (ω) -1) / (ε (ω) + 1)) * 1 / Z ^ 3 * c ^ 3 / ω ^ 3 (6)

Mit

  • – ε(ω) = Dielektrische Funktion des Metall-Antennenmaterials bei Kreisfrequenz ω des Emitters
  • – λ = Wellenlänge
  • – c = Vakuumlichtgeschwindigkeit
  • – Z = Abstand des Lumophors zur Oberfläche des Metallkerns der Antenne
With
  • - ε (ω) = Dielectric function of the metal antenna material at angular frequency ω of the emitter
  • - λ = wavelength
  • C = vacuum light velocity
  • Z = distance of the lumophore to the surface of the metal core of the antenna

T gibt den Teil der Verluste an, die dadurch entstehen, dass Teile der vom Lumophor abgegebene elektromagnetischen Energie in der Antenne schließlich in Wärme konvertiert werden. Es können im elektrisch kontaktieren Antennenemitter aber weitere Verluste u. a.: ohmsche Verluste in den molekularen Drähten, Energieflüsse zwischen dem Molekül und Elektron/Loch Anregungen in der Antenne usw. entstehen.T indicates the part of the losses that result from having parts the electromagnetic energy emitted by the lumophore in the antenna finally converted to heat. It can in the electrical contact antenna emitter but further losses u. a .: ohmic losses in the molecular wires, energy flows between the molecule and electron / hole suggestions in the Antenna, etc. arise.

Für die Quantenausbeute des Systems mit einer Kugelantenne ergibt sich [4]: Qs = Vs/(Vs + Ts + (1 – Q0)/Q0) (7)bzw. Qt = Vt/(Vt + Tt + (1 – Q0)/Q0) (8) For the quantum efficiency of the system with a spherical antenna, [4] results: Qs = Vs / (Vs + Ts + (1-Q0) / Q0) (7) respectively. Qt = Vt / (Vt + Tt + (1-Q0) / Q0) (8)

Mit

  • – Q0 = intrinsische Quantenausbeute des Lumophors ohne einen störenden Einfluss (weit weg von metallischen Kontakten).
  • – Qt = Quantenausbeute im tangentialen Fall
  • – Qs = Quantenausbeute im radialen Fall
With
  • - Q0 = intrinsic quantum efficiency of the lumophore without any interfering influence (far away from metallic contacts).
  • - Qt = quantum yield in the tangential case
  • - Qs = quantum efficiency in the radial case

Für andere Emissionsfrequenzen und Materialien des Emitters können die Abmessungen z. B. nach vorigen Formel optimiert werden.For other emission frequencies and materials of the emitter can the dimensions z. B. be optimized according to the previous formula.

Für ein Empfängerelement ist die durch die Antenne bewirkte el. Feldverstärkung bedeutsam. Die entsprechende Steigerung der Anregungsrate kann z. B. nach Formel 3 berechnet werden.For a receiver element is that caused by the antenna el. field enhancement significant. The corresponding increase the excitation rate can z. B. calculated according to formula 3.

Es reicht bereits eine Metall-Antenne aus, um die Quantenausbeute erheblich zu steigern. Deshalb kann auch auf eine der beiden Antennen verzichtet werden bzw. diese kann aus Halbleitern bestehen. Beispielsweise aus transparenten Oxiden und anderen Halbleitern (ZnO, GaN, organische Halbleiterschichten usw.). Oder sie kann aus mit Halbleitern beschichteten el. isolierenden Partikeln bestehen (z. B. SiO2-Kern mit beliebigem Halbleiter wie AlAs, ZnS, ZnO umhüllt). Jedoch kann die Emission erheblich weiter gesteigert werden, wenn der Lumophor zwischen zwei Metall-Antennenpartikeln liegt [6], [7].It Already a metal antenna is sufficient to significantly increase the quantum efficiency to increase. Therefore, you can also do without one of the two antennas or this may consist of semiconductors. For example from transparent oxides and other semiconductors (ZnO, GaN, organic Semiconductor layers, etc.). Or it may be coated with semiconductors Insulate insulating particles exist (eg SiO2 core with any Semiconductors such as AlAs, ZnS, ZnO). However, the Emission can be significantly increased if the lumophore between two metal antenna particles lies [6], [7].

Weitere Antennenformen:Other antenna types:

Mit anderen Antennengeometrien kann die strahlende Zerfallsrate des Emitters weiter optimiert werden. Ein einfache mögliche Variante sind elliptische bzw. stabförmige Antennen:
Bei länglichen Antennen überwiegt die Fluoreszenzverstärkung relativ zur nichtstrahlenden Dämpfung schon bei minimalsten Abständen des Lumophors zur Antenne. So erreicht die Quantenausbeute von elliptischen Gold-Partikeln mit einem Länge zu Breite Verhältnis von 6 bei einer Wellenlänge von 770 nm schon bei z. B. 3 nm Abstand ihr Maximum [9].
With other antenna geometries, the radiative decay rate of the emitter can be further optimized. A simple possible variant are elliptical or rod-shaped antennas:
For elongated antennas, the fluorescence gain relative to the non-radiative attenuation outweighs even at minimum distances of the lumophore to the antenna. Thus, the quantum yield of elliptical gold particles with a length to width ratio of 6 at a wavelength of 770 nm already reaches z. B. 3 nm distance their maximum [9].

Es sind Länge zu Breite Verhältnisse von rund 1,5 bis 6 (und mehr) sinnvoll [9], [10].It are length to width ratios of around 1.5 to 6 (and more) useful [9], [10].

Dieses Längenverhältnis muss für unterschiedlichen Wellenlängen jeweils z. B. mittels „finite-difference time-domain” (FDTD)-Verfahren optimiert werden.This Aspect ratio must be for different Wavelengths z. B. by means of "finite-difference time-domain "(FDTD) method.

Übersicht über einige mögliche Antennen-Geometrien – teilweise nach [9]: Wellenlänge [nm] ca. 480 Antennenmaterial Ag Abstand A der Antennen voneinander oder Z [nm] ca. Z = 10 Antennenlänge [nm] ca. 60 Antennenbreite [nm] ca. 10 840 Au A = 20 100 42 720 Au A = 20 122 38 630 Au A = 20 76 48 670 Au A = 15 40 35 770 Au Z = 3 60 10 > 900 Au A = 10 120 38 Overview of some possible antenna geometries - partly according to [9]: Wavelength [nm] approx. 480 Antenna material Ag Distance A of the antennas from one another or Z [nm] approx. Z = 10 Antenna length [nm] approx. 60 Antenna width [nm] approx. 10 840 Au A = 20 100 42 720 Au A = 20 122 38 630 Au A = 20 76 48 670 Au A = 15 40 35 770 Au Z = 3 60 10 > 900 Au A = 10 120 38

Aufgrund seiner dielektrischen Funktion ist Ag für kürzere Wellenlängen besser als Au geeignet. Es können wie bei den kugelförmigen Antennen auch unterschiedliche Antennenmaterialien für beide Antennen verwendet werden sowie die Antennen mit z. B. dielektrischen und Halbleiterschichten versehen werden.by virtue of its dielectric function is Ag for shorter Wavelengths better than Au suitable. It can as with the spherical antennas also different Antenna materials are used for both antennas as well as the antennas with z. B. dielectric and semiconductor layers be provided.

Kugelförmige, stabförmige, elliptische, pyramidale aber auch vieleckige Antennenformen sind möglich. Die Antennen können über „bottom up” Methoden wie nasschemischen Verfahren (siehe auch [11], [12], [13], [17]), Gasphasensynthese, chemische Dampf Kondensation usw. oder durch Zerkleinern von größeren Partikeln hergestellt werden. Auch Antennen mit Metallkernen und dielektrischen oder Halbleiterhüllen können auf dieselbe Weise erzeugt werden (siehe z. B. [20]). Die Erzeugung von Halbleiterschichten auf den Metallkernen oder einer dielektrischen Umhüllung der Antennen führt u. a. zu Fehlern in der Halbleiterschicht durch abweichende Gitterkonstanten und freie Oberflächenzustände. Zur Reduzierung der freien Oberflächenzustände kann eine Hülle aus Brücken-Molekülen beitragen. Noch besser aber kann sein, wenn zusätzlich die Halbleiterhüllen um die Antennen aus Kombinationen verschiedenartiger Halbleiter mit versetzter oder größerer Bandlücke bestehen. Beispielsweise kann die n-leitenden Antennenumhüllung außen und innen mit Halbleiterschichten bedeckt sein, die eine nach oben versetzte Bandlücke aufweisen, und die p-leitenden Antennenumhüllungen können umgekehrt mit Schichten kombiniert werden, die eine nach unten versetzte Bandlücke aufweisen.Spherical, rod-shaped, elliptical, pyramidal but also polygonal antenna shapes are possible. The antennas can be prepared by "bottom-up" methods such as wet-chemical methods (see also [11], [12], [13], [17]), gas-phase synthesis, chemical vapor condensation, etc. or by comminuting larger particles. Antennas with metal cores and dielectric or semiconductor cladding can also be produced in the same way (see, for example, [20]). The production of semiconductor layers on the metal Cores or a dielectric cladding of the antennas leads among other things to errors in the semiconductor layer due to deviating lattice constants and free surface states. To reduce the free surface states, a shell of bridging molecules can contribute. But it can be even better if, in addition, the semiconductor sheaths around the antennas consist of combinations of different types of semiconductor with an offset or larger band gap. For example, the n-type antenna envelope may be covered externally and internally with semiconductor layers having an upwardly-shifted bandgap, and the p-type antenna enclosures conversely may be combined with layers having a down-shifted bandgap.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Ausführungsbeispielen und Diagrammen erläutert.The The invention will be described below with reference to exemplary embodiments and diagrams explained.

Allgemeine Hinweise zu den dargestellten Figuren:

  • • Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zeichnungen sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Einzelne Elemente (z. B. Molekülbrücken rel. zu Antennen) sind zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt.
  • • Bei verschiedenen Ausführungsvarianten werden transparente el. Leiter benötigt. Diese können z. B. aus der Gruppe der leitfähigen Oxide ausgewählt werden. Beispielweise (Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Zinkoxid, Indiumtitanoxid usw.). Alternativ können aber auch sehr dünne Metallschichten (z. B. 2 nm Ag, Al, Au usw.) als transparente Elektroden verwandt werden.
  • • Die in den Ausführungsvarianten erwähnten anorganischen Halbleiter für Leiterbahnen, Halbleiterschichten um Antennen und für Lumophore in Form von Nanokristallen können grundsätzlich Element- und Verbindungshalbleiter sein. Die Verbindungshalbleiter können binär, ternär oder aus noch mehr Komponenten zusammengesetzt sein. So kommen Verbindungshalbleiter mit Elementen der Gruppen IV, III, V, II und VI in Frage. Selbst indirekte Halbleiter können aufgrund der Wirkung der Antennen als Lumophor verwendet werden.
  • • Die anorganischen Halbleiterschichten in den 14 bis 22 und 27 bis 29 sind über ohmsche Kontakte mit metallischen Zuleitungen verbunden. Für nicht gepinnte Halbleiteroberflächen (ohne Oberflächenzustände) werden sie bei n-Halbleitern durch Metalle erzielt, deren Austrittsarbeit kleiner bzw. gleich groß der Elektronenaffinität des Halbleiters ist und umgekehrt für p-Halbleiter. Außerdem werden üblicherweise nicht einzelne Metalle, sondern Schichtsysteme verwendet, die u. a. gleichzeitig das Aufdotieren des Halbleitermaterials übernehmen oder z. B. als Diffusionsbarriere für Elemente wie Gold wirken. Die üblicherweise verwendeten Schichtsysteme sind z. B. für p-SiC Al und Al/Ti, für n-SiC Ni und Ni/Ti, bei n-GaAs Ni und Au/Ge-Au, bei n-GaN die Schichten Ti/Al/Ni/Au und so weiter. Bei den 14 bis 22 wird die Halbleiterschicht auf metallische Leiterbahnen aufgetragen, so dass die Schichten vor dem Beschichten der Halbleiterschichten aufgetragen werden müssen. Ähnliche Probleme, wie sie bei den Halbleiter-Metall-Kontakten existieren, entstehen auch an z. B. Heterokontakten zwischen einer Antenne, die mit einem bestimmten Halbleiter z. B. GaN beschichtet ist und einer Leiterbahn, die aus einem anderen Halbleiter z. B. Si, besteht. Wenn die SAM-Schicht an der Grenzfläche, z. B. die SAM, die Antennen und Leiterbahn verbindet, dünn (z. B. ca. 1 nm) und gleichzeitig el. isolierend ist, kann die Ladungsträgerverarmung im Kontakt verringert und damit der Kontakt verbessert werden.
General information about the figures shown:
  • Equal or equivalent elements are given the same reference numbers in the figures. The drawings are not to be considered as true to scale. Individual elements (eg, molecular bridges relative to antennas) are exaggerated for clarity.
  • • In various embodiments, transparent el. Conductors are required. These can be z. B. be selected from the group of conductive oxides. For example (indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, indium titanium oxide, etc.). Alternatively, however, very thin metal layers (eg 2 nm Ag, Al, Au, etc.) can also be used as transparent electrodes.
  • The inorganic semiconductors mentioned in the variants for printed conductors, semiconductor layers around antennas and for lumophore in the form of nanocrystals can basically be elemental and compound semiconductors. The compound semiconductors may be binary, ternary or composed of even more components. Thus, compound semiconductors come with elements of groups IV, III, V, II and VI in question. Even indirect semiconductors can be used as lumophore due to the effect of the antennas.
  • • The inorganic semiconductor layers in the 14 to 22 and 27 to 29 are connected via ohmic contacts with metallic leads. For unpinned semiconductor surfaces (without surface states), in n-type semiconductors they are achieved by metals whose work function is less than or equal to the electron affinity of the semiconductor and vice versa for p-type semiconductors. In addition, usually not single metals, but layer systems are used, which, inter alia, at the same time take over the doping of the semiconductor material or z. B. act as a diffusion barrier for elements such as gold. The commonly used coating systems are z. For example, for p-SiC Al and Al / Ti, for n-SiC Ni and Ni / Ti, for n-GaAs Ni and Au / Ge-Au, for n-GaN the layers Ti / Al / Ni / Au and so on , Both 14 to 22 For example, the semiconductor layer is applied to metallic interconnects, so that the layers have to be applied before the semiconductor layers are coated. Similar problems, as they exist in the semiconductor-metal contacts, also arise at z. B. heterocontacts between an antenna that is connected to a particular semiconductor z. B. GaN is coated and a conductor, the z. Another semiconductor z. B. Si, consists. When the SAM layer at the interface, e.g. If, for example, the SAM, which connects the antennas and the interconnect, is thin (for example, about 1 nm) and at the same time is insulating, the charge carrier depletion in the contact can be reduced and thus the contact can be improved.

Übersicht über die Abbildungen:Overview of the pictures:

1: Darstellung der Quantenausbeute eines Emitters mit einer wirksamen Silber-Antenne in Abhängigkeit des Abstands Lumophor zu Antenne. Berechnet nach [2] mit C1 = alfa_eff/alfa. 1 : Representation of the quantum yield of an emitter with an effective silver antenna as a function of the distance lumophore to antenna. Calculated according to [2] with C1 = alfa_eff / alfa.

2: Darstellung der Quantenausbeute eines Emitters mit einer wirksamen Silber-Antenne in Abhängigkeit der Wellenlänge. Berechnet nach [2] mit C1 = alfa_eff/alfa. 2 : Representation of the quantum yield of an emitter with an effective silver antenna as a function of the wavelength. Calculated according to [2] with C1 = alfa_eff / alfa.

3: Darstellung der Quantenausbeute eines Emitters mit einer wirksamen Gold-Antenne in Abhängigkeit des Abstands Lumophor zur Antenne. Berechnet nach [4] bzw. Formel (3) ff. 3 : Representation of the quantum yield of an emitter with an effective gold antenna as a function of the distance lumophore to the antenna. Calculated according to [4] or formula (3) ff.

4: effektive Polarisierbarkeit einer einzelnen Metall-Antenne zur Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit der Brechzahl des Dielekrikums. Berechnet nach [3]. 4 : effective polarizability of a single metal antenna for determining the resonance frequency as a function of the refractive index of the dielectric. Calculated according to [3].

5: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem ersten Ausführungsbeispiel. 5 : individual antenna emitter or receiver in a first embodiment.

6: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem zweiten Ausführungsbeispiel. 6 : single antenna emitter or receiver in a second embodiment.

7: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem dritten Ausführungsbeispiel. 7 : single antenna emitter or receiver in a third embodiment.

8: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem vierten Ausführungsbeispiel. 8th : individual antenna emitter or receiver in a fourth embodiment.

9: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem fünften Ausführungsbeispiel. 9 : individual antenna emitter or receiver in a fifth embodiment.

10: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem sechsten Ausführungsbeispiel. 10 : individual antenna emitter or receiver in a sixth embodiment.

11: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem siebten Ausführungsbeispiel. 11 : single antenna emitter or receiver in a seventh embodiment.

12: einzelner Antennenemitter bzw. Empfänger in einem achten Ausführungsbeispiel. 12 : single antenna emitter or receiver in an eighth embodiment.

13: optionale Reflektorschicht unter den Antennenelementen zur Modifikation der Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik. 13 : optional reflector layer under the antenna elements to modify the emission or reception characteristics.

14: prinzipieller Aufbau der Oberflächen-Emitter bzw. Empfänger 14 : basic structure of the surface emitter or receiver

15: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem ersten Ausführungsbeispiel. 15 Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a first embodiment.

16: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem zweiten Ausführungsbeispiel. 16 Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a second embodiment.

17: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem dritten Ausführungsbeispiel. 17 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a third embodiment.

18: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem vierten Ausführungsbeispiel. 18 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a fourth embodiment.

19: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem fünften Ausführungsbeispiel. 19 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a fifth embodiment.

20: Emitter und Empfänger in einem sechsten Beispiel als Optokoppler kombiniert. 20 : Emitter and receiver in a sixth example combined as optocouplers.

21: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem siebten Ausführungsbeispiel. 21 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a seventh embodiment.

22: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem achten Ausführungsbeispiel. 22 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in an eighth embodiment.

23: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem neunten Ausführungsbeispiel. 23 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a ninth embodiment.

24: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem zehnten Ausführungsbeispiel. 24 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a tenth embodiment.

25: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem elften Ausführungsbeispiel. 25 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in an eleventh embodiment.

26: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem zwölften Ausführungsbeispiel. 26 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a twelfth embodiment.

27: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem dreizehnten Ausführungsbeispiel. 27 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a thirteenth embodiment.

28: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem vierzehnten Ausführungsbeispiel. 28 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a fourteenth embodiment.

29: Emitter bzw. Empfänger bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelemittern/Empfängern in einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel. 29 : Emitter or receiver consisting of a plurality of individual emitters / receivers in a fifteenth embodiment.

Detaillierte Beschreibung der Figuren:Detailed description of the figures:

1 skizziert die Abhängigkeit der Quantenausbeute eines Emitters mit einer einzelnen wirksamen Silber-Antenne in Abhängigkeit vom Abstand des Lumophors zur Oberfläche des Metallkerns. Berechnet wurde die Darstellung nach [2], jedoch mit C1 = alfa_eff/alfa. Der Lumophor besitzt eine intrinsische Quantenausbeute von 10%. Die Durchmesser der Metallkerne der Antennenpartikel betragen 40 bis 100 nm, wobei die Wellenlänge des Emitters bei 480 bis 600 nm liegt. Die Antenne ist dabei in ein Dielektrikum mit einer effektiven Brechzahl von 1,6 gehüllt. Dies ergibt sich z. B. aus einer Kombination von einer SiO2-Schicht mit daraufliegender Halbleiterschicht. Es ist insbesondere ersichtlich, dass es für optimale Quantenausbeuten bestimmte optimale Abstände gibt. 1 outlines the dependence of the quantum efficiency of an emitter with a single effective silver antenna as a function of the distance of the lumophore to the surface of the metal core. The representation was calculated according to [2], but with C1 = alfa_eff / alfa. The lumophore has an intrinsic quantum yield of 10%. The diameters of the metal cores of the antenna particles are 40 to 100 nm, with the wavelength of the emitter being 480 to 600 nm. The antenna is wrapped in a dielectric with an effective refractive index of 1.6. This results z. B. from a combination of a SiO 2 layer with a semiconductor layer thereon. It is particularly evident that there are certain optimal distances for optimal quantum yields.

2 zeigt die Quantenausbeute eines Emitters mit einer wirksamen Silber-Antenne in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Berechnet wieder nach [2] mit C1 = alfa_eff/alfa. Der Antennenkern ist dabei in ein Dielektrikum mit n = 1,5 gehüllt und der Dipol des Lumophors steht senkrecht zur Antenne. Die intrinsische Quantenausbeute des Lumophors beträgt 1% und er ist 8 nm von der Oberfläche des Metallkerns mit Durchmessern von 10 bis 80 nm entfernt. 2 shows the quantum efficiency of an emitter with an effective silver antenna as a function of the wavelength. Calculated again according to [2] with C1 = alfa_eff / alfa. The antenna core is wrapped in a dielectric with n = 1.5 and the dipole of the lumophore is perpendicular to the antenna. The intrinsic quantum efficiency of the lumophore is 1% and is 8 nm from the surface of the metal core with diameters of 10 to 80 nm.

In 3 ist die Quantenausbeute eines Emitters mit einer wirksamen Gold-Antenne in Abhängigkeit des Abstands von Lumophor zum Antennenkern dargestellt. Die Antenne befindet sich im Dielektrikum Luft. Der Lumophor besitzt eine intrinsische Quantenausbeute von 30% bei einer Wellenlänge von 600 nm. Berechnet wurde die Figur nach [4] bzw. Formel (3) ff. Einskizziert ist auch der Effekt bei zwei wirksamen Metallkernen: die Quantenausbeute erreicht ihr Maximum bereits bei kleineren Abständen vom Antennenkern. Eine ähnliche Wirkung ergibt sich durch die Verwendung von länglichen Antennen.In 3 shows the quantum efficiency of an emitter with an effective gold antenna as a function of the distance from lumophore to the antenna core. The antenna is located in the dielectric air. The lumophore has an intrinsic quantum yield of 30% at a wavelength of 600 nm. The figure was calculated according to [4] or formula (3) ff. Also sketched is the effect in the case of two effective metal nuclei: the quantum yield reaches its maximum even for smaller ones Distances from the antenna core. A similar effect results from the use of elongate antennas.

4 gibt die effektive Polarisierbarkeit einer einzelnen Silber-Antenne zur Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit der Brechzahl des Dielekrikums an. Berechnet nach [3] bzw. Formel 1. Dargestellt sind einige Antennendurchmesser von 40 bis 100 nm bei zwei Resonanzfrequenzen 350 und 550 nm. Etwas im Roten von diesen Resonanzfrequenzen liegt die optimale Antennenverstärkung. Bei identischem Antennenkern verschiebt sich diese Frequenz mit zunehmendem Brechungsindex des umgebenden Dielektrikums ins Rote. Umgekehrt, wenn die Anregungsfrequenz gleich bleibt, so kann die effektive Polarisierbarkeit und damit auch die verstärkende Wirkung der Antenne durch die Brechzahl des Dielektrikums modifiziert werden. 4 indicates the effective polarizability of a single silver antenna to determine the resonant frequency as a function of the refractive index of the dielectric. Calculated according to [3] or formula 1. Shown are some antenna diameters from 40 to 100 nm at two resonance frequencies 350 and 550 nm. Somewhat in the red of these resonance frequencies lies the optimal antenna gain. With an identical antenna core, this frequency shifts to red with increasing refractive index of the surrounding dielectric. Conversely, if the excitation frequency remains the same, then the effective polarizability and thus also the amplifying effect of the antenna can be modified by the refractive index of the dielectric.

Die folgenden 5 bis 12 und 19 stellen schematisch Beispiele der einzelnen erfindungsgemäßen Licht- bzw. Spannungsquellen, der Antennen A, dar. Ihre Herstellung erfolgt grundsätzlich auf zwei verschiedenen Wegen:

  • • Lithographische Erzeugung der Antennen, die an el. Zuleitungen gekoppelt sind Darstellung siehe 19) und anschließend dann Herstellung der el. Verbindung dieser Antennen über Lumophore, die z. B. in Form von kolloidalen Halbleiter-Partikeln oder Halbleitermolekülen vorliegen. Dazu kann z. B. ein Tropfen mit in einem Lösungsmittel gelösten Lumophoren auf die Antennen aufgetragen und verdunstet werden. Die Moleküle können sich dabei richtig gepolt an den Antennen mit z. B. verschiedener Oberfläche verankern.
  • • Erzeugen der separaten Antennenpartikel und Lumophore z. B. durch chemische Synthese. Anschließend entweder Fertigung von kompletten Antennen, die z. B. aus einem einzelnen Antennenpartikel und angekoppelten Lumophoren bestehen. Die Lumophore und Antennenpartikel können hierbei durch molekulare Brücken miteinander verbunden werden. Es werden dazu z. B. Antennenpartikel in eine Lösung mit den Lumophoren gegeben, die sich dann selbsttätig auf den Antennen verankern. Oder es werden die Antennenpartikel und Lumophore erst bei der Herstellung des z. B. Emitters auf den Leiterbahnen vereint. Das kann wieder durch die Brückenmoleküle selbsttätig ablaufen oder die Partikel können z. B. mittels Sedimentation aus einer Lösung aufeinander und den Leiterbahnen abgeschieden werden.
The following 5 to 12 and 19 schematically represent examples of the individual light sources or voltage sources according to the invention, the antennas A. Their production basically takes place in two different ways:
  • • Lithographic generation of the antennas, which are coupled to el. Supply lines. See illustration 19 ) and then then producing the el. connection of these antennas via lumophore, the z. B. in the form of colloidal semiconductor particles or semiconductor molecules. This can z. For example, a drop of dissolved in a solvent lumophores are applied to the antennas and evaporated. The molecules can be properly polarized at the antennas with z. B. different surface anchor.
  • • Generate the separate antenna particles and Lumophore z. B. by chemical synthesis. Then either production of complete antennas, the z. B. consist of a single antenna particle and coupled lumophore. The lumophore and antenna particles can be connected by molecular bridges. There are z. B. Antenna particles placed in a solution with the lumophores, which then anchor themselves on the antennas. Or it will be the antenna particles and Lumophore only in the production of z. B. emitters united on the tracks. This can happen again automatically by the bridge molecules or the particles can, for. B. by sedimentation from a solution to each other and the interconnects are deposited.

In der 5 ist ein erstes Beispiel für ein Antennenelement A, das als Emitter wie auch als Empfänger (Spannungsquelle, Photovoltaikelement...) eingesetzt werden kann, dargestellt. Zur Vereinfachung für andere Ausführungsvarianten ist das gesamte Antennenelement, das aus den Funktionselementen 1, 2 und 3 besteht, mit A bezeichnet.In the 5 is a first example of an antenna element A, which can be used as an emitter as well as a receiver (voltage source, photovoltaic element ...) is shown. For simplification for other embodiments, the entire antenna element is that of the functional elements 1 . 2 and 3 exists, denoted by A.

Es besteht in dieser Variante u. a. aus einem Partikel 1 mit einer Molekül-Hülle 102 und dem Kern 101. Der Kern 101 kann aus einem massiven Metallpartikel oder auch aus einer Metallschale um einen dielektrischen Kern bestehen. Im Falle, dass er aus einer dünne Metallschale um einen dielektrischen Kern besteht, kann rel. zu einem massiven Kern z. B. die Resonanzfrequenz mehr ins Rote verschoben werden. Der Kern 101 kann wie gezeichnet eine Kugelform oder aber auch jede andere Form besitzen. Der Kern kann auch mit zusätzlichen Schichten zur Oberflächenmodifikation (nicht dargestellt) bedeckt sein. Diese Oberflächenmodifikationsschicht kann aus dünnen anorganischen Schichten (z. B. Metalle, C, Si, SiO2, Halbleitern...) oder aus einer organischen SAM-Hülle bestehen. Dadurch kann z. B. die Anbindung der Brückenmoleküle 102 mit ihren Ankergruppen 102A nur auf dieser Antenne erfolgen, auch wenn der Antennenkern 101 aus dem gleichen Material wie 301 besteht. Oder es kann durch die Beschichtung die Austrittsarbeit des Antennenpartikels verändert werden. Diese Oberflächenmodifikationsschicht ist entweder el. leitfähig oder sehr dünn (bis ca. 1 nm), so dass sie durchtunnelt werden kann. Die Brückenmoleküle 102 können z. B. durch einen Ligandenaustausch auf ein kolloidales Partikel 101 aufgebracht worden sein, wobei die das Partikel stabilisierenden Liganden zum Teil oder ganz ersetzt wurden. Die Brückenmoleküle 102 müssen also nicht wie gezeichnet den Partikelkern 101 vollständig umhüllen, sondern es können auch noch weitere Moleküle vorhanden sein, die z. B. keine Ankergruppe 102B für Lumophore besitzen. Der Kern kann z. B. aus einem Metall wie Ag, Au, Al, Cu oder aber auch aus Halbleitern (z. B. ZnO, In2O3) oder leitfähigen Keramiken (z. B. TiN, Boride LaB6 usw.) bestehen. Nur im Fall, dass ein metallischer Kern verwandt wird, unterstützt dieser Oberflächenplasmonen, die entsprechend die Wirkung des Lumophors 2 verstärken können. Die Brückenmoleküle 102 können die Abstände Z zum Lumophor sicherstellen und mit ihren Ankergruppen 102B das Antennenpartikel 1 auch auf einer Unterlage (z. B. Leiterbahn oder Lumophor 2) immobilisieren und elektrisch leitfähig verbinden. Die Brückenmoleküle 102 können dotiert oder undotiert sein, sowie organisch oder anorganisch. Die Brückenmoleküle können also z. B. aus dotierten π-konjugierten Kohlenwasserstoffen bestehen. Die Brückenmoleküle sind vorzugsweise bei der Mehrzahl der Lumophore auf dem Antennenpartikel n-dotiert, das auch an den n-dotierten Leiter gekoppelt ist bzw. sie sind p-dotiert am zweiten Antennenpartikel, das am p-dotierten Leiter anliegt. Die HOMO (das höchste besetzte Orbital) bzw. LUMO (das niedrigste unbesetzte Orbital) der Brückenmoleküle können an den Lumophor angepasst werden. Das heißt, es können Halbleitermoleküle für die Brückenmoleküle verwendet werden, die an den Lumophor angepasste Leitungs- bzw. Valenzbänder besitzen, um kleine el. Widerstände zu erreichen. Je nach Ausführung des Lumophors 2 kann ein anderer Fall vorteilhaft sein. Beispielsweise kann durch eine entsprechende n-Dotierung des Moleküls 102 die Injektion von Elektronen in den LUMO eines Lumophors ermöglicht werden. Ein p-dotiertes Molekül 302 könnte gleichzeitig ein Loch in den Lumophor transportieren.It consists in this variant among other things of a particle 1 with a molecule shell 102 and the core 101 , The core 101 may consist of a solid metal particle or even a metal shell around a dielectric core. In case it consists of a thin metal shell around a dielectric core, rel. to a massive core z. B. the resonance frequency are shifted more to the red. The core 101 As drawn, it can have a spherical shape or any other shape. The core may also be covered with additional surface modification layers (not shown). This surface modification layer may consist of thin inorganic layers (eg metals, C, Si, SiO 2, semiconductors ...) or of an organic SAM shell. As a result, z. B. the connection of the bridge molecules 102 with their anchor groups 102A only done on this antenna, even if the antenna core 101 from the same material as 301 consists. Or it can be changed by the coating, the work function of the antenna particle. This surface modification layer is either electrically conductive or very thin (up to about 1 nm), so that it can be tunneled through. The bridge molecules 102 can z. B. by a ligand exchange on a colloidal particle 101 have been applied, wherein the particle stabilizing ligands have been partially or completely replaced. The bridge molecules 102 So do not have to like the particle core 101 completely encase, but there may also be other molecules present, the z. Eg no anchor group 102B for Lumophore. The core can, for. B. of a metal such as Ag, Au, Al, Cu or even of semiconductors (eg ZnO, In2O3) or conductive ceramics (eg TiN, Boride LaB6 etc.) exist. Only in the case that a metallic nucleus is used, does this surface plasmons support the effect of the lumophore 2 can amplify. The bridge molecules 102 can ensure the distances Z to the lumophore and with their anchor groups 102B the antenna particle 1 also on a base (eg trace or lumophore 2 ) immobilize and electrically conductively connect. The bridge molecules 102 may be doped or undoped, as well as organic or inorganic. The bridge molecules can thus z. B. consist of doped π-conjugated hydrocarbons. The bridge molecules are preferably n-doped in the majority of the lumophore on the antenna particle, which is also coupled to the n-doped conductor or they are p-doped on the second antenna particle, which abuts the p-doped conductor. The HOMO (the highest occupied orbital) or LUMO (the lowest unoccupied orbital) of the bridge molecules can be adapted to the lumophore. That is, semiconductor molecules can be used for the bridging molecules that have conduction and valence bands matched to the lumophore, respectively, to achieve small electrical resistances. Depending on the version of the Lumophors 2 another case may be advantageous. For example, by a corresponding n-doping of the molecule 102 the injection of electrons into the LUMO of a Lumophors be made possible. A p-doped molecule 302 could simultaneously transport a hole in the lumophore.

Der Lumophor 2 ist hier ebenfalls mit einer Ligandenhülle 202, die ihn mit den Ankergruppen 102B sowie 302B verbindet, gezeichnet. Dies braucht aber nicht unbedingt so zu sein. Beispielsweise kann sich eine Ankergruppe 102B auch direkt mit der Oberfläche des Lumophors 2 verbinden. Oder es können sich die Liganden 202 des Lumophors durch einen Ligandenaustausch auch direkt an die Oberfläche der Partikel 1 und 3 binden. Lumophore, die aus Molekülen bestehen (z. B. molekulare Dioden oder organische Halbleitermoleküle) benötigen bzw. besitzen auch keine Ligandenhülle. Die Moleküle 202 können ebenfalls dotiert sein. Seine Aufgabe (Lichtemission unter Stromfluss bzw. Lichtabsorption unter Spannungserzeugung) kann der Lumophor 2 alleine oder in Kombination mit den Brückenmolekülen 102 und 302 (z. B. bei einem Charge-Transferkomplex) erfüllen. Es können – im Gegensatz zur Zeichnung – auch mehrere Lumophore an die Antennen angebunden sein, das gesamte Partikel 1 oder 3 kann z. B. komplett mit Lumophoren umhüllt sein. Dabei können die Lumophore z. B. verschieden dotiert sein. Des Weiteren kann die Funktion des Lumophors 2 auch komplett von z. B. halbleitenden Brücken-Molekülen übernommen werden, welche die Antennen 1 und 3 direkt verbinden – der Lumophor 2 kann also auch entfallen. Bestimmte Lumophore (z. B. Halbleitermoleküle – nicht jedoch z. B. Halbleiternanokristalle als Emitter), die mit Ankergruppen an die Antennenpartikel gebunden sind, stehen mit ihrem strahlenden Dipol senkrecht zu den Antennen. Dies garantiert eine maximale Steigerung der Quantenausbeute. Außerdem ist durch die Fixierung des Lumophors auch gleichzeitig sein strahlender Dipol fixiert. Dadurch erzeugt bzw. absorbiert die Antenne Licht nur mit der entsprechenden Polarisation.The lumophore 2 here is also with a ligand shell 202 him with the anchor groups 102B such as 302B connects, drawn. But this does not necessarily have to be this way. For example, an anchor group 102B also directly with the surface of the lumophore 2 connect. Or it can be the ligands 202 of the lumophore by a ligand exchange also directly to the surface of the particles 1 and 3 tie. Lumophores consisting of molecules (eg molecular diodes or organic semiconductor molecules) also do not require or possess a ligand shell. The molecules 202 may also be doped. Its task (light emission under current flow or light absorption under voltage generation) can be the lumophore 2 alone or in combination with the bridge molecules 102 and 302 (eg in a charge transfer complex). It can - in contrast to the drawing - also several Lumophore be connected to the antennas, the entire particle 1 or 3 can z. B. be completely enveloped with lumophores. The Lumophore z. B. be differently doped. Furthermore, the function of the lumophore 2 also completely from z. B. semiconducting bridge molecules are taken over which the antennas 1 and 3 connect directly - the lumophore 2 So it can be omitted. Certain lumophores (eg semiconductor molecules - but not eg semiconducting nanocrystals as emitters), which are bound to the antenna particles with anchor groups, are perpendicular to the antennas with their radiating dipole. This guarantees a maximum increase in the quantum yield. In addition, by fixing the lumophore at the same time its radiating dipole is fixed. As a result, the antenna generates or absorbs light only with the corresponding polarization.

Ein Beispiel für die Wirkungsweise eines Antennenempfängers A ist z. B. folgendes:
Bei Bestrahlung mit Licht im Bereich der Resonanzwellenlänge der Antenne A und der Bandlücke des Lumophors 2 werden in den Antennenkernen 101 und 301 Plasmonenschwingungen induziert. Diese bewirken eine Verstärkung des el. Feldes, das auf den Lumophor wirkt. Im Lumophor wird dabei ein Elektron vom HOMO in den LUMO des Lumophors angeregt. Dieses Elektron kann dann in den tiefer liegenden LUMO des Brückenmoleküls 302 und schließlich auf das noch tiefere Niveau im Antennenkern 301 wechseln. Der Antennenkern 301 könnte dazu z. B. aus Al oder Ag bestehen oder mit einem n-leitenden Halbleiter beschichtet sein. Gleichzeitig kann das entstehende Loch vom HOMO des Lumophors über das höher gelegenen HOMO des Brückenmoleküls 102 in den Antennenkern 101 gelangen. Der Kern 101 könnte z. B. aus Au bestehen oder mit einem p-Halbleiter bedeckt sein. Die Antennen 1 bzw. 3 ihrerseits sind wieder an Leiterbahnen (nicht dargestellt) gebunden, über die der Stromkreis geschlossen werden kann. Dieser Vorgang kann für einen Antennenemitter gerade umgekehrt ablaufen.
An example of the operation of an antenna receiver A is z. For example:
When irradiated with light in the region of the resonance wavelength of the antenna A and the band gap of the lumophore 2 be in the antenna cores 101 and 301 Induced plasmon oscillations. These cause a reinforcement of the el. Field, which acts on the lumophore. In the Lumophore an electron is excited by the HOMO into the LUMO of the Lumophors. This electron can then enter the deeper LUMO of the bridge molecule 302 and finally to the even lower level in the antenna core 301 switch. The antenna core 301 could be z. B. of Al or Ag or be coated with an n-type semiconductor. At the same time, the resulting hole from the HOMO of the lumophore can pass through the higher HOMO of the bridging molecule 102 in the antenna core 101 reach. The core 101 could z. B. be made of Au or covered with a p-type semiconductor. The antennas 1 respectively. 3 In turn, they are again bound to printed conductors (not shown), via which the circuit can be closed. This process can run just the reverse for an antenna emitter.

Zur Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen den Antennen oder einer ohmschen Anbindung der Brückenmoleküle kann die Austrittsarbeit der Antennenpartikel 1 und 3 angepasst werden durch:

  • • unterschiedliche Metalle des Kerns (z. B. 101 = Ag, 301 = Au oder 101 = Al, 301 = Au usw.)
  • • entsprechende Beschichtungen der Antennenpartikel mit Materialien welche die geeignete Austrittsarbeit für eine möglichst ohmsche Anbindung der Brückenmoleküle besitzen (z. B. 101 ist Al beschichtet, 301 ist mit Au beschichtet, 101 besteht aus Ag, 301 ist p-ZnO beschichtet usw.) oder
  • • durch Verwendung eines Metallkerns 101 in Verbindung mit einem massiven anorganischen Halbleiterpartikel 301 (z. B. In2O3, ZnO, GaN, TiO2, SiC usw.).
To generate a potential difference between the antennas or an ohmic connection of the bridge molecules, the work function of the antenna particles 1 and 3 be adjusted by:
  • • different metals of the core (eg 101 = Ag, 301 = Au or 101 = Al, 301 = Au, etc.)
  • Corresponding coatings of the antenna particles with materials which have the appropriate work function for a connection of the bridge molecules which is as non-ohmic as possible (eg. 101 Al is coated, 301 is coated with Au, 101 consists of Ag, 301 p-ZnO is coated, etc.) or
  • • by using a metal core 101 in conjunction with a massive inorganic semiconductor particle 301 (eg, In 2 O 3, ZnO, GaN, TiO 2, SiC, etc.).

Bei Beschichtung mit Metallen (z. B. Ag auf Au) wirkt sich dies natürlich auch auf die Oberflächenplasmonenresonanz aus, weil sich Oberflächenplasmonen nur bis einige nm unter die Oberfläche erstrecken.at Coating with metals (eg Ag on Au) naturally affects this also on the surface plasmon resonance, because itself Surface plasmons only up to a few nm below the surface extend.

Das Antennenpartikel 3 mit seinem Kern 301 und der Hülle 302 entspricht im Wesentlichen dem Partikel 1. Jedoch können – wie erwähnt – unterschiedliche Materialien und Beschichtungen als bei Partikel 1 vorteilhaft sein, um die Gesamtfunktion der Antenne A zu garantieren. Dadurch, dass ein zweites Antennenpartikel verwendet wird, besteht die Möglichkeit die Quantenausbeute bzw. die el. Feldverstärkung weiter zu steigern.The antenna particle 3 with his core 301 and the shell 302 essentially corresponds to the particle 1 , However, as mentioned, different materials and coatings than with particles 1 be advantageous to guarantee the overall function of the antenna A. Because a second antenna particle is used, it is possible to further increase the quantum efficiency or the el. Field amplification.

6 zeigt einen ähnlichen Antennen-Emitter bzw. Empfänger A wie 5. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass auf das zweite Antennenpartikel komplett verzichtet wurde. Der el. Strom fließt deshalb über das Partikel 1, den Lumophor 2 und einen Kontakt 4. Bei diesem Kontakt 4 handelt es sich z. B. um einen organischen Halbleiter, der auf die Antenne mit den Lumophoren beschichtet werden kann. Dazu können auch zur Vermeidung von „Kurzschlüssen” mit der Antenne mehrere Lagen von Lumophoren auf die Antenne 1 aufgetragen werden (nicht dargestellt). Alternativ kann der Kontakt 4 auch eine zweite Leiterbahn sein. Wie in 5 können die Brückenmoleküle 102 und der Kontakt 4 aus dotierten Halbleitern bestehen, um die Injektion von Elektronen und Löchern in den Lumophor zu leisten. Der Antennenkern 101 kann auch wieder aus einem Material mit verschiedener Austrittsarbeit bestehen wie sie der Kontakt 4 bzw. die Elektrode (nicht dargestellt), die an Kontakt 4 angrenzt, besitzt. Beispielsweise kann der Kern 101 aus Silber bestehen, die Moleküle 102 können gleichzeitig n-dotiert sein und mit ihrem LUMO an die Antenne bzw. nicht gezeichnete Leiterbahn angepasst sein. Der Kontakt 4 kann dann ein Lochleiter sein, der an ITO angrenzt. Eine umgekehrte Variante kann z. B. aus einer Gold-Antenne 101 mit p-dotierten Molekülen 102 und einem n-dotierten Kontakt 4 bestehen. Das Partikel 101 kann ebenfalls wie in 5 mit zusätzlichen Schichten versehen sein (Zweck siehe Beschreibung zur 5). Die Brückenmoleküle 102 stellen auch hier die Einhaltung des Abstandes Z sicher, der für die maximale Quantenausbeute ausschlaggebend ist. 6 shows a similar antenna emitter or receiver A as 5 , The main difference is that the second antenna particle was completely omitted. The el. Current therefore flows over the particle 1 , the lumophore 2 and a contact 4 , In this contact 4 is it z. As an organic semiconductor, which can be coated on the antenna with the lumophore. For this purpose, to avoid "short circuits" with the antenna several layers of lumophors on the antenna 1 be applied (not shown). Alternatively, the contact 4 also be a second trace. As in 5 can the bridge molecules 102 and the contact 4 of doped semiconductors to make the injection of electrons and holes into the lumophore. The antenna core 101 can again consist of a material with different work function as the contact 4 or the electrode (not shown) connected to contact 4 adjoins, owns. For example, the core 101 made of silver, the molecules 102 can be n-doped at the same time and adapted with their LUMO to the antenna or not shown trace. The contact 4 can then be a hole conductor adjacent to ITO. A reverse variant can z. B. from a gold antenna 101 with p-doped molecules 102 and an n-doped contact 4 consist. The particle 101 can also be like in 5 be provided with additional layers (for purpose see description of 5 ). The bridge molecules 102 Here, too, ensure compliance with the distance Z, which is decisive for the maximum quantum efficiency.

In 7 wird eine dritte Variante von Antennenemittern bzw. Empfängern dargestellt. Das gesamte Element ist wieder mit A bezeichnet. Es besteht aus einem Partikel 1, dem Lumophor 2 sowie dem Partikel 3. Beide Antennenpartikel 1 und 3 besitzen massive oder schalenförmige Kerne 101 und 301, die vorzugsweise aus Metallen wie Ag, Al, Au, Cu mit geeigneter dielektrischer Funktion bestehen, um im beabsichtigten Wellenlängenbereich eine Plasmonenresonanz zu erreichen. Die Kerne müssen nicht wie gezeichnet kugelförmig sein. Sondern es können auch z. B. stabförmige oder ovale Formen verwendet werden. Die Antennen-Kerne können auch aus voneinander verschiedenen Metallen bestehen. Die Partikel 1 bzw. 3 können auch entgegen der Darstellung komplett mit Lumophoren 2 umhüllt sein, wobei dann z. B. nur einige von Strom durchflossen werden. Es können dabei auch verschiedene Lumophore (z. B. n- und p-dotierte Nanokristalle) gemischt verwendet werden.In 7 a third variant of antenna emitters or receivers is shown. The entire element is again denoted by A. It consists of a particle 1 , the lumophore 2 as well as the particle 3 , Both antenna particles 1 and 3 have massive or cupped cores 101 and 301 , which are preferably made of metals such as Ag, Al, Au, Cu with a suitable dielectric function to achieve a plasmon resonance in the intended wavelength range. The cores do not have to be spherical as drawn. But it can also z. B. rod-shaped or oval shapes can be used. The antenna cores can also be made of different metals. The particles 1 respectively. 3 can also complete against lumophore presentation 2 be wrapped, in which case z. B. only some are traversed by electricity. Different lumophores (eg n- and p-doped nanocrystals) can also be used mixed.

Die Kerne sind umgeben von dielektrischen Schichten 103 und 303. Diese bestehen aus Dielektrikas mit einer geeigneten Brechzahl und Dicke. Die Dielektrikas können z. B. aus Oxiden wie SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, V2O3, HfO2, ZrO2 usw., Fluoriden wie MgF2, SrF3, KF usw., Nitriden und Halbleitern bestehen. Sie sollen vorzugsweise transparent im angestrebten Wellenlängenbereich sein. Die dielektrischen Schichten beider Partikel 1 und 3 können voneinander verschieden sein. Die Aufgaben der dielektrischen Schichten sind u. a.: Zusammen mit den weiteren Schichten, welche die Partikel umgeben (Halbleiterschichten 104 und 304, Molekülhüllen 102 und 302, Leiterbahnen im Leuchtmittel usw.) schaffen sie für die Antennenkerne eine dielektrische Umgebung mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante, die eine Antennenresonanz im angestrebten Wellenlängenbereich erlaubt. Zusätzlich können sie als Gitteranpassungsschicht zwischen den Kernen und den anorganischen Halbleiterschichten fungieren. Und gemeinsam mit den weiteren Schichten stellen sie den erforderlichen Abstand Z des Lumophors 2 zum Antennenkern her. Nachdem die erforderliche Dielektrizitätszahl z. B. mit den Formeln 1 oder den Verfahren aus [1] ermittelt wurde, kann in Abhängigkeit von den Halbleiterschichten 104 und 304 z. B. mittels der effektive Mediumtheorie eine erforderliche Dicke und Brechzahl der dielektrischen Schicht ermittelt und optimiert werden, wobei die radial abnehmende elektrische Feldstärke zu berücksichtigen ist. Die Dicken der dielektrischen Schichten liegen dann bei einigen nm bis einigen 10 nm. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, dass Antennenresonanzen im blauen Spektralbereich trotz hochbrechender Halbleiterschichten 104 und 304 erzielt werden. Oder es kann die Antennenresonanz mittels hoher Brechzahlen der dielektrischer Schichten z. B. ins Infrarote verschoben werden.The cores are surrounded by dielectric layers 103 and 303 , These consist of dielectrics with a suitable refractive index and thickness. The dielectrics may, for. Example of oxides such as SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, V2O3, HfO2, ZrO2, etc., fluorides such as MgF2, SrF3, KF, etc., nitrides and semiconductors exist. They should preferably be transparent in the desired wavelength range. The dielectric layers of both particles 1 and 3 can be different from each other. The tasks of the dielectric layers include: Together with the other layers surrounding the particles (semiconductor layers 104 and 304 , Molecular envelopes 102 and 302 , Conductor tracks in the luminous means, etc.) they create for the antenna cores a dielectric environment with an effective dielectric constant, which allows an antenna resonance in the desired wavelength range. In addition, they can function as a lattice matching layer between the cores and the inorganic semiconductor layers. And together with the other layers they set the required distance Z of the Lumophors 2 to the antenna core. After the required dielectric constant z. B. with the formulas 1 or the method of [1] was determined, depending on the semiconductor layers 104 and 304 z. B. by means of the effective medium theory, a required thickness and refractive index of the dielectric layer can be determined and optimized, wherein the radially decreasing electric field strength to take into account. The thicknesses of the dielectric layers are then at a few nm to a few 10 nm. In this way, it is z. B. possible that antenna resonances in the blue spectral range despite high refractive index semiconductor layers 104 and 304 be achieved. Or it can the antenna resonance by means of high refractive indices of the dielectric layers z. B. be moved to the infrared.

Auf den dielektrischen Schichten befinden sich die halbleitenden Schichten 104 und 304. Diese halbleitenden Schichten können beide aus heterogenen oder gleichartigen anorganischen oder organischen Halbteitern bestehen. Im Falle, dass es sich um organische Halbleitermoleküle handelt, können diese z. B. aus einer SAM bzw. halbleitenden Mono- oder Multilagen bestehen, die gleichzeitig auch noch die Funktion der Brückenmoleküle übernehmen können. Oder sie bestehen aus einzelnen oder mehreren Schichten von anorganischen Element- oder Verbindungshalbleitern wie Si, SiC, ZnO, GaP, AlP, GaN, InN, ZnS, MgS usw. Sie haben die Aufgabe, die elektrische Verbindung des Lumophors mit den Leiterbahnen zu ermöglichen. Es können wahlweise die Bandlücken der Halbleiterschichten 104 bzw. 304 größer als die Bandlücken bzw. HOMO-LUMO-Abstände der Lumophore 2 gewählt werden, wobei weitere Halbleiter-Hüllschichten mit versetzten Bandlücken als Umhüllung für die Halbleiterschichten 104/304 dienen können. N-dotierte Halbleiterschichten können zur Injektion von Elektronen und p-dotierte Schichten zur Injektion von Löchern in der Lumophor verwandt werden. Die Halbleiterschichten sollten im angezielten Frequenzbereich möglichst transparent sein und sie können rel. hoch dotiert sein, um die Breite der Raumladungszone an der Oberfläche zu reduzieren. Die Gitterkonstanten der anorganischen Halbleiterschichten sollten mit der unterhalb liegender Schichten möglichst übereinstimmen.On the dielectric layers are the semiconducting layers 104 and 304 , These semiconductive layers can both consist of heterogeneous or similar inorganic or organic half-ethers. In the case that these are organic semiconductor molecules, these z. B. consist of a SAM or semiconducting mono- or multilayers, which can also take over the function of the bridge molecules at the same time. Or they consist of single or multiple layers of inorganic element or compound semiconductors such as Si, SiC, ZnO, GaP, AlP, GaN, InN, ZnS, MgS, etc. They have the task of enabling the electrical connection of the Lumophors with the tracks. Optionally, the band gaps of the semiconductor layers 104 respectively. 304 greater than the band gaps or HOMO-LUMO distances of the Lumophore 2 be selected, wherein further semiconductor cladding layers with offset band gaps as a cladding for the semiconductor layers 104 / 304 can serve. N-doped semiconductor layers can be used to inject electrons and p-doped layers to inject holes in the lumophore. The semiconductor layers should be as transparent as possible in the targeted frequency range and they can rel. be highly doped to reduce the width of the space charge zone at the surface. The lattice constants of the inorganic semiconductor layers should match as closely as possible with the underlying layers.

Die Halbleiterschichten wiederum können von Oberflächenmodifikationsschichten (nicht dargestellt) bedeckt sein, welche die gleiche Aufgabe wie in 5 erfüllen. Zusätzlich können durch diese Oberflächenmodifikationsschicht die freien Oberflächenzustände der Halbleiterschichten 104/304 reduziert werden. Diese optionalen Schichten können schließlich mit den Brückenmolekülen 102 und 302 bedeckt sein. Diese Moleküle entsprechen grundsätzlich denen in 5. Jedoch ist ihre Länge aufgrund der darunter liegenden Schichten entsprechend kürzer als in 5, um die gleichen Abstände Z einzuhalten. Wenn die Partikel im späteren Emitter- bzw. Photovoltaikelement nur lose auf einander abgelagert werden sollen, so können die Brückenmoleküle 102, 202 und 302 entfallen. Die dielektrischen und halbleitenden Schichten sind dann für ein gleiches Maß Z entsprechend dicker auszuführen.The semiconductor layers, in turn, may be covered by surface modification layers (not shown) that perform the same task as in FIG 5 fulfill. In addition, by this surface modification layer, the free surface states of the semiconductor layers 104 / 304 be reduced. These optional layers can eventually interact with the bridging molecules 102 and 302 be covered. These molecules basically correspond to those in 5 , However, their length is correspondingly shorter due to the underlying layers than in 5 to keep the same distances Z. If the particles are to be deposited only loosely on each other in the later emitter or photovoltaic element, then the bridge molecules 102 . 202 and 302 omitted. The dielectric and semiconductive layers are then to be made correspondingly thicker for an equal dimension Z.

Zwischen den Antennenpartikeln 1 und 3 befinden sich ein oder mehrere Lumophore 2, die eine Molekülhülle mit Ankergruppen für die Oberflächen der Antennenpartikel besitzen können.Between the antenna particles 1 and 3 There are one or more Lumophore 2 which can have a molecular shell with anchor groups for the surfaces of the antenna particles.

Ein möglicher Funktionsablauf ist:
Über eine n-dotierte Leiterbahn (nicht dargestellt), die z. B. aus dem gleichen Halbleitermaterial wie eine elektronenleitende Schicht 104 besteht, fließen Elektronen in die halbleitende Hülle des Partikels 1 und von dort in den LUMO des Lumophors 2. Umgekehrt erreichen gleichzeitig Löcher über eine p-dotierte Leiterbahn (nicht dargestellt) und die p-leitende Leiterschicht 304 den HOMO des Lumophors. Statt z. B. strahlungslos zu rekombinieren, werden durch die Ladungsverschiebung im Lumophor Oberflächenplasmonen in den Antennen angeregt, die dann strahlend zerfallen.
One possible functional sequence is:
Via an n-doped conductor track (not shown), the z. B. from the same semiconductor material as an electron-conducting layer 104 electrons flow into the semiconducting shell of the particle 1 and from there to the LUMO of Lumophors 2 , Conversely, holes simultaneously reach via a p-doped conductor track (not shown) and the p-conducting conductor layer 304 the HOMO of the Lumophors. Instead of z. B. to recombine without radiation, surface plasmons are excited in the antennas by the charge shift in the lumophore, which then radiant decay.

Das Antennenelement A in 8 ist analog zu dem in 7 aufgebaut. Jedoch wurde wieder auf eine wirksame Antenne verzichtet. A besteht also aus dem Partikel 1 mit Metallkern 101 und den entsprechenden Hüllen wie bei 7, sowie aus dem mindestens einen Lumophor 2 und einem Kontakt 4. Analog zu 6 kann der Kontakt 4 z. B. aus einer über die Lumophore beschichteten Halbleiterschicht (nicht dargestellt), einem massiven Halbleiterpartikel ohne Metallkern oder aus einer Leiterbahn (nicht dargestellt) bestehen, die an die Lumophore anbindet. Die Lumophore 2 können wieder mit organischen Hüllen bedeckt sein, die dotiert sein können und Ankergruppen für die Oberfläche der Antenne 1 besitzen können. Ein möglicher Funktionsablauf ist:
Durch einfallendes Licht werden im Antennenkern 101 Oberflächenplasmonen angeregt. Das daraus resultierende EM-Feld hebt Elektronen in den Lumophoren 2 vom Valenz- in die Leitungsbänder. Diese Elektronen können über den n-dotierten Halbleiter, der entweder die Schicht 104 oder der Kontakt 4 sein kann, in die angrenzende Leiterbahn (nicht dargestellt) gelangen. Gleichzeitig können die Löcher aus dem Valenzband des Lumophors über den p-dotierten Halbleiter, der umgekehrt Kontakt 4 oder die Schicht 104 sein kann, in die zweite Leiterbahn (nicht dargestellt) gelangen. Der Stromkreis kann über eine externe Last geschlossen werden. Der Antennenkern 101 wirkt dabei wie ein makroskopischer Spiegel, wodurch ein großer Teil des einfallenden Lichts auf den Lumophor 2 konzentriert wird.
The antenna element A in 8th is analogous to that in 7 built up. However, again, an effective antenna has been dispensed with. A thus consists of the particle 1 with metal core 101 and the corresponding cases as in 7 , as well as from the at least one lumophore 2 and a contact 4 , Analogous to 6 can the contact 4 z. B. from a Lumophore coated semiconductor layer (not shown), a solid semiconductor particles without metal core or from a conductor (not shown), which binds to the lumophore. The lumophore 2 may again be covered with organic sheaths that may be doped and anchor groups for the surface of the antenna 1 can own. One possible functional sequence is:
By incident light in the antenna core 101 Surface plasmons excited. The resulting EM field lifts electrons in the lumophores 2 from valence to conduction bands. These electrons can pass through the n-doped semiconductor, which is either the layer 104 or the contact 4 may be, in the adjacent trace (not shown) arrive. At the same time, the holes from the valence band of the lumophore can contact via the p-doped semiconductor, the reverse 4 or the layer 104 may be, in the second trace (not shown) arrive. The circuit can be closed via an external load. The antenna core 101 It acts like a macroscopic mirror, whereby a large part of the incident light on the lumophore 2 is concentrated.

9 stellt eine Variation des Antennenemitters bzw. Empfängers aus 7 dar. Das gesamte Antennenelement, das wieder mit A bezeichnet ist, besteht im Gegensatz zu 7 aus Antennenkernen 101 und 301, die direkt mit Halbleiterschichten 104 und 304 (z. B. CdSe, GaN, ZnO usw.) bedeckt sind. Die zusätzlichen dielektrischen Schichten fehlen also. Bei Verwendung von Halbleiterschichten 104 bzw. 304 aus n- bzw. p-dotierten anorganischen Halbleitern liegen die Antennenresonanzen in der Regel im langwelligen Roten bis Infraroten Bereich aufgrund der hohen Dielektrizitätszahlen der Halbleiterschichten. Die Partikel 1, 2 und 3 können wie bei den vorigen Ausführungsvarianten wieder mit Molekülschichten 102, 202 und 302 bedeckt sein. Diese Molekülschichten können mittels spezieller Ankergruppen die Partikel selbständig verbinden oder die Partikel auf Leiterbahnen immobilisieren. Die für die optimale Quantenausbeute erforderlichen Abstände Z werden durch die Dicken der Schichten 104 bzw. 304 und die Länge der optionalen Molekülbrücken 102, 202 und 302 eingehalten. 9 represents a variation of the antenna emitter or receiver 7 dar. The entire An element of the antenna, which is again denoted by A, is in contrast to 7 from antenna cores 101 and 301 that directly with semiconductor layers 104 and 304 (e.g., CdSe, GaN, ZnO, etc.). The additional dielectric layers are missing. When using semiconductor layers 104 respectively. 304 From n- or p-doped inorganic semiconductors, the antenna resonances are usually in the long-wave red to infrared range due to the high dielectric constants of the semiconductor layers. The particles 1 . 2 and 3 can again with molecular layers as in the previous embodiments 102 . 202 and 302 be covered. These molecular layers can independently connect the particles by means of special anchor groups or immobilize the particles on conductor tracks. The distances Z required for the optimum quantum yield are determined by the thicknesses of the layers 104 respectively. 304 and the length of the optional molecular bridges 102 . 202 and 302 respected.

In 10 ist eine Ausführungsvariante eines Antennenelementes A dargestellt, die ohne metallische Antennenkerne auskommt. Die Einhaltung des Abstandes Z ist deshalb nicht mehr erforderlich. Das komplette Antennenelement A besteht aus einem Partikel 1 mit einem Halbleiterkern 104 und optionaler Molekülhülle 102. Des Weiteren besteht es aus dem Lumophor 2, der ebenfalls eine optionale Molekülhülle 202 besitzt. Und endlich besteht es aus einem Partikel 3 mit Halbleiterkern 304 und Molekülhülle 302. Die optionalen Molekülhüllen erfüllen wieder die Aufgabe, die Partikel untereinander und mit Leiterbahnen selbstständig zu verknüpfen. Die Partikelkerne 104 und 304 bestehen aus beliebigen anorganischen Halbleitern und sind verschieden dotiert. Beispielsweise kann 104 aus einem n-dotierten Halbleiter (z. B. n-GaP, n-GaAs, n-Si, n-ZnS usw.) bestehen und 304 aus einem p-dotierten Halbleiter (z. B. p-AlP, p-AlSb, p-InGaAs p-ZnS usw.). Der Lumophor 2 kann hier eine sehr hohe intrinsische Quantenausbeute besitzen, die keiner Antennenverstärkung bedarf. Als Vorteile bleiben auch ohne Metall-Antennen immer noch: Die emittierte Strahlung kann ohne Totalreflektion in die Umgebung gelangen und die Emitter bzw. Empfänger A können mit molekularen Lumophoren polarisiertes Licht erzeugen bzw. selektiv eine Polarisationsrichtung absorbieren.In 10 an embodiment of an antenna element A is shown, which manages without metallic antenna cores. Compliance with the distance Z is therefore no longer necessary. The complete antenna element A consists of a particle 1 with a semiconductor core 104 and optional molecular shell 102 , Furthermore, it consists of the lumophore 2 , which is also an optional molecular shell 202 has. And finally it consists of a particle 3 with semiconductor core 304 and molecular shell 302 , The optional molecular sheaths again fulfill the task of independently linking the particles to one another and to printed conductors. The particle cores 104 and 304 consist of any inorganic semiconductors and are doped differently. For example, can 104 consisting of an n-doped semiconductor (eg, n-GaP, n-GaAs, n-Si, n-ZnS, etc.) and 304 of a p-doped semiconductor (eg, p-AlP, p-AlSb, p-InGaAs p-ZnS, etc.). The lumophore 2 here can have a very high intrinsic quantum efficiency, which does not require antenna amplification. Even without metal antennas, the advantages still remain: the emitted radiation can reach the environment without total reflection and the emitters or receivers A can produce light polarized with molecular lumophores or selectively absorb a polarization direction.

Ein Funktionsablauf könnte hier sein: aus einer n-dotierten Leiterbahn gelangen Elektronen in den n-dotierten Kern 104, der eine größere Bandlücke als Lumophor 2 besitzen kann. Von dort gelangen sie in das Leitungsband bzw. den LUMO des Lumophors 2, wo sie strahlend rekombinieren mit den Löchern, die gleichzeitig aus einer p-dotierten Leiterbahn über den p-dotierten Kern 304 in den HOMO bzw. das Valenzband des Lumophors gelangen.A functional sequence could be here: electrons enter the n-doped core from an n-doped interconnect 104 that has a larger band gap than Lumophore 2 can own. From there they get into the conduction band or the LUMO of the Lumophors 2 where they radiantly recombine with the holes, simultaneously from a p-doped trace over the p-doped core 304 into the HOMO or the valence band of the Lumophors.

11 stellt das entsprechende Antennenelement A wie 10 dar. Es wurde jedoch auf den Lumophor verzichtet und es existiert nur ein n-p Übergang durch die gegensätzlich gedopten Halbleiterpartikel 104 und 304. 11 represents the corresponding antenna element A as 10 However, the lumophore has been dispensed with and there is only a np transition through the oppositely doped semiconductor particles 104 and 304 ,

12 stellt schließlich eine letzte Ausführungsvariante eines Antennenemitters bzw. Empfängers A dar. Hier bestehen die metallischen Antennenkerne 101 und 301 aus länglichen Partikeln. Die Variante in 12 ist analog zur Ausführungsvariante in 5 dargestellt. Jedoch können längliche, stabförmige, vieleckige und andere Partikelformen auch mit allen anderen Ausführungsvarianten verwendet werden. Längliche Antennen ermöglichen höhere Quantenausbeuten und Antennenverstärkungen als sphärische Antennen, jedoch bei höheren Wellenlängen. Auch bei länglichen Antennen können die Abstände Z durch dielektrische und Halbleiter-Schichten auf den Metallkernen sowie durch Brückenmoleküle eingehalten werden. 12 Finally, represents a final embodiment of an antenna emitter or receiver A. Here, the metallic antenna cores exist 101 and 301 from elongated particles. The variant in 12 is analogous to the embodiment in 5 shown. However, elongated, rod-shaped, polygonal and other particle shapes can also be used with all other embodiments. Elongated antennas allow higher quantum yields and antenna gains than spherical antennas, but at longer wavelengths. Even with elongated antennas, the distances Z can be maintained by dielectric and semiconductor layers on the metal cores and by bridge molecules.

In 13 ist die prinzipielle Funktion der optionalen metallischen Reflektorschicht unter den Antennenelementen A dargestellt. Alle Ausführungsvarianten benötigen eventuell eine Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik, die das Licht in bestimmte Raumrichtungen konzentriert abstrahlt bzw. daraus auffängt. Lumophore, deren strahlender Dipol rel. zur Antenne festliegt, können zusammen mit den Antennenpartikeln Dipolantennen bilden. Unter den Dipolantennen kann eine metallische (z. B. Al, Ag, Au usw.) Reflektorschicht R angebracht werden. Es kommt zur Überlagerung der Wellen mit dem Spiegeldipol und aus dem Dipol-Rundstrahler wird ein Strahler, der nur noch in eine Halbebene emittiert. Dazu ist bei Emittern erforderlich, dass der strahlende Dipol relativ zu den Antennenkernen festliegt. Dies kann durch die Fixierung von molekularen Lumophoren (z. B. vom Donor-Akzeptor-Typ) auf den Antennen durch molekulare Brücken erreicht werden. Das Antennenelement A liegt im Abstand d über der metallischen Reflektorschicht R. Dabei ist A von R durch ein Dielektrikum D mit der Brechzahl n getrennt. Über den Antennen A liegt das Dielektrikum D2 mit der Brechzahl n2. Der gesamte Emitter ist umgeben von Luft 13_3 mit der Brechzahl 1. Der Emitter emittiert Licht mit der Wellenlänge λ0 in Luft. Dabei ergibt sich im Dielektrikum D eine Wellenlänge λ = λ0/n. 13_1 skizziert nun grob die Antennenkeule für d/λ = 0,125. 13_2 zeigt die Abstrahlung für d/λ = 0,35 und 13_4 deutet die Abstrahlcharakteristik für d/λ = 0,25 an. Das Antennenelement A ist in Stromflussrichtung dargestellt.In 13 the principal function of the optional metallic reflector layer under the antenna elements A is shown. All variants may require a radiation or reception characteristic that radiates the light focused in certain spatial directions and catches it. Lumophore, whose radiant dipole rel. fixed to the antenna, together with the antenna particles can form dipole antennas. Under the dipole antennas, a metallic (eg, Al, Ag, Au, etc.) reflector layer R can be attached. It comes to the superposition of the waves with the Spiegeldipol and the dipole omnidirectional is a radiator, which emits only in a half-plane. For emitters, it is necessary for the radiating dipole to be fixed relative to the antenna cores. This can be achieved by the attachment of molecular lumophores (for example of the donor-acceptor type) on the antennas by molecular bridges. The antenna element A lies at a distance d above the metallic reflector layer R. A is separated from R by a dielectric D with the refractive index n. About the antenna A, the dielectric D2 lies with the refractive index n2. The entire emitter is surrounded by air 13_3 with the refractive index 1 , The emitter emits light with the wavelength λ0 in air. This results in the dielectric D, a wavelength λ = λ0 / n. 13_1 now roughly sketch the antenna lobe for d / λ = 0.125. 13_2 shows the radiation for d / λ = 0.35 and 13_4 indicates the radiation characteristic for d / λ = 0.25. The antenna element A is shown in the current flow direction.

Die folgenden 14 bis 29 stellen allesamt Beispiele für Geräte dar, in welchen die Antennenelemente A aus den 5 bis 12 verbaut sind. Diese Geräte können als Emitter (z. B. Lichtquellen, Displays) und Empfänger (z. B. Sensoren, Bildsensoren, Photovoltaikelemente usw.) verwendet werden. Um farbiges Licht zu erzeugen bzw. um nur eine Wellenlänge zu absorbieren, können Lumophore bzw. Antennen A verwendet werden, die nur bei dieser Wellenlänge arbeiten. Alternativ können Lumophore bzw. Antennen A für verschiedene Wellenlängen gemischt werden, um z. B. weißes Licht zu erzeugen. Die Antennen und Lumophore können geordnet oder regellos angebracht sein, um entsprechend selektiv oder unselektiv z. B. Licht einer Polarisationsrichtung zu absorbieren. Für Anwendungen bei welchen einzelne Bereiche angesteuert werden müssen (z. B. Displays, Bildsensoren) müssen die Leiterbahnen und Leiterschichten für einzelne Pixel” aufgeteilt werden. Es ist auch möglich, dass die Emitter bzw. Empfänger in den 14 bis 20 selektiv angesteuerte Antennen enthalten, die jeweils verschiedene Wellenlängen emittieren bzw. empfangen. Damit können z. B. in Verbindung mit einem Lichtleiter Datenübertragungseinrichtungen mit einer sehr hohen Zahl an Kanälen kostengünstig hergestellt werden. Für andere Anwendungen können z. B. alle gleichen Leiterbahnen parallelgeschaltet und mit einer externen Spannungsversorgung oder Last verbunden werden.The following 14 to 29 All represent examples of devices in which the antennas Elements A from the 5 to 12 are installed. These devices can be used as emitters (eg light sources, displays) and receivers (eg sensors, image sensors, photovoltaic elements, etc.). To produce colored light or to absorb only one wavelength, Lumophore or antennas A can be used, which operate only at this wavelength. Alternatively, Lumophore or antennas A can be mixed for different wavelengths to z. B. to produce white light. The antennas and lumophore may be ordered or randomly mounted to selectively or unselectively z. B. light to absorb a polarization direction. For applications in which individual areas have to be controlled (eg displays, image sensors), the interconnects and conductor layers must be split for individual pixels. It is also possible that the emitter or receiver in the 14 to 20 contain selectively driven antennas, each emitting or receiving different wavelengths. This can z. B. in conjunction with a light guide data transmission devices with a very high number of channels are produced inexpensively. For other applications, for. B. all the same tracks are connected in parallel and connected to an external power supply or load.

14 stellt in einer dreidimensionalen Ansicht und einer zugehörigen Vorderansicht den prinzipiellen Aufbau der Emitter- bzw. Empfängerelemente dar, bei welchen sich die Antennen A mit den Lumophoren an der Oberfläche befinden. Dazu benötigen die Geräte elektrische Zuleitungen, die im Substrat integriert sind und die mittels der in der Halbleiterelektronik üblichen Verfahren hergestellt werden können. Die Antennen A befinden sich im el. Kontakt mit den Leiterbahnen L1 und L2. Diese bestehen aus anorganischen Halbleitern (polykristalline, amorphe oder monokristalline Element- und Verbindungshalbleiter (III–V, II–VI, I–III–VI Halbleiter usw.: z. B. ZnO, GaN, SiC, InP, GaP, GaAs, Si, Ge, AlGaAs, transparente Oxide) oder auch aus metallischen Schichten (wie z. B. Al, Au, TiN, LaB6 usw., wenn die Antennen mit ausreichend dicken dielektrischen Schichten bedeckt sind). Die Leiterbahnen L1 und L2 können wie die Oberflächen der Antennen mit „Oberflächenmodifikationsschichten” bedeckt werden, um z. B. eine Selektivität für SAM-Schichten zu erzeugen. Die Leiterbahnen L1 können z. B. n-dotiert und die Leiterbahnen L2 p-dotiert sein und aus den gleichen oder auch verschiedenartigen Halbleitern wie die Hüllen der Antennen bestehen. Die Leiterbahnen L1 und L2, die z. B. n- bzw. p-dotiert sind, stehen in Kontakt mit den metallischen Zuleitungen L1_Z und L2_Z. Dabei wurde bei der Kontaktierung der Leiterschichten L1 und L2 durch übliche Verfahren ein ohmscher Kontakt erzeugt. Dazu werden einerseits Halbleiterschichten und Metallschichten passender Fermienergie kombiniert und andererseits die Dotierung der Halbleiter ausreichend hoch gewählt. Die Dotierung der Leiterschichten L1 und L2 kann z. B. durch Beschichten der Leiter L1_Z und L2_Z mit zusätzlichen Dotierstoffen (z. B. bei Si für n-Dotierung P und für p-Dotierung Al) enthaltenden Schichten erreicht werden, die im Anschluss durch eine Wärmebehandlung in die Leiterbahnen L1 bzw. L2 diffundieren können. Die Zuleitungen L1_Z und L2_Z bestehen in dieser Figur aus zwei Leiterschichten, die durch Stege („Vias”) mit den Leiterbahnen L1 und L2 verbunden sind. Es können aber auch beliebige andere Ausführungen und Abwandlungen verwendet werden. Die Leiterschichten L1_Z und L2_Z bestehen bevorzugt aus Metallen und Halbmetallen mit guter el. Leitfähigkeit wie z. B. Al, Ag, Cu, Au, W, aber auch aus keramischen Schichten wie TiN. Die Schichten können auf ein Substrat Sub beschichtet werden. Das Substrat kann aus Halbleitern (z. B. Si, GaAs..), Isolatoren wie (Gläsern, Keramiken, Kunststoffen) oder Metallen bestehen. Die el. leitenden Schichten sind durch Isolationsschichten D voneinander getrennt. Diese bestehen z. B. aus z. B. Oxidschichten (z. B. SiO2, Al2O3, Gläser) oder anderen keramischen Schichten (z. B. Si3N4). Weitere Schichten z. B. Sperrschichten (z. B. SiN), Kontakt- und Haftschichten (z. B. TiW), Diffusionsbarriereschichten (z. B. TiN), Ätzstoppschichten (z. B. SiC) sind vorteilhaft, aber nicht dargestellt. Die Schichten können mittels gängiger Lithographie und Beschichtungsverfahren (CVD, MOCVD, PVD, verschiedene Epitaxieverfahren usw.) erzeugt werden. 14 represents in a three-dimensional view and an associated front view of the basic structure of the emitter or receiver elements, in which the antennas A are located with the lumophore on the surface. For this purpose, the devices require electrical leads, which are integrated in the substrate and which can be produced by means of the usual in semiconductor electronics method. The antennas A are in el. Contact with the tracks L1 and L2. These consist of inorganic semiconductors (polycrystalline, amorphous or monocrystalline element and compound semiconductors (III-V, II-VI, III-VI semiconductors etc .: for example ZnO, GaN, SiC, InP, GaP, GaAs, Si , Ge, AlGaAs, transparent oxides) or even metallic layers (such as Al, Au, TiN, LaB6, etc., if the antennas are covered with sufficiently thick dielectric layers.) The tracks L1 and L2 may be like the surfaces For example, in order to produce selectivity for SAM layers, for example, the interconnects L1 may be n-doped and the interconnects L2 may be p-doped and made of the same or different semiconductors The conductor tracks L1 and L2, which are eg n- or p-doped, are in contact with the metal leads L1_Z and L2_Z Procedure an ohm shear contact generated. For this purpose, on the one hand, semiconductor layers and metal layers of suitable Fermi energy are combined and, on the other hand, the doping of the semiconductors is chosen to be sufficiently high. The doping of the conductor layers L1 and L2 can, for. B. by coating the conductors L1_Z and L2_Z with additional dopants (eg, for Si for n-doping P and for p-doping Al) containing layers are achieved, which diffuse in the connection by a heat treatment in the interconnects L1 and L2 can. The leads L1_Z and L2_Z consist in this figure of two conductor layers, which are connected by webs ("vias") with the tracks L1 and L2. But it can also be used any other designs and modifications. The conductor layers L1_Z and L2_Z are preferably made of metals and semi-metals with good el. Conductivity such. As Al, Ag, Cu, Au, W, but also of ceramic layers such as TiN. The layers can be coated on a Sub substrate. The substrate may consist of semiconductors (eg Si, GaAs ..), insulators such as (glasses, ceramics, plastics) or metals. The electrically conductive layers are separated from one another by insulation layers D. These consist z. B. from z. For example, oxide layers (eg, SiO 2, Al 2 O 3, glasses) or other ceramic layers (eg, Si 3 N 4). Other layers z. Barrier layers (eg SiN), contact and adhesion layers (eg TiW), diffusion barrier layers (eg TiN), etch stop layers (eg SiC) are advantageous but not shown. The layers can be produced by conventional lithography and coating methods (CVD, MOCVD, PVD, various epitaxy methods, etc.).

Die Herstellung kann entweder dadurch erfolgen, dass zuerst die Leiterbahnen L1_Z/L2_Z und Isolationsschichten D auf ein einkristallines Halbleitersubstrat beschichtet werden, welches anschließend gewendet wird und auf ein z. B. Metall- oder Glassubstrat gebondet wird. Die Halbleiterbahnen L1 und L2 können dann durch Ätzen des oben liegenden Halbleitersubstrats erzeugt werden. Alternativ können auf ein Substrat zuerst die Leiterschichten L1_Z/L2_Z und als letztes die Leiterbahnen L1 und L2 beschichtet werden. Die Morphologie der Leiterbahnen kann dann polykristallin sein.The Production can be carried out either by first the conductor tracks L1_Z / L2_Z and insulating layers D coated on a single crystal semiconductor substrate which is subsequently turned and on z. B. metal or glass substrate is bonded. The semiconductors L1 and L2 can then be removed by etching the top one Semiconductor substrate can be generated. Alternatively, you can a substrate first, the conductor layers L1_Z / L2_Z and last the conductor tracks L1 and L2 are coated. The morphology of Conductor tracks can then be polycrystalline.

15 stellt einen Ausschnitt aus einer Lichtquelle bzw. einer Spannungsquelle, die eine Mehrzahl an Antennenelementen A verwendet, dar. Bei den Antennen A handelt es sich um Ausführungen mit einer aktiven Antenne (siehe auch 6 und 8). Die Leiterbahnen L1, die z. B. aus n-dotierten anorganischen Halbleitern bestehen, sind über einen ohmschen Kontakt mit der metallischen Leiterschicht L1_Z verbunden. Entsprechend sind die Leiterbahnen L2, die z. B. aus p-dotierten anorganischen Halbleitern bestehen, mit der Leiterschicht L2_Z verbunden. Die Leiterschichten L1_Z und L2_Z können an eine externe Spannungsquelle oder einen Verbraucher angeschlossen sein. Die Leiterschichten sind durch dielektrische Schichten D aus z. B. SiO2 voneinander isoliert. 15 represents a section of a light source or a voltage source, which uses a plurality of antenna elements A, wherein the antennas A are embodiments with an active antenna (see also 6 and 8th ). The conductor tracks L1, the z. B. of n-doped inorganic semiconductors are connected via an ohmic contact with the metallic conductor layer L1_Z. Accordingly, the interconnects L2, z. B. of p-doped inorganic semiconductors, connected to the conductor layer L2_Z. The conductor layers L1_Z and L2_Z can be connected to an external voltage source or a consumer. The conductor layers are formed by dielectric layers D of z. B. SiO2 isolated from each other.

Die Leiterbahnen L1 besitzen eine spezifische Oberfläche 1, auf der selektiv eine SAM S1 erzeugt werden kann, die mit ihren Ankergruppen auf der Leiterbahn L1 fixiert ist. Die funktionalen Gruppen dieser Moleküle können spezifisch so gestaltet sein, dass der Lumophor sich richtig gepolt auf ihnen ankoppeln kann. Entsprechend können optional auf den Leiterbahnen L2 Lumophore in richtiger el. Polung immobilisiert werden. Zur Vermeidung von direkten Kontakten der Antenne mit den Leiterbahnen können auch mehrere Schichten von Lumophoren aufgetragen werden. Um zu verhindern, dass sich auch an nicht vorgesehenen Stellen – wie den Oberseiten der Leiterbahnen – Lumophore oder Antennen verankern können, können diese Flächen mit einer zusätzlichen Schicht 15_1 bedeckt sein. Diese Schicht besitzt eine Oberfläche, die den Ankergruppen der Brückenmoleküle keine Haftmöglichkeit erlaubt. Sie kann z. B. aus SiO2, Si3N4 oder Fotolack bestehen. Die Antennen A können schließlich auf den Lumophoren immobilisiert werden. Dazu besitzen die Lumophore z. B. Ankergruppen für die Oberfläche der Antennen oder umgekehrt. Durch z. B. Kapillarkräfte beim Verdunsten des Lösungsmittels, in dem sich die Antennenpartikel befinden, können sich dichte Ketten der Antennen A auf den Leiterbahnen bilden.The tracks L1 have a specific surface area 1 , on which selectively a SAM S1 can be generated, which is fixed with its anchor groups on the conductor L1. The functional groups of these molecules may be specifically designed so that the lumophore can couple properly polarized on them. Accordingly, it is optionally possible to immobilize L2 lumophors in the correct polarity on the printed conductors. To avoid direct contact of the antenna with the tracks, several layers of lumophores can be applied. In order to prevent lumophore or antennae from being able to anchor at unintended locations, such as the tops of the printed conductors, these surfaces can be provided with an additional layer 15_1 be covered. This layer has a surface which does not allow the anchoring groups of the bridging molecules to be blocked. You can z. Example of SiO2, Si3N4 or photoresist. The antennas A can finally be immobilized on the lumophores. For this purpose, the Lumophore z. B. anchor groups for the surface of the antennas or vice versa. By z. B. capillary forces during evaporation of the solvent in which the antenna particles are located, can form dense chains of the antennas A on the tracks.

Der fertige Emitter ist durch ein transparentes Dielektrikum D2, das z. B. durch Spinn-Coating aufgetragen wurde und aus Kunststoffen oder Gläsern bestehen kann, vor Umwelteinflüssen geschützt.Of the finished emitter is through a transparent dielectric D2, the z. B. was applied by spin coating and made of plastics or glasses can exist before environmental influences protected.

In 16 ist ein Querschnitt durch einen Teil eines Oberflächenemitters- bzw. Empfängers dargestellt, der je zwei Antennenpartikel kombiniert mit Lumophoren verwendet. Der Substrataufbau ist identisch mit der Ausführung in 15 mit dem Unterschied, dass die Strukturgröße (z. B. Leiterbahnabstande) etwa doppelt so groß sein kann. Die obere Leiterschicht L1_Z wirkt gleichzeitig als Reflektorschicht R. Durch Variierung des Abstands d kann die Abstrahlcharakteristik verändert werden. Die Leiterschichten L1 und L2, sowie die Schicht 15_1 entsprechen wiederum denen in 15.In 16 Figure 4 is a cross-sectional view of a portion of a surface emitter or receiver, each employing two antenna particles combined with lumophores. The substrate structure is identical to the design in 15 with the difference that the structure size (eg trace distances) can be about twice as large. The upper conductor layer L1_Z simultaneously acts as a reflector layer R. By varying the distance d, the emission characteristic can be changed. The conductor layers L1 and L2, as well as the layer 15_1 again correspond to those in 15 ,

Auf Leiterbahn L1 wird z. B. eine SAM S1 mit Ankergruppen für die Leiterbahn 1 erzeugt. Falls die Leiterbahnen L1 und L2 aus dem gleichen Material bestehen, bzw. die identische Oberflächeneigenschaft für die SAM besitzen, so kann eine Leiterbahn z. B. mit Fotolack abgedeckt sein. Auf der Sam S1 können anschließend die ersten Antennenpartikel immobilisiert werden. Es kann sich eine dichte Kette von Antennenpartikeln auf der Leiterbahn L1 z. B. durch Kapillarkräfte beim Verdunsten des Lösungsmittels bilden. Schließlich können die Lumophore mit ihren Ankergruppen für die Oberfläche des Antennenpartikels richtig gepolt auf dem ersten Antennenpartikel abgeschieden werden. Und endlich wird das zweite Antennenpartikel durch die SAM S2 auf der Leiterbahn L2 immobilisiert. Durch die Wahl eines Leitungsbahnabstandes zwischen L1 und L2 etwas kleiner als der zweifache Antennendurchmesser wird ein el. Kontakt zwischen den Partikeln gewährleistet. Alternativ kann die Antenne A auch komplett vorgefertigt als Dimer vorliegen und richtig gepolt auf SAM-Schichten S1 und S2 immobilisiert werden. Eine transparente Schicht D2 bedeckt wie in 15 wieder zum Schutz das fertige Element.On conductor L1 is z. B. a SAM S1 with anchor groups for the trace 1 generated. If the interconnects L1 and L2 are made of the same material, or have the same surface property for the SAM, so a trace z. B. be covered with photoresist. The first antenna particles can then be immobilized on the Sam S1. It may be a dense chain of antenna particles on the conductor L1 z. B. form by capillary forces during evaporation of the solvent. Finally, the lumophores can be deposited with their anchor groups for the surface of the antenna particle properly poled on the first antenna particle. And finally, the second antenna particle is immobilized by the SAM S2 on the conductor L2. By choosing a path distance between L1 and L2 slightly smaller than twice the antenna diameter, an el. Contact between the particles is ensured. Alternatively, the antenna A can also be completely prefabricated as a dimer and can be immobilized correctly poled on SAM layers S1 and S2. A transparent layer D2 covered as in 15 again to protect the finished element.

17 zeigt einen Teil eines Querschnitts durch eine weitere Variante eines Emitters oder Empfängers mit einer einzigen aktiven Antenne. Das Substrat Sub mit den Leiterschichten L1_Z, L2_Z und dem isolierenden Dielektrikum D entspricht dem aus den vorhergehenden Figuren. Die Leiterbahnen L1 und L2, die wieder z. B. aus dotierten Halbleitern bestehen, sind in der Höhe versetzt angeordnet und voneinander durch ein Dielektrikum D isoliert. Die Leiterbahnen L2, die über einen ohmschen Kontakt mit L2_Z verbunden sind, liegen tiefer als die Leiterbahnen L1. Dadurch bildet sich eine „Wanne” aus, in der durch Sedimentation oder immobilisierung auf SAM-Schichten S2 eine oder mehrere Schichten von Lumophoren richtig gepolt abgeschieden werden können. Die Antennen A können durch molekulare Ankergruppen an den SAM-Schichten S1 bzw. den Leiterbahnen L1 und gleichzeitig auf den Lumophoren el. leitend befestigt werden. Alternativ können die Antennenpartikel auch durch Sedimentation auf den Lumophoren abgeschieden werden, so dass sie die gesamte Oberfläche der „Wanne” bedecken. Die Oberseite der Leiterbahnen L1 ist wieder mit einer Schicht 15_1 bedeckt, die eine Immobilisierung von Partikeln an dieser Stelle verhindert. Die transparente Schutzschicht D2 bedeckt wie in den vorhergehenden Ausführungsvarianten die Antennen und Leiterbahnen. 17 shows a part of a cross section through another variant of a emitter or receiver with a single active antenna. The substrate Sub with the conductor layers L1_Z, L2_Z and the insulating dielectric D corresponds to that of the preceding figures. The interconnects L1 and L2, which again z. B. of doped semiconductors are arranged offset in height and from each other by a dielectric D isolated. The interconnects L2, which are connected via an ohmic contact with L2_Z, are lower than the interconnects L1. This forms a "tub" in which one or more layers of lumophores can be deposited properly poled by sedimentation or immobilization on SAM layers S2. The antennas A can be conductively connected by molecular anchor groups to the SAM layers S1 and the interconnects L1 and simultaneously to the lumophores el. Alternatively, the antenna particles can also be deposited by sedimentation on the lumophores so that they cover the entire surface of the "tub". The top of the tracks L1 is again with a layer 15_1 covered, which prevents immobilization of particles at this point. The transparent protective layer D2 covers the antennas and conductor tracks, as in the preceding embodiment variants.

18 zeigt wieder einen Teil eines Emitters bzw. Empfängers, der aus zwei Antennenpartikeln besteht. Das Substrat Sub, die Leiterschichten L1_Z und L2_Z, sowie die dielektrischen bzw. Isolierschichten D und D2 entsprechen denen in den vorherigen Ausführungsvarianten. 18 again shows a part of an emitter or receiver, which consists of two antenna particles. The substrate Sub, the conductor layers L1_Z and L2_Z, and the dielectric or insulating layers D and D2 correspond to those in the previous embodiment variants.

Die Leiterbahnen sind wieder wie in den vorhergehenden Ausführungsvarianten aufgebaut und an ihrer Oberseite mit einer Schicht 15_1 bedeckt, die z. B. aus Fotolack, SiO2 oder einem beliebigen Material besteht, auf dem die SAM-Schichten S1 und S2 nicht haften können. Die SAM-Schicht S1 kann sich also nur an den Seiten der Leiterbahnen L1 und die SAM S2 an den Seiten der Leiterbahnen L2 bilden. Die Antennenpartikel, die beide eine verschiedene Oberfläche besitzen können, können sich deshalb nur an den zugehörigen Leiterbahnen anlagern. Jedoch besitzen die Leiterbahnen L1 und L2 Abstände B, die möglicherweise – ebenso wie die Durchmesser der Antennen – aufgrund von Fertigungstoleranzen in einem größeren Bereich schwanken. Die Lumophore, die nur einen sehr kleinen Toleranzbereich zu überbrücken in der Lage sind, können trotzdem einen elektrischen Kontakt zwischen den Antennenpartikeln herstellen. Dazu können z. B. Lumophore mit zwei Ankergruppen, von denen eine Ankergruppe durch Schutzgruppen geschützt ist, mit der anderen Ankergruppe auf einer Antenne abgeschieden werden. Nach Entschützen der Schutzgruppen ist auch die zweite Ankergruppe der angelagerten Lumophore bereit. Dadurch können z. B. weitere Lumophore an die ersten, bereits angelagerten Lumophore angedockt werden. Dieser Prozess kann wiederholt werden, bis der Zwischenraum zwischen den Antennen gefüllt ist.The interconnects are again constructed as in the previous embodiments and at its top with a layer 15_1 covered, the z. B. of photoresist, SiO2 or any material on which the SAM layers S1 and S2 can not adhere. The SAM layer S1 can thus form only on the sides of the interconnects L1 and the SAM S2 on the sides of the interconnects L2. The antenna particles, which can have a different surface, can therefore only be connected to the corresponding one Attach tracks. However, the interconnects L1 and L2 have spacings B which, as well as the diameters of the antennas, may vary over a wider range due to manufacturing tolerances. Nevertheless, the lumophors, which are only able to bridge a very small tolerance range, can produce an electrical contact between the antenna particles. These can z. B. Lumophore with two anchor groups, one of which anchor group is protected by protective groups are deposited with the other anchor group on an antenna. After deprotection of the protective groups, the second anchor group of the attached lumophore is ready. As a result, z. B. further Lumophore be docked to the first, already attached lumophore. This process can be repeated until the gap between the antennas is filled.

In 19 ist ein Teil eines Querschnitts durch eine weitere Variante eines Antennenemitters bzw. Empfängers, der eine Mehrzahl an Antennen A enthält, dargestellt. Während der grundsätzliche Aufbau von Substrat Sub, Leiterschichten L1_Z und L2_Z, Leiterbahnen L1 und L2 und der Isolationsschichten D und D2 dieser Ausführung mit dem der vorhergehenden Varianten übereinstimmt, ist die Art bzw. das Herstellverfahren der Antennen A verschieden:
Im Gegensatz zu den vorigen Ausführungsvarianten sind hier auch die Partikel 1 und 3 durch ein Lithographieverfahren hergestellt worden. Die Partikel 1 und 3, die im Querschnitt dargestellt sind, können beliebige z. B. stabförmige, ovale oder dreieckige Oberseiten besitzen. Es können damit z. B. auch „bow-tie”-Antennen hergestellt werden. Ihre Länge liegt im Bereich von 100 nm und ist deshalb mittels neuerer Lithographieverfahren beherrschbar. Ihre Abstände jedoch liegen im Bereich von z. B. einigen nm bis 10 nm. Diese kleinen Abstände können trotzdem mit herkömmlichen Verfahren erzeugt werden. Ein möglicher Weg ist folgender: Es können die Antennen 1 und 3 z. B. als metallische Schichten auf einem (100) Si-Wafer abgeschieden werden (z. B. Schicht für Partikel 1 = Al, Schicht für Partikel 3 = Au). Auf den Antennenschichten können die Leiterbahnen L1, L2, sowie die Leiterschichten L1_Z und L2_Z mit den Isolationsschichten D über mehrere Beschichtungs- und Ätzschritte erzeugt werden, wobei die Strukturgrößen z. B. im 100 nm-Bereich liegen. Nach Wenden und Bonden auf ein z. B. Glassubstrat kann die Erzeugung des Spaltes zwischen den Partikeln 1 und 3 vorbereitet werden. Dazu können mittels eines anisotropen KOH-Ätzverfahrens im (100) Si-Wafer keilförmige Ätzgruben 19_1 mit einem Keilwinkel von 54,7° erzeugt werden. Dabei werden nur Masken mit einer Strukturgröße benötigt, die erheblich größer als der spätere Spalt zwischen den Antennen ist. Die Si-Wafer können dazu vorher bereits durch z. B. isotropes Ätzen ausreichend abgetragen worden sein. Nachdem die Oberfläche der Antennenschichten in der gewünschten Breite freigelegt wurde, können die Trennspalte z. B. durch Ätzen der Metallschicht der Antennen 1 und 3 erzeugt werden, wobei die Si-Schicht 19_1 als Maske verwandt wird. Die erforderlichen Abstände der Lumophoren von den Antennen können dann z. B. durch Beschichten mit Halbleiter- oder SAM-Schichten auf den Antennen erzwungen werden. Der Spalt zwischen den Antennen kann abschließend durch Auffüllen mit Lumophoren oder Anbinden von Lumophoren mit molekularen Ankergruppen wie in den vorhergehenden Ausführungsvarianten überbrückt werden. Oder es können z. B. durch ein MOCVD-Verfahren Halbleiterquantenpunkte im Spalt erzeugt werden. Die Antennen sind dann el. leitend über den Lumophor verbunden.
In 19 is a part of a cross section through a further variant of an antenna emitter or receiver containing a plurality of antennas A shown. While the basic structure of substrate Sub, conductor layers L1_Z and L2_Z, conductor tracks L1 and L2 and the insulation layers D and D2 of this embodiment coincides with that of the preceding variants, the type or manufacturing method of the antennas A is different:
In contrast to the previous embodiments, here are the particles 1 and 3 produced by a lithographic process. The particles 1 and 3 , which are shown in cross-section, any z. B. have rod-shaped, oval or triangular tops. It can thus z. B. bow-tie antennas are made. Their length is in the range of 100 nm and can therefore be controlled by means of more recent lithographic processes. Their distances, however, are in the range of z. From a few nm to 10 nm. These small distances can nevertheless be produced by conventional methods. One possible way is this: the antennas can 1 and 3 z. B. are deposited as metallic layers on a (100) Si wafer (eg., Layer by particle 1 Al, layer by particle 3 = Au). On the antenna layers, the conductor tracks L1, L2, and the conductor layers L1_Z and L2_Z can be generated with the insulation layers D over a plurality of coating and etching steps, wherein the structure sizes z. B. in the 100 nm range. After turning and bonding on a z. B. Glass substrate can be the generation of the gap between the particles 1 and 3 to get prepared. For this purpose, by means of an anisotropic KOH etching process in the (100) Si wafer wedge-shaped etching pits 19_1 be generated with a wedge angle of 54.7 °. Only masks with a structure size are needed that is considerably larger than the later gap between the antennas. The Si wafers can already be done by z. B. isotropic etching have been sufficiently removed. After the surface of the antenna layers has been exposed in the desired width, the separation column z. B. by etching the metal layer of the antennas 1 and 3 be generated, wherein the Si layer 19_1 is used as a mask. The required distances of the lumophore from the antennas can then z. B. be enforced by coating with semiconductor or SAM layers on the antennas. Finally, the gap between the antennas can be bridged by filling with lumophores or attaching lumophores with molecular anchor groups as in the previous embodiments. Or it can z. B. be generated by a MOCVD method semiconductor quantum dots in the gap. The antennas are then electrically connected via the lumophore.

20 stellt einen Ausschnitt eines z. B. Mikrochips in der Draufsicht dar. Es sind dargestellt die Leiterbahnen L1_1 mit der SAM-Schicht S1_1, sowie die Leiterbahn L2_1 mit der SAM-Schicht S2_1. Gegenüber liegen die Leiterbahnen L1_2 mit der SAM-Schicht S1_2 und die Leiterbahn L2_2 mit der SAM-Schicht S2_2. An den Leiterbahnen können nun Antennenelemente A_1 und A_2 immobilisiert werden, wobei Masken und z. B. Schichten 15_1 als Hilfe verwendet werden können, damit sich die Antennen nur in den vorgesehenen Bereichen anlagern können. Das Antennenelement A_1 kann durch Stromfluss zur Lichtemission angeregt werden. Das Antennenelement A_2 kann durch dieses Licht bzw. durch das direkte elektrische Feld der Antenne A_1 seinerseits eine el. Spannung erzeugen. Damit lässt sich ein Optokoppler realisieren. Der Aufbau der Antennen A_1 und A_2 kann natürlich auch wie in den anderen Varianten von 14 bis 19 ausgeführt sein. 20 represents a section of a z. B. microchips in plan view. It shows the interconnects L1_1 with the SAM layer S1_1, and the interconnect L2_1 with the SAM layer S2_1. Opposite lie the interconnects L1_2 with the SAM layer S1_2 and the interconnect L2_2 with the SAM layer S2_2. Antenna elements A_1 and A_2 can now be immobilized on the interconnects, wherein masks and z. B. layers 15_1 can be used as an aid, so that the antennas can attach only in the designated areas. The antenna element A_1 can be excited by current flow for emitting light. The antenna element A_2 can in turn generate an electric voltage by this light or by the direct electric field of the antenna A_1. This makes it possible to realize an optocoupler. The structure of the antennas A_1 and A_2 can of course also as in the other variants of 14 to 19 be executed.

In 21 ist eine letzte Variante eines Emitters oder einer Spannungsquelle dargestellt, bei welcher sich die Antennen an der Oberfläche befinden. Die Leiterbahnen bestehen wieder z. B. aus n- oder p-dotierten anorganischen Halbleiterschichten von Element- oder Verbindungshalbleitern. 21_1 zeigt ein Substrat (z. B. aus einkristallinem Halbleitermaterial, Saphir, Glas usw.), das wechselweise mit p-dotierten, isolierenden und n-dotierten Schichten z. B. per Epitaxie oder CVD beschichtet wurde. Im Bild 21_2 wurde das Substrat in Scheiben geschnitten und poliert, im Bild 21_3 wurde die Isolationsschicht geätzt. Im Schritt 21_4 wurden die p-dotierten Leiterbahnen selektiv mit isolierenden z. B. SAM-Schichten bedeckt., so dass im nächsten Arbeitsgang (nicht dargestellt) die n-dotierten Leiterbahnen über einen ohmschen Kontakt mit den el. Zuleitungen verbunden werden können. Das Entsprechende kann auf der anderen Substratseite für die zweiten Leiterschichten geschehen. Bild 21_5 zeigt ein fertiges Element aus Leiter und Isolatorschichten, die an ihre el. Kontakte angeschlossen sind. Im letzten Bild 21_6 wurden schließlich die Antennen mittels el. leitender Brückenmoleküle an den Leiterschichten immobilisiert. Die Schichtdicken der Isolatorschichten sind gerade so groß, dass ein Kontakt der Antennenpartikel erzwungen wird, wobei eine oder beide Antennen mit Lumophoren bedeckt sind. Eine transparente Einkapselung aus z. B. diffusionsdichten Kunststoffen oder Gläsern kann das Element wieder vor Beschädigung bewahren (nicht dargestellt).In 21 is shown a last variant of an emitter or a voltage source, in which the antennas are located on the surface. The tracks are again z. B. from n- or p-doped inorganic semiconductor layers of elemental or compound semiconductors. 21_1 Figure 4 shows a substrate (eg, single crystalline semiconductor material, sapphire, glass, etc.) alternately formed with p-doped, insulating, and n-doped layers, e.g. B. was coated by epitaxy or CVD. In the picture 21_2 The substrate was sliced and polished in the picture 21_3 the insulation layer was etched. In step 21_4 For example, the p-doped tracks were selectively clad with insulating z. B. SAM layers covered, so that in the next operation (not shown), the n-doped conductor tracks can be connected via a non-reactive contact with the el. Supply lines. The corresponding can be done on the other substrate side for the second conductor layers. image 21_5 shows a finished element of conductors and insulator layers which are connected to their el. contacts are connected. In the last picture 21_6 Finally, the antennas were immobilized by means of el. Conductive bridge molecules to the conductor layers. The layer thicknesses of the insulator layers are just large enough to force contact of the antenna particles, with one or both antennas being covered with lumophores. A transparent encapsulation of z. As diffusion-tight plastics or glasses, the element can again protect against damage (not shown).

Die folgenden 22 bis 26 stellen Ausführungsvarianten dar, bei welchen die Antennen durch organische Halbleiterschichten kontaktiert werden. Skizziert sind jeweils Querschnitte durch Emitter- bzw. Photovoltaikelemente. Die Figuren stellen jeweils nur eine mögliche Bauform von vielen Varianten dar. Beispielsweise können weitere Schichten hinzugefügt werden oder statt einer transparenten Anode eine transparente Kathode verwendet werden. Die Schicht 22_1 könnte sich auch z. B. zwischen der ETL-Schicht und der Antenne befinden. Im Kern bestehen alle Varianten jedoch aus Antennen, die auf mindestens einer Seite mit organischen Halbleitern kontaktiert werden. Die Herstellung der organischen Schichten und das Aufbringen der Antennen kann z. B. mittels Spin-Coating erfolgen. Durch die el. Kontaktierung der Kathoden und Anoden, die jedoch in keiner Figur dargestellt ist, können die Geräte betrieben werden.The following 22 to 26 represent embodiments in which the antennas are contacted by organic semiconductor layers. In each case, cross sections through emitter or photovoltaic elements are sketched. The figures each represent only one possible design of many variants. For example, further layers can be added or instead of a transparent anode, a transparent cathode can be used. The layer 22_1 could also z. B. between the ETL layer and the antenna are located. Essentially, however, all variants consist of antennas which are contacted on at least one side with organic semiconductors. The preparation of the organic layers and the application of the antennas may, for. B. by spin coating. By the el. Contacting the cathodes and anodes, which is not shown in any figure, the devices can be operated.

In 22 werden Lumineszenz- bzw. Spannungsquellen aus einzelnen Antennen A verwendet, die mit Lumophoren bedeckt sind (vergleiche auch 6 und 8). Dabei wurden die Lumophore in einem vorangehenden Arbeitsgang mittels molekularer Ankergruppen auf den Antennen fixiert. Die Antennen A sind – was ihr Material, ihre Abmessungen, ihre Hüllen und die Emissions- bzw. Absorptionsfrequenz des Lumophors betrifft – entsprechend der angezielten Wellenlänge optimiert. Es können also Antennen A mit verschiedenen Emissions- oder Absorptionsfrequenzen vorgefertigt und z. B. in einem Emitter kombiniert werden, um Weißlicht zu erzeugen.In 22 luminescence or voltage sources from individual antennas A are used, which are covered with lumophores (see also 6 and 8th ). The Lumophores were fixed in a previous operation by means of molecular anchor groups on the antennas. The antennas A are optimized in terms of the targeted wavelength with regard to their material, their dimensions, their sheaths and the emission or absorption frequency of the lumophore. It can therefore prefabricated antennas A with different emission or absorption frequencies and z. B. combined in an emitter to produce white light.

Die individuellen Antennen A können daher in diesem erfindungsgemäßen Emitter unterschiedliche Größen, Materialien, Lumophore usw. aufweisen. Die Lumophore können z. B. aus Halbleiternanokristallen bestehen. Ein möglicher Funktionsablauf kann sein: aus einer lochleitenden Polymerschicht HTL wandert ein Loch durch das Valenzband eines Lumophors in die ebenfalls lochleitende Antennenhülle und von dort in das Valenzband eines Lumophors, der an die elektronenleitende Schicht ETL angrenzt. Gleichzeitig gelangt eine Elektron aus der ETL-Schicht in das Leitungsband des Nanokristalls. Das entstandenen Exciton kann schließlich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit strahlend zerfallen. Der metallische Antennenkern kann die strahlende Zerfallrate dabei erhöhen.The individual antennas A can therefore in this invention Emitter different sizes, materials, Lumophore etc. have. The lumophore can z. B. off Semiconductor nanocrystals exist. A possible functional sequence can be: from a hole-conducting polymer layer HTL wanders a hole through the valence band of a lumophore into the likewise hole-conducting Antenna shell and from there into the valence band of a lumophore, which adjoins the electron-conducting layer ETL. simultaneously An electron from the ETL layer enters the conduction band of the Nanocrystal. The resulting exciton can finally with a certain probability radiant decay. The metallic one Antenna core can increase the radiative decay rate.

Der el. Strom soll im Wesentlichen über die Antenne fließen, anstatt dass es zu einem „Kurzschluß” zwischen der ETL und HTL-Schicht kommt. Dies wird erreicht durch:

  • • eine lückenlose Schicht aus Antennen A, so dass kein Kontakt HTL mit ETL möglich ist (nicht dargestellt). Die Schichten 22_1 und 22_2 können entfallen.
  • • Im Fall von Lücken zwischen den Antennen durch die zusätzliche Verwendung einer el. isolierenden Schicht 22_2.
The el. Current is intended to flow substantially across the antenna instead of causing a "short circuit" between the ETL and HTL layers. This is achieved by:
  • A gap-free layer of antennas A, so that no contact HTL with ETL is possible (not shown). The layers 22_1 and 22_2 can be omitted.
  • • In the case of gaps between the antennas by the additional use of an el. Insulating layer 22_2 ,

Die Schicht 22_2 wird selektiv zwischen die Antennenpartikel beschichtet. Sie kann z. B. aus Sol-Gel-Schichten (z. B. Organosilikatschichten), organischen Polymerschichten (z. B. Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyvinylbutanol, aliphatischen Kohlenwasserstoffen), SAM-Schichten (z. B. Mono- oder Multilagen aus Alkyl- oder Phenyl-Molekülen), MOCVD-Schichten (z. B. Al2O3-Schicht) bestehen. Damit die Schicht 22_2 nicht auf den Antennen sondern nur zwischen ihnen abgeschieden wird, muss die untenliegende Schicht HTL oder die optionale Schicht 22_1 eine relativ zur Antennenoberfläche bzw. den Hüllmolekülen der Antenne und der Lumophore verschiedene Oberflächeneigenschaft aufweisen. Zur selektiven Beschichtung mit Sol-Gel-Schichten oder Polymerschichten können die Schichten HTL bzw. 22_1 z. B. eine hydrophobe Oberfläche besitzen, während die Molekülhülle der Antenne sich hydrophil verhält. Dann kann die Schicht 22_2 mittels eines unpolaren Lösungsmittels (z. B. Toluol) aufgetragen werden oder umgekehrt. Damit die Oberfläche der Antenne bzw. der Molekülhülle z. B. einen hydrophoben Charakter besitzt, können ihre Molekülhüllen als funktionale Gruppen z. B. Methylgruppen besitzen oder z. B. Hydroxyl- od. Carboxylgruppen für eine hydrophile Oberfläche. Wenn Nanokristalle z. B. mit einer Hülle aus Tri-n-oktylphosphinoxid (TOPO) verwendet werden, das hydrophob ist, kann nachträglich ein Phasentransfer an den Nanokristallen durchgeführt werden. Andere Lumophore wie organische Halbleitermoleküle können ebenfalls über entsprechende funktionale Gruppen verfügen, um eine hydrophobe oder hydrophile Antennenoberfläche zu erzeugen.The layer 22_2 is selectively coated between the antenna particles. You can z. From sol-gel layers (eg, organosilicate layers), organic polymer layers (eg, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl butanol, aliphatic hydrocarbons), SAM layers (eg, mono- or multilayers of alkyl or phenyl Molecules), MOCVD layers (eg Al 2 O 3 layer). So that the layer 22_2 not deposited on the antennas but only between them, the underlying layer has HTL or the optional layer 22_1 have a different surface property relative to the antenna surface or the shell molecules of the antenna and the lumophore. For selective coating with sol-gel layers or polymer layers, the layers HTL or 22_1 z. B. have a hydrophobic surface, while the molecular shell of the antenna behaves hydrophilic. Then the layer can 22_2 by means of a nonpolar solvent (eg toluene) or vice versa. So that the surface of the antenna or the molecular shell z. B. has a hydrophobic character, their molecular shells as functional groups z. B. methyl groups or z. As hydroxyl or carboxyl groups for a hydrophilic surface. If nanocrystals z. B. can be used with a shell of tri-n-octylphosphinoxid (TOPO), which is hydrophobic, a subsequent phase transfer can be carried out on the nanocrystals. Other lumophors such as organic semiconductor molecules may also have appropriate functional groups to create a hydrophobic or hydrophilic antenna surface.

Um selektiv SAM-Schichten zwischen den Antennen abzuscheiden, besitzen die HTL-Schicht bzw. die Schicht 22_1 funktionale Gruppen (z. B. Amino-, Thiolgruppen usw.) an die sich die SAM mit ihren Kopplungsgruppen (z. B. Carboxylgruppen, Alkylhalide usw.) binden kann, wobei die Antennenhüllen dann eine Oberfläche besitzen, an welche die SAM nicht koppeln kann.To selectively deposit SAM layers between the antennas have the HTL layer and the layer 22_1 functional groups (eg, amino, thiol groups, etc.) to which the SAM can bind with its coupling groups (eg, carboxyl groups, alkyl halides, etc.), the antenna shells then forming a surface own, to which the SAM can not couple.

Um z. B. Al2O3-Schichten selektiv mittels MOCVD zwischen den Antennen abzuscheiden, kann z. B. die Schicht 22_1 funktionelle OH-Gruppen besitzen, an welchen der Precursor zerfallen kann.To z. B. Al2O3 layers selectively deposited by MOCVD between the antennas, z. B. the layer 22_1 possess functional OH groups, which can decompose the precursor.

Eine Funktion der Schicht 22_1 ist also die Bereitstellung einer spezifischen Oberfläche zur Erzeugung der Schicht 22_2.A function of the layer 22_1 is thus the provision of a specific surface for the production of the layer 22_2 ,

Der allgemeine Aufbau des Emitter- bzw. das Photovoltaikelements in 22 ist wie folgt:
Auf ein transparentes Substrat Sub (z. B. Gläser, Kunststoffe) wurde eine transparente Anode An aus vorzugsweise transparenten leitfähigen Oxiden (z. B. ITO) beschichtet. Alternativ können einige nm dicke Goldschichten für transparente Anoden verwendet werden. Auf diesen transparenten Oxiden befinden sich optional eine Lochinjektionsschicht (z. B. Kupfer-phthalocyanin, Polyanilin usw. nicht dargestellt).
The general structure of the emitter or the photovoltaic element in 22 is as follows:
On a transparent substrate Sub (eg glasses, plastics) a transparent anode An of preferably transparent conductive oxides (eg ITO) was coated. Alternatively, a few nm thick gold layers can be used for transparent anodes. On these transparent oxides are optionally a hole injection layer (eg, copper phthalocyanine, polyaniline, etc. not shown).

Die lochleitende Schicht HTL besteht aus p-dotierten konjugierten oder aromatischen Polymeren (z. B. Poly-Phenylen-Vinylen-Derivate, Triarylamin-Derivate, Poly(3,4-Ethylendioxythiophen), Polypyrrole usw.). Diese Schicht kann auch aus mehreren verschiedenen Halbleiterschichten zusammengesetzt sein, um die Anpassung an den Lumophor zu optimieren. Auf der HTL-Schicht kann sich optional (nicht dargestellt) eine Elektronenblockierschicht aus z. B. Poly(9-vinylcarbazol) oder Bathocuproin befinden. Darauf liegt die optionale Schicht 22_1. Die Aufgabe der Schicht 22_1 ist einerseits die Lochinjektion in den Lumophor und andererseits die Bereitstellung einer spezifischen Oberfläche zur Erzeugung der Schicht 22_2. Die Schicht 22_1 besteht aus einem p-dotierten organischen Halbleiter (z. B. Polythiophen-Derivaten wie PEDOT, Poly-Phenylen-Vinylen-Derivate, Triarylamin-Derivate usw.) wie andere Lochleiterschichten auch. Gleichzeitig jedoch besitzt die Schicht 22_1 rel. zu den Antennen A eine verschiedene Oberfläche. Die elektronenleitende Schicht ETL (aus z. B. Aluminium-tris-8-hydroxychinolinolat, metallgedopten organische Halbleitern) wurde z. B. mittels Aufdampfen oder Spin-Coating auf die Antennen beschichtet. Die Schicht ETL kann auch z. B. Fullerene oder Metall/Halbleiterquantenpunkte enthalten, um CT-Übergänge, oder Donor-Akzeptor Verbindungen zwischen der Antenne A (= Partikel 1 mit Lumophor 2) und der Schicht ETL (= Kontakt 4) zu ermöglichen. Zwischen der ETL Schicht und der Kathode Ka können sich noch Elektroneninjektionsschichten 22_3 z. B. LiF, MgO, NaF usw. befinden. Die Kathode Ka schließlich besteht aus einem Metall mit geringer Austrittsarbeit wie Al, Mg, Ca, Ag, Mg/Ag usw. Das gesamte Element ist schließlich in einem diffusionsdichten Gehäuse aus z. B. Glas gekapselt (nicht dargestellt).The hole-conducting layer HTL consists of p-doped conjugated or aromatic polymers (for example, poly-phenylene-vinylene derivatives, triarylamine derivatives, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polypyrroles, etc.). This layer can also be composed of several different semiconductor layers in order to optimize the adaptation to the lumophore. On the HTL layer may optionally (not shown) an electron-blocking layer of z. Poly (9-vinylcarbazole) or bathocuproine. On top of that lies the optional layer 22_1 , The task of the shift 22_1 on the one hand is the hole injection into the lumophore and on the other hand the provision of a specific surface for the production of the layer 22_2 , The layer 22_1 consists of a p-doped organic semiconductor (eg polythiophene derivatives such as PEDOT, poly-phenylene-vinylene derivatives, triarylamine derivatives etc.) like other hole conductor layers as well. At the same time, however, the layer has 22_1 rel. to the antennas A a different surface. The electron-conducting layer ETL (made of, for example, aluminum tris-8-hydroxyquinolinolate, metal-doped organic semiconductors) has been used e.g. B. coated by vapor deposition or spin coating on the antennas. The layer ETL can also z. As fullerenes or metal / semiconductor quantum dots included to CT transitions, or donor-acceptor connections between the antenna A (= particle 1 with lumophore 2 ) and the layer ETL (= contact 4 ). Between the ETL layer and the cathode Ka can still electron injection layers 22_3 z. B. LiF, MgO, NaF, etc. are located. The cathode Ka finally consists of a metal with a low work function such as Al, Mg, Ca, Ag, Mg / Ag, etc. The entire element is finally in a diffusion-tight housing of z. B. encapsulated glass (not shown).

23 stellt eine Variante zu dem in 22 offenbarten Element dar. Die Schicht 22_1 entspricht der Lochtransportschicht HTL. Darauf befindet sich mindestens eine vollständige Schicht an Lumophoren. Nanokristalle können z. B. mittels Sedimentation oder Spincoating aufgetragen werden. Halbleitende Polymere in Form von z. B. Aluminium-tris-8-hydroxychinolinolat können ebenfalls durch z. B. Aufdampfen auf die HTL-Schicht beschichtet werden. Molekulare Dioden dagegen können in richtiger Polung an einer entsprechend funktionalisierten Schicht 22_1 verankert werden. Dabei besitzt die Schicht 22_1 wieder funktionale Gruppen wie bei Ausführungsvariante 22 bzw. wie z. B. in WO 03/0411182 beschrieben. Die molekularen Dioden besitzen dann die passende Koppelgruppe. Im Falle, dass mind. eine lückenlose Schicht aus Antennen A auf die Lumophore aufgetragen wurde, kann die Isolationsschicht 22_2 auch hier entfallen. Ansonsten wird eine Schicht 22_2, die der Schicht 22_2 aus 22 entspricht, selektiv auf die Lumophore beschichtet. Der Ablauf ist analog zu 22. Beispielsweise kann eine isolierende Phenyl-SAM mit Ankergruppen für die Oberfläche der Lumophore erzeugt werden. Bezüglich der weiteren Schichten siehe Beschreibung zu 22. 23 represents a variant to that in 22 disclosed element. The layer 22_1 corresponds to the hole transport layer HTL. On top of that is at least one complete layer of lumophores. Nanocrystals can z. B. be applied by means of sedimentation or spin coating. Semiconducting polymers in the form of z. As aluminum tris-8-hydroxyquinolinolate can also be replaced by z. B. vapor deposition on the HTL layer are coated. Molecular diodes, in contrast, can react in the correct polarity on a suitably functionalized layer 22_1 anchored. The layer has 22_1 again functional groups as in the variant embodiment 22 or such. In WO 03/0411182 described. The molecular diodes then have the appropriate coupling group. In the event that at least one gapless layer of antennas A has been applied to the lumophore, the insulation layer can 22_2 also omitted here. Otherwise, a layer 22_2 that of the layer 22_2 out 22 corresponds, selectively coated on the lumophore. The procedure is analogous to 22 , For example, an insulating phenyl-SAM having anchor groups for the surface of the lumophore can be produced. For further layers see description 22 ,

Eine alternative Ausführungsform des in 23 dargestellten Elements kann dadurch zustande kommen, dass die Lumophore in mind. einer dichten Schicht auf der HTL-Schicht abgeschieden werden. Darauf kann eine elektronenleitende Schicht 22_1 mit Dicken (z. B. 5 nm) erzeugt werden, die gleichzeitig zumindest einen Teil des Abstands Z zum Metallkern der Antennenpartikel herstellt. Die Antennenpartikel, die dann auf die Schicht 22_1 beschichtet werden, besitzen eine entsprechend dünnere el. leitende Hülle (z. B. 5 nm) aus z. B. π-konjugierten organischen Molekülen.An alternative embodiment of the in 23 The element shown can be achieved by depositing the lumophores in at least one dense layer on the HTL layer. It can be an electron-conducting layer 22_1 with thicknesses (eg 5 nm) which at the same time produces at least part of the distance Z from the metal core of the antenna particles. The antenna particles, which are then on the layer 22_1 have a correspondingly thinner el. conductive shell (eg., 5 nm) of z. B. π-conjugated organic molecules.

In 24 ist ein Emitter bzw. ein Photovoltaikelement dargestellt, das analog zu 22 ausgeführt ist, jedoch aus Antennen A mit jeweils zwei Antennenpartikeln 1 und 3 besteht. Die Antennen A sind mit Lücken auf der optionalen Unterschicht 22_1 bzw. der HTL-Schicht angebracht. Die Schicht 22_2, die entsprechend wie die Schicht 22_2 in 22 aufgebaut ist, übernimmt hier nicht nur die Isolation zwischen der HTL und der ETL-Schicht, sondern auch die Isolation des Antennenpartikels 3 gegen die HTL-Schicht. Auf die lochleitenden Schichten HTL oder optional 22_1 wird das erste Antennenpartikel 1 z. B. durch eine Sedimentation beschichtet. Die Zwischenräume zwischen den Partikeln 1 werden anschließend analog zu 22 mit isolierenden Schichten aus z. B. Polystyrol gefüllt. Die Lumophore befinden sich entweder bereits auf der Oberfläche des Antennenpartikels 1, oder sie werden nach dem Auftragen des Partikels 1 mittels molekularer Brücken auf demselben immobilisiert, oder alternativ befinden sich die Lumophore auf der Oberfläche des Antennenpartikels 3. Im letzten Fall z. B. besitzen die Lumophore, die sich auf dem Partikel 3 befinden, freie Ankergruppen (z. B. Aminogruppen), mit denen sie sich an den Antennenpartikeln 1 anbinden können. Vor der Aufbringung der elektronenleitenden Schicht ETL, muss das Antennenpartikel 1 mit einer el. isolierenden Schicht 24_1 bedeckt werden, um eine direkte Verbindung zwischen der Schicht ETL und Partikel 1 zu unterbinden. Diese Isolationsschicht kann z. B. durch eine selektive MOCVD-Beschichtung von Al2O3 auf dem Partikel 1 erfolgen. Das Partikel 1 kann dazu eine Molekülhülle besitzen, an der sich der Prekursor bei der MOCVD zersetzt (z. B. OH-Gruppen). Alternativ können el. isolierende SAM- Schichten aus z. B. Alkyl- oder Phenylketten auf der Oberfläche des Partikels 1 verankert werden. Diese isolierenden Moleküle können dazu z. B. ebenfalls über Aminoankergruppen verfügen. Die metallische Kathodenschicht Ka befindet sich in einem Abstand d (nicht dargestellt) von der Antenne A, der etwa im Bereich von 0,125 bis 0,35 mal Wellenlänge liegt (vgl. 13) und wirkt gleichzeitig als Reflektorschicht R. Der restliche Aufbau entspricht dem aus 22 und 23.In 24 an emitter or a photovoltaic element is shown, which is analogous to 22 is executed, but from antennas A with two antenna particles 1 and 3 consists. The antennas A are with gaps on the optional sublayer 22_1 or the HTL layer attached. The layer 22_2 that correspond to the layer 22_2 in 22 not only takes over the isolation between the HTL and the ETL layer, but also the isolation of the antenna particle 3 against the HTL layer. On the hole-conducting layers HTL or optional 22_1 becomes the first antenna particle 1 z. B. coated by sedimentation. The spaces between the particles 1 are then analogous to 22 with insulating Layers of z. B. filled polystyrene. The lumophore are either already on the surface of the antenna particle 1 , or they will after the application of the particle 1 immobilized on it by molecular bridges, or alternatively, the lumophores are on the surface of the antenna particle 3 , In the last case z. B. own the lumophores that are on the particle 3 contain free anchor groups (such as amino groups) that attach to the antenna particles 1 can connect. Before applying the electron-conducting layer ETL, the antenna particle 1 with an el. insulating layer 24_1 be covered to make a direct connection between the layer ETL and particles 1 to prevent. This insulation layer can, for. By a selective MOCVD coating of Al 2 O 3 on the particle 1 respectively. The particle 1 may have a molecular shell to which the precursor decomposes in the MOCVD (eg, OH groups). Alternatively, el. Insulating SAM layers of z. As alkyl or phenyl chains on the surface of the particle 1 anchored. These insulating molecules can be z. B. also have amino anchor groups. The metallic cathode layer Ka is located at a distance d (not shown) from the antenna A which is approximately in the range of 0.125 to 0.35 times the wavelength (cf. 13 ) and at the same time acts as a reflector layer R. The rest of the structure corresponds to that 22 and 23 ,

Auch in 25 ist ein Querschnitt durch ein Gerät dargestellt, bei welchem die Antennen A aus zwei Partikeln 1 und 3 bestehen. Dadurch entspricht es weitgehend der in 24 skizzierten Ausführungsvariante. Der Unterschied besteht darin, dass die Antennen A hier in einer vertikalen Anordnung vorliegen. Die Schicht 22_2 erfüllt deshalb neben ihrer Isolationsaufgabe auch noch die Funktion einer Maske bei der Immobilisierung des Antennenpartikels 3. Die Schicht 22_1 besteht aus einem organischen Lochleiter, der so modifiziert wurde, dass er funktionale Gruppen, z. B. OH-Gruppen, enthält, die eine veränderte Oberflächeneigenschaft relativ zu der Oberfläche des Partikels 1 bewirken. An diesen funktionalen Gruppen können beispielsweise SAM-Schichten und darauf aufbauend SAM-Multilagen erzeugt werden, welche die Schicht 22_2 darstellen. Oder es werden mittels eines MOCVD-Verfahrens selektiv auf der frei liegenden Schicht 22_1 Metalloxidschichten (z. B. Al2O3, ZrO2 usw.) erzeugt (siehe auch z. B. [22] oder [23]). Die Schicht 22_1 besitzt durch die Hydroxyl- oder Carboxyl-Gruppen beispielsweise einen hydrophilen Charakter, während die molekularen Brücken um das Antennenpartikel 1 methylterminiert und damit hydrophob sind.Also in 25 is a cross section through a device shown, in which the antennas A from two particles 1 and 3 consist. As a result, it largely corresponds to the in 24 sketched embodiment. The difference is that the antennas A are here in a vertical arrangement. The layer 22_2 Therefore, in addition to its isolation task also fulfills the function of a mask in the immobilization of the antenna particle 3 , The layer 22_1 consists of an organic hole conductor that has been modified so that it functional groups, eg. For example, OH groups containing an altered surface property relative to the surface of the particle 1 cause. For example, SAM layers and SAM multilayers based on these functional groups can be used to form the layer 22_2 represent. Or, selectively using an MOCVD method on the exposed layer 22_1 Metal oxide layers (eg Al2O3, ZrO2 etc.) are produced (see also eg [22] or [23]). The layer 22_1 has, for example, a hydrophilic character through the hydroxyl or carboxyl groups, while the molecular bridges around the antenna particle 1 methyl-terminated and thus hydrophobic.

Der Schichtaufbau bis zur Schicht 22_1 verläuft wie bei den 22 bis 24. Auf die Schicht 22_1 werden Antennenpartikel 1 z. B. mittels einer Sedimentation aus einer kolloidalen Lösung abgeschieden, wobei die Partikel zufallsmäßig verteilt sind. Die Freiräume zwischen den Partikeln 1 werden dann z. B. durch MOCVD soweit beschichtet, dass die Schichtdicke der Schicht 22_2 etwas größer als die Höhe der Partikel 1 ist. Dadurch können im folgenden Arbeitsgang die Lumophore bzw. Antennenpartikel 3 mittels molekularer Anker nur oberhalb der Partikel 1 immobilisiert werden. Der weitere Aufbau mit der elektronenleitenden Schicht ETL, der Elektroneninjektionsschicht 22_2, der Metallkathode und der Schutzverkapselung des Gerätes entspricht den 22 bis 24.The layer structure up to the layer 22_1 runs like the 22 to 24 , On the shift 22_1 become antenna particles 1 z. B. deposited by means of a sedimentation from a colloidal solution, wherein the particles are randomly distributed. The free spaces between the particles 1 then z. B. coated by MOCVD so far that the layer thickness of the layer 22_2 slightly larger than the height of the particles 1 is. As a result, in the following operation, the lumophore or antenna particles 3 using molecular anchors only above the particles 1 be immobilized. The further structure with the electron-conducting layer ETL, the electron injection layer 22_2 , the metal cathode and the protective encapsulation of the device corresponds to the 22 to 24 ,

26 stellt eine Abwandlung des Gerätes aus 25 dar. Der Aufbau ist somit identisch mit 25 mit dem Unterschied, dass auf die abgeschiedenen Antennenpartikel 1 und 3 jeweils mittels eines selektiven MOCVD-Prozesses weiteres „Antennenkern”-Material z. B. Ag oder Au beschichtet wurde, so dass längliche Antennen entstehen. 26 represents a modification of the device 25 dar. The structure is thus identical to 25 with the difference that on the deposited antenna particles 1 and 3 each by means of a selective MOCVD process further "antenna core" material z. B. Ag or Au was coated so that elongated antennas arise.

In den 27 bis 29 sind Antennen-Emitter oder Spannungsquellen gezeichnet, in welchen die Antennen in verschiedenen anorganische Halbleiterschichten aus Element- oder Verbindungshalbleitern eingeschlossen bzw. kontaktiert sind. Die Antennen können gleichzeitig – neben ihrer Aufgabe zur Steigerung der Quantenausbeute – auch als Streuzentren wirken und so die Lichtextraktion aus dem Halbleiterelement verbessern. Die Geräte sind jeweils stark vereinfacht dargestellt. Statt z. B. nur einzelnen p- bzw. n-dotierten Schichten wie dargestellt, können ganze Schichtsysteme verwendet werden, um z. B. Bandanpassungen an die Lumophore und Antennen durchzuführen.In the 27 to 29 antenna emitters or voltage sources are drawn in which the antennas are enclosed or contacted in various inorganic semiconductor layers of elemental or compound semiconductors. The antennas can simultaneously - in addition to their task to increase the quantum yield - also act as scattering centers and thus improve the light extraction from the semiconductor element. The devices are each shown greatly simplified. Instead of z. B. only individual p- or n-doped layers as shown, whole layer systems can be used to z. B. band adjustments to the lumophore and antennas perform.

27 skizziert eine Variante, bei der eine dichte Packung von mit Lumophoren bedeckten Antennen A auf einer z. B. p-dotierten Halbleiterschicht 27_3 (z. B. p-ZnO, p-GaN, p-InGaAs usw.) z. B. mittels Sedimentation abgeschieden wurde. Auf den Antennen A wurde eine weitere Halbleiterschicht 27_4 z. B. durch eine MOCVD-Beschichtung erzeugt. Sie ist entgegengesetzt zur Schicht 27_3 dotiert, also z. B. n-dotiert. Oberhalb der Schichten 27_3 und 27_4 sind die Schichten 27_2 bzw. 27_5 aufgetragen. Sie sind entsprechend höher dotiert als die zugehörigen Schichten 27_3 und 27_4 um einen ohmschen Kontakt zu den metallischen Kontaktschichten 27_1 und 27_6 herzustellen. Beispielsweise kann Gold für den p-dotierten und Indium für den n-dotierten Halbleiter verwendet werden. Das Substrat Sub besteht z. B. aus transparenten Materialien wie Saphir, wobei die Kontaktschicht 27_6 dann nicht transparent ist, oder sie besteht z. B. aus GaAs und die Schicht 27_6 ist sehr dünn bzw. perforiert, um den Lichtaustritt/Eintritt zu erlauben. Durch Mischen von Antennen mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz und zugehörigen Lumophoren kann die Lichtfarbe eingestellt werden. 27 outlined a variant in which a dense packing of lumophore-covered antennas A on a z. B. p-doped semiconductor layer 27_3 (e.g., p-ZnO, p-GaN, p-InGaAs, etc.) e.g. B. was deposited by means of sedimentation. On the antennas A was another semiconductor layer 27_4 z. B. generated by a MOCVD coating. It is opposite to the layer 27_3 doped, so z. B. n-doped. Above the layers 27_3 and 27_4 are the layers 27_2 respectively. 27_5 applied. They are doped correspondingly higher than the associated layers 27_3 and 27_4 an ohmic contact with the metallic contact layers 27_1 and 27_6 manufacture. For example, gold may be used for the p-doped and indium for the n-doped semiconductor. The substrate Sub consists for. B. of transparent materials such as sapphire, wherein the contact layer 27_6 then it is not transparent, or it is z. B. GaAs and the layer 27_6 is very thin or perforated to allow the light exit / entrance. By mixing antennas with different resonance frequency and associated lumophore, the light color can be adjusted.

28 entspricht der Ausführung in 27, jedoch sind die Lumophore getrennt als dichte Schicht auf der ebenfalls dichten Antennenschicht aus Antennen A z. B. mittels Sedimentation aus einer Kolloidlösung aufgetragen worden. Dazu werden zuerst Antennenpartikel aufgetragen und anschließend eine oder mehrere Schichten an Lumophoren auf die Antennen beschichtet, bevor die Schichten 27_4, 27_5 und 27_6 erzeugt werden. Die Lichtfarbe kann durch Mischung von Lumophoren verändert werden. Die Antennen können z. B. für eine mittlere Wellenlänge aller in einem Emitter verwendeten Lumophoren ausgelegt werden. 28 corresponds to the execution in 27 However, the lumophore are separated as a dense layer on the also dense antenna layer of antennas A z. B. by sedimentation from a colloid solution. For this purpose, first antenna particles are applied and then coated one or more layers of lumophore on the antennas before the layers 27_4 . 27_5 and 27_6 be generated. The light color can be changed by mixing lumophores. The antennas can z. B. be designed for a mean wavelength of all lumophors used in an emitter.

In 29 schließlich wurden die z. B. durch MOCVD erzeugten rel. hochwertigen Halbleiterschichten durch Halbleiterpartikel aus entsprechenden anorganischen n- bzw. p-dotierten Halbleitern ersetzt. Diese Partikelschichten können der Reihe nach aufeinander durch molekulare Anker immobilisiert oder z. B. durch Sedimentation oder Verdunstung einer Kolloidlösung erzeugt werden. Die Gitterfehler und Oberflächenzustände der Partikel können einerseits zwar z. B. die strahlende Rekombinationsrate reduzieren, das kann aber durch die Antennen kompensiert werden. Zusätzlich wird die Extraktion des Lichts aus der Partikelschicht wegen der mehrfachen Streuung an den Antennen und Partikeln erleichtert.In 29 finally, the z. B. generated by MOCVD rel. high quality semiconductor layers replaced by semiconductor particles of corresponding inorganic n- or p-doped semiconductors. These particle layers can be sequentially immobilized on each other by molecular anchors or z. B. be generated by sedimentation or evaporation of a colloid solution. The lattice defects and surface states of the particles can on the one hand z. B. reduce the radiative recombination rate, but this can be compensated by the antennas. In addition, the extraction of the light from the particle layer is facilitated because of the multiple scattering at the antennas and particles.

Natürlich sind neben den ausführlich beschriebenen Ausführungsvarianten noch zahlreiche weitere möglich. Beispielsweise können Antennen aus einem Edelmetall z. B. bereits auf einer Leiterschicht immobilisiert sein und die Lumophore in Form von Halbleiternanokristallen können durch einen dreidimensionalen Inselwachstums-Mode selektiv mit MOCVD direkt auf der Oberfläche der Antennen erzeugt werden. Kolloidale Nanopartikel und Kristalle können rel. einfach mittels SAM auf dem Substrat immobilisiert werden. Alternativ ist es in den Ausführungsvarianten aber auch möglich, die Antennen-Partikel direkt auf dem Substrat oder einer SAM-Schicht wachsen zu lassen. Beispielsweise können Nanorods über chemische Verfahren oder mittels PVD/CVD oder ähnlicher Verfahren direkt auf einem Substrat erzeugt werden.Naturally are in addition to the detailed variants described many more possible. For example, you can Antennas made of a precious metal z. B. already on a conductor layer be immobilized and the lumophore in the form of semiconductor nanocrystals can through a three-dimensional island growth mode selectively with MOCVD directly on the surface of the antennas be generated. Colloidal nanoparticles and crystals can rel. simply immobilized on the substrate by means of SAM. Alternatively, it is in the embodiments but also possible, the antenna particles directly on the substrate or to grow a SAM layer. For example, you can Nanorods via chemical processes or by PVD / CVD or similar processes directly on a substrate become.

Oder Antennenemitter bzw. Spannungsquellen können in molekularelektronische Anwendungen integriert werden. Emitter und Empfänger für polarisierte Strahlung können pixelweise verschiedene Polarisationsrichtungen erzeugen oder absorbieren, wenn die Ausrichtung der Antennen in den Pixeln entsprechend ist. Mit den Antennenemittern können Einphotonenquellen kostengünstig hergestellt werden usw.Or Antenna emitter or voltage sources can be in molecular electronic Applications are integrated. Emitter and receiver for polarized radiation can pixel by pixel different polarization directions generate or absorb when the orientation of the antennas in according to the pixels. With the antenna emitters can One-photon sources are manufactured inexpensively, etc.

Selbstverständlich können die beschriebenen Varianten also in vielfältiger Weise durch einen Fachmann modifiziert werden, ohne dass dies grundsätzlich außerhalb des Bereiches dieser Erfindung fällt.Of course So the variants described can be more diverse Be modified by a specialist, without this in principle falls outside the scope of this invention.

Verweise:references:

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  • [9] Lavinia Rogobete, Franziska Kaminski, Mario Agio, and Vahid Sandoghdar, Design of plasmonic nanoantennae for enhancing spontaneous emission, June 15, 2007/Vol. 32, No. 12/OPTICS LETTERS [9] Lavinia Rogobete, Franziska Kaminski, Mario Agio, and Vahid Sandoghdar, Design of plasmonic nanoantennae for enhancing spontaneous emission, June 15, 2007 / Vol. 32, no. 12 / OPTICS LETTERS
  • [10] Mario Agio, Giorgio Mori, Franziska Kaminski, Lavinia Rogobete, Sergei Kuhn, Victor Callegari, Philipp M. Nellen, Franck Robin, Yasin Ekinci, Urs Sennhauser, Heinz Jäckel, Harun H. Solak, and Vahid Sandoghdar, Engineering gold nanoantennae to enhance the emission of quantum emitters, Proceedings of SPIE Vol. 6717, 67170R, (2007) [10] Mario Agio, Giorgio Mori, Franziska Kaminski, Lavinia Rogobete, Sergei Kuhn, Victor Callegari, Philipp M. Nellen, Franck Robin, Yasin Ekinci, Urs Sennhauser, Heinz Jackel, Harun H. Solak, and Vahid Sandoghdar, Engineering gold nanoantennae to enhance the emission of quantum emitters, Proceedings of SPIE Vol. 6717, 67170R, (2007)
  • [11] Jorge Pérez-Juste, Isabel Pastoriza-Santos, Luis M. Liz-Marzán, Paul Mulvaney, Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications, Coordination Chemistry Reviews 249 (2005) 1870–1901 [11] Jorge Pérez-Juste, Isabel Pastoriza-Santos, Luis M. Liz-Marzán, Paul Mulvaney, Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications, Coordination Chemistry Reviews 249 (2005) 1870-1901
  • [12] Christina Debus, Elastische und inelastische Lichtstreuung an Edelmetall-Nanopartikeln und scharten Goldspitzen, Dissertation, Universität Siegen, 2004 [12] Christina Debus, Elastic and Inelastic Light Scattering on Precious Metal Nanoparticles and Sharp Gold Tips, Dissertation, University of Siegen, 2004
  • [13] Nikhil R. Jana, Latha Gearheart and Catherine J. Murphy, Wet chemical synthesis of silver nanorods and nanowires of controllable aspect ratio, Chem. Commun., 2001, 617–618 [13] Nikhil R. Jana, Latha Gearheart and Catherine J. Murphy, Wet Chemical Synthesis of Silver Nanorods and Nanowires of Controllable Aspect Ratio, Chem. Commun., 2001, 617-618
  • [14] Tae-Hee Lee, SILVER NANOCLUSTER SINGLE MOLECULE OPTOELECTRONICS AND ITS APPLICATIONS, Thesis, Georgia Institute of Technology Jan 2004 [14] Tae-Hee Lee, SILVER NANOCLUSTER SINGLE MOLECULE OPTOELECTRONICS AND ITS APPLICATIONS, Thesis, Georgia Institute of Technology Jan 2004
  • [15] Jason Vielma and P. T. Leung, Nonlocal optical effects on the fluorescence and decay rates for admolecules at a metallic nanoparticle, THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 126, 194704 (2007) [15] Jason Vielma and PT Leung, Nonlocal optical effects on the fluorescence and decay rates for admolecules at a metallic nanoparticle, THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 126, 194704 (2007)
  • [16] H. Mertens, A. F. Koenderink, and A. Polman, Plasmon-enhanced luminescence near noble-metal nanospheres: Comparison of exact theory and an improved Gersten and Nitzan model, PHYSICAL REVIEW B 76, 115123 (2007) [16] H. Mertens, AF Koenderink, and A. Polman, Plasmon-enhanced luminescence near noble-metal nanospheres: Comparison of Exact Theory and Improved Barley and Nitzan Model, PHYSICAL REVIEW B 76, 115123 (2007)
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  • [18] ZHIHONG NIE, DANIELE FAVA, EUGENIA KUMACHEVA, SHAN ZOU, GILBERT C. WALKER AND MICHAEL RUBINSTEIN, Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers, nature materials, 2007; doi: 10.1038/nmat1954 [18] ZHIHONG NIE, DANIELE FAVA, EUGENIA KUMACHEVA, SHAN ZOU, GILBERT C. WALKER AND MICHAEL RUBINSTEIN, Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymer, nature materials, 2007; doi: 10.1038 / nmat1954
  • [19] Christian Krüger, Kolloidale Organisation auf lithographisch hergestellten Silanschichten: Neue Möglichkeiten der Strukturbildung auf Oberflächen, Dissertation, Johannes Gutenberg-Universität in Mainz, 2001 [19] Christian Krüger, Colloidal organization on lithographically prepared silane layers: New possibilities of structure formation on surfaces, dissertation, Johannes Gutenberg University in Mainz, 2001
  • [20] Johanna Jacobs Penninkhof, Tunable plasmon resonances in anisotropic metal nanostructures, Ph. D. Thesis Utrecht University, September 2006 [20] Johanna Jacobs Penninkhof, Tunable plasmon resonances in anisotropic metal nanostructures, Ph. D. Thesis Utrecht University, September 2006
  • [21] Joel van Embden, Jacek Jasieniak, Daniel E. Gómez, Paul Mulvaney, Michael Giersig, Reviewof the Synthetic Chemistry Involved in the Production of Core/Shell Semiconductor Nanocrystals, Aust. J. Chem. 2007, 60, 457–471 [21] Joel van Embden, Jacek Jasieniak, Daniel E. Gomez, Paul Mulvaney, Michael Giersig, Review of the Synthetic Chemistry Involved in the Production of Core / Shell Semiconductor Nanocrystals, Aust. J. Chem. 2007, 60, 457-471
  • [22] B.-C. Kang, D.-Y. Jung, R. A. Fischer, J.-H. Boo, Selective MOCVD of titanium Oxide and zirconium Oxide thin films using single molecular precursors on Si(100) substrates, Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 (2008) 128–132 [22] B.-C. Kang, D.-Y. Jung, RA Fischer, J.-H. Boo, Selective MOCVD of Titanium Oxide and Zirconium Oxide thin films using single molecular precursors on Si (100) substrates, Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 (2008) 128-132
  • [23] Carl-Christoph Winter, Chemische Dampfabscheidung von Gold, Kupfer und Aluminiumoxid auf Selbstorganisierten Monolagen, DISSERTATION, Ruhr-Universität Bochum, 2000 [23] Carl-Christoph Winter, Chemical vapor deposition of gold, copper and aluminum oxide on self-assembled monolayers, DISSERTATION, Ruhr-Universität Bochum, 2000

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Claims (55)

Licht- bzw. Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass: – Sie aus einem oder mehreren Lumophoren 2 in Kombination mit mindestens einem el. leitfähigen Partikel 1 oder 3 besteht. – Die Lichterzeugung im Falle einer Lichtquelle durch die elektrisch angeregte Lumineszenz der Lumophore 2 alleine oder in Verbindung mit den Partikeln 1 bzw. 3 erfolgt. – Die el. Spannungserzeugung im Falle einer Spannungsquelle durch eine lichtbedingte Anregung der Lumophore 2 alleine oder in Verbindung mit den Partikeln 1 bzw. 3 erfolgt. – Der el. Strom von bzw. zu den Lumophoren 2 im Wesentlichen über die elektrisch leitfähigen Partikel 1 sowie 3 oder den Kontakt 4 fließt. – Die aktiven Lumophore 2, d. h. Lumophore, welche Licht emittieren bzw. Spannung generieren, sich im Wesentlichen in einem definierten Abstand zur Oberfläche der Partikel 1 bzw. 3 befinden. – Die elektrisch leitfähigen Partikel 1 und 3 Volumen zwischen 3000 nm^3 und 70*10^6 nm^3 besitzen. – Direkt zwischen den optional in den Partikeln 1 und 3 enthaltenen metallischen Kernen 101 und 301, also unter Umgehung der Lumophore 2, kein erheblicher Tunnelstrom fließt.Light or voltage source, characterized in that: - You from one or more lumophores 2 in combination with at least one el. conductive particle 1 or 3 consists. - The light generation in the case of a light source by the electrically excited luminescence of the Lumophore 2 alone or in conjunction with the particles 1 respectively. 3 he follows. - The el. Voltage generation in the case of a voltage source by a light-induced excitation of the lumophore 2 alone or in conjunction with the particles 1 respectively. 3 he follows. - The el. Current from or to the lumophores 2 essentially via the electrically conductive particles 1 such as 3 or the contact 4 flows. - The active lumophore 2 , ie Lumophore, which emit light or generate voltage, essentially at a defined distance from the surface of the particles 1 respectively. 3 are located. - The electrically conductive particles 1 and 3 Have volume between 3000 nm ^ 3 and 70 * 10 ^ 6 nm ^ 3. - Directly between the optional in the particles 1 and 3 contained metallic cores 101 and 301 , so bypassing the Lumophore 2 , no significant tunnel current flows. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lumophore 2 aus folgender Aufzählung ausgewählt werden: – π-konjugierte Moleküle und Polymere – Donor-Akzeptor bzw. Donor-Bridge-Akzeptor-Systeme in Molekülen und Übergängen (z. B. in molekularer Diode, im Übergang Ligand-Nanokristall oder Brückenmolekül-Fulleren usw.) – molekulare Dioden – Moleküle mit starkem Charge-Transfer-Übergang parallel zur Stromrichtung – Charge-Transfer Übergänge zwischen Molekülen, z. B. den Brückenmolekülen 102, 202, 302, S1, S2 und Metallen (z. B. Ionen, metallischen Clustern oder Quantenpunkten), Fullerenen, Halbleiternanokristallen und Halbleiterschichten, wobei die genannten Metalle, Fullerene, Halbleiternanokristalle und Halbleiterschichten auch Bestandteil des Kontakts 4 bzw. eines Partikels 1 oder 3 sein können. – Metallorganische Phosphoreszenzemitter – Halbleiter-Quantenpunkte (Nanokristalle) mit und ohne Halbleiterhüllen. – Metall-Cluster z. B. Ag2 bis Ag8 – Moleküle, die über Ankergruppen an den Oberflächen der Partikel 1 bzw. 3 verankert sind und durch unelastische Stöße der zwischen Partikel 1 und 3 bzw. Leiterbahnen tunnelnden Elektronen angeregt werden. – biologische Moleküle, die eine Ladungsverschiebung bei Lichtabsorption aufweisen. – Farbstoffmoleküle – Kohlenstoffnanoröhren – Einen p-n-Übergang zwischen den Partikeln 1 und 3 oder einer LeiterbahnLight or voltage source according to claim 1, characterized in that the lumophore 2 can be selected from the following list: - π-conjugated molecules and polymers - donor-acceptor or donor-bridge acceptor systems in molecules and transitions (eg in molecular diodes, in the transition ligand nanocrystal or bridge molecule fullerene, etc. ) - molecular diodes - molecules with strong charge transfer transition parallel to the current direction - charge transfer transitions between molecules, eg. B. the bridge molecules 102 . 202 . 302 , S1, S2 and metals (eg ions, metallic clusters or quantum dots), fullerenes, semiconductor nanocrystals and semiconductor layers, wherein said metals, fullerenes, semiconductor nanocrystals and semiconductor layers also form part of the contact 4 or a particle 1 or 3 could be. - Organometallic phosphorescence emitters - Semiconductor quantum dots (nanocrystals) with and without semiconductor shells. - metal cluster z. B. Ag 2 to Ag 8 - molecules that have anchor groups on the surfaces of the particles 1 respectively. 3 are anchored and inelastic collisions between the particles 1 and 3 or conductor tracks tunneling electrons are excited. - biological molecules that show a charge shift upon absorption of light. - Dye molecules - Carbon nanotubes - A pn transition between the particles 1 and 3 or a conductor track Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – Mindestens eines der besagten elektrisch leitfähigen Partikel 1 und 3 als eine Antenne im Wellenlängenbereich des Lumophors 2 wirkt und dadurch die Wirkung des Lumophors 2 verstärkt. Wobei der Kern der besagten Antenne aus Metallen wie z. B. Au, Ag, Al, Cu besteht, die ausreichende Oberflächenplasmonen im Wellenlängenbereich des Lumophors 2 erlauben. – Die Lumophore 2 sich im Wesentlichen in einem definierten Abstand Z von den besagten metallischen Kernen der Partikel 1 bzw. 3 befinden, der erhöhte Quantenausbeuten bzw. Anregungsfeldstärken des Lumophors 2 bei geringen strahlungslosen Verlusten gewährleistet.Light or voltage source according to claim 2, characterized in that: - At least one of said electrically conductive particles 1 and 3 as an antenna in the wavelength range of the lumophore 2 and thereby the effect of Lumophors 2 strengthened. Wherein the core of said antenna made of metals such. B. Au, Ag, Al, Cu, the sufficient surface plasmons in the wavelength range of the lumophore 2 allow. - The Lumophores 2 essentially at a defined distance Z from the said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 are located, the increased quantum efficiency and excitation field strengths of the Lumophors 2 guaranteed at low radiationless losses. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die elektrische Leitfähigkeit der Partikel 1 und 3 durch metallische Kerne 101 bzw. 301 in Kombination mit el. leitfähigen Molekülen 102 bzw. 302 entsteht.Light or voltage source according to claim 1 to 3, characterized in that: - The electrical conductivity of the particles 1 and 3 through metallic cores 101 respectively. 301 in combination with el. conductive molecules 102 respectively. 302 arises. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die elektrische Leitfähigkeit der Partikel 1 und 3 durch el. leitfähige Schichten um die Kerne entsteht.Light or voltage source according to claim 1 to 3, characterized in that: - The electrical conductivity of the particles 1 and 3 produced by el. conductive layers around the cores. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die elektrisch leitfähige Schicht aus mindestens einer anorganischen Halbleiterschicht 104 bzw. 304 besteht.Light or voltage source according to claim 5, characterized in that: - The electrically conductive layer of at least one inorganic semiconductor layer 104 respectively. 304 consists. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die elektrisch leitfähige Schicht aus mindestens einer organischen Halbleiterschicht 104 bzw. 304 besteht.Light or voltage source according to claim 5, characterized in that: - The electrically conductive layer of at least one organic semiconductor layer 104 respectively. 304 consists. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – Mindestens eines der besagten el. leitfähigen Partikel 1 bzw. 3 komplett aus anorganischen Halbleitern besteht.Light or voltage source according to claim 1 to 3, characterized in that: - At least one of said el. Conductive particles 1 respectively. 3 completely composed of inorganic semiconductors. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – Sie aus einem el. leitfähigen Partikel 1 oder 3, mindestens einem Lumophor 2 und einem Kontakt 4 besteht. Wobei der Kontakt 4, der in el. Kontakt mit dem Lumophor 2 steht, aus z. B. organischen oder anorganischen Leiterbahnen oder Leiterschichten besteht.Light or voltage source according to claim 1 to 3, characterized in that: - You from a el. Conductive particles 1 or 3 , at least one lumophore 2 and a contact 4 consists. Wherein the contact 4 who is in contact with the lumophore 2 is, from z. B. organic or inorganic conductor tracks or conductor layers. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – Sie aus einem el. leitfähigen Partikel 1 und 3 und mindestens einem Lumophor 2 besteht.Light or voltage source according to claim 1 to 3, characterized in that: - You from a el. Conductive particles 1 and 3 and at least one lumophore 2 consists. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die el. Leitfähigkeit der besagten el. leitfähigen Moleküle 102 und 302, Schichten 104 und 304, Partikel 1, 3 und Kontakt 4 auf einer p- oder n-Dotierung beruht.Light or voltage source according to claim 4 to 10, characterized in that: - The el. Conductivity of said el. Conductive molecules 102 and 302 , Layers 104 and 304 , Particles 1 . 3 and contact 4 based on a p- or n-doping. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Dotierung der besagten Partikel 1 und 3 bzw. des Kontakts 4 entgegengesetzt zueinander ist.Light or voltage source according to claim 4 to 11, characterized in that: - The doping of said particles 1 and 3 or the contact 4 is opposite to each other. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Partikel 1 bzw. 3 oder die Lumophore 2 el. leitfähig mit Leiterbahnen oder Leiterschichten verbunden sind.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - the particles 1 respectively. 3 or the lumophores 2 el. are conductively connected to conductor tracks or conductor layers. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten Leiterbahnen oder Leiterschichten vorzugsweise aus Halbleitern bestehen, wobei sie vorzugsweise die gleiche Dotierungsart wie die zugehörigen Partikel 1 bzw. 3, mit welchen sie in direktem Kontakt stehen, aufweisen. – Alternativ die besagten Leiterbahnen nicht aus Halbleitern bestehen, sondern z. B. entarteten Halbleitern wie z. B. ITO oder TiN, Metallen, Halbmetallen.Light or voltage source according to claim 13, characterized in that: - The said conductor tracks or conductor layers preferably consist of semiconductors, wherein they preferably have the same type of doping as the associated particles 1 respectively. 3 with which they are in direct contact. - Alternatively, the said interconnects do not consist of semiconductors, but z. B. degenerate semiconductors such. As ITO or TiN, metals, semi-metals. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Partikel 1, 3 und die Lumophore 2 untereinander oder auch mit den besagten Leiterbahnen und Leiterschichten durch molekulare Brücken 102, 202, 302, S1, S2 verbunden sind, die einen erforderlichen Abstand Z der Lumophore 2 von den besagten metallischen Kernen 101 und 301 einhalten können.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The particles 1 . 3 and the lumophores 2 with each other or with the said interconnects and conductor layers through molecular bridges 102 . 202 . 302 , S1, S2, which have a required distance Z of the lumophore 2 from the said metallic cores 101 and 301 can comply. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten molekularen Brücken aus organischen, anorganischen oder biologischen Molekülen bestehen, die durch spezifische Ankergruppen an den Oberflächen der Komponenten haften können.Light or voltage source according to claim 15, characterized characterized in that: - The said molecular bridges from organic, inorganic or biological molecules consist of specific anchor groups on the surfaces the components can adhere. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Oberfläche der besagten Partikel 1 und 3 oder der besagten Leiterbahnen oder Leiterschichten durch Oberflächenmodifikationsschichten verändert wurde, so dass ein el. Kontakt oder eine Ankoppelung der besagten molekularen Brücken an die besagte Oberfläche zustande kommen oder auch verhindert werden kann.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The surface of said particles 1 and 3 or said conductor tracks or conductor layers has been modified by surface modification layers, so that an el. Contact or coupling of said molecular bridges to said surface come about or can be prevented. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 durch mindestens eine dielektrische Schicht 103 bzw. 303 von den el. leitfähigen Schichten 104 bzw. 304 getrennt sind.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 by at least one dielectric layer 103 respectively. 303 from the el. conductive layers 104 respectively. 304 are separated. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagte dielektrische Schicht aus Molekülen besteht, die auf den besagten metallischen Kernen verankert sind. (z. B. Silane, PMMA, HPMA)Light or voltage source according to claim 18, characterized characterized in that: - The said dielectric Layer consists of molecules that are on the said metallic Cores are anchored. (eg silanes, PMMA, HPMA) Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagte dielektrische Schicht aus anorganischen Dielektrikas wie Oxiden, Fluoriden, Nitriden, Kohlenstoff z. B. SiO2, Al2O3, Y2O3, MgO, TiO2, V2O3, HfO2, ZrO2, AlN, MgF2, SrF3, KF, CaF2, LiF2, BaF2, YF3, LaF3, Cr2O3, Diamant besteht.Light or voltage source according to claim 18, characterized characterized in that: - The said dielectric Layer of inorganic dielectrics such as oxides, fluorides, nitrides, Carbon z. SiO 2, Al 2 O 3, Y 2 O 3, MgO, TiO 2, V 2 O 3, HfO 2, ZrO 2, AlN, MgF2, SrF3, KF, CaF2, LiF2, BaF2, YF3, LaF3, Cr2O3, diamond consists. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 etwa eine sphärische Form aufweisen.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 have a spherical shape. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 etwa eine längliche oder stabförmige Form aufweisen.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 have an elongated or rod-shaped shape. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 etwa eine Bow-Tie Form aufweisen.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 have a bow-tie shape. Licht- bzw. Spannungsquelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 etwa eine Polyeder-Form aufweisen.Light or voltage source according to one of the preceding claims, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 have a polyhedral shape. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 aus massivem Metall bestehen.Light or voltage source according to claim 21 to 24, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 Made of solid metal. Licht- bzw. Spannungsquelle nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die besagten metallischen Kerne der Partikel 1 bzw. 3 aus Metallhüllen um dielektrische Kerne bestehen.Light or voltage source according to claim 21 to 24, characterized in that: - The said metallic cores of the particles 1 respectively. 3 consist of metal sheaths around dielectric cores. Licht- bzw. Spannungsquelle nach den Ansprüchen 2, 4, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass: – die el. leitfähigen Moleküle 102, 202, 302, S1, S2 aus π-kunjugierten bzw. aromatischen Molekülen bestehen, die über mindestens eine Ankergruppe zur Anbindung an den Partikeln 1, 3, Lumophor 2 oder Leiterbahnen und Leiterschichten verfügenLight or voltage source according to claims 2, 4, 15 and 16, characterized in that: - the el. Conductive molecules 102 . 202 . 302 , S1, S2 consist of π-conjugated or aromatic molecules which have at least one anchor group for attachment to the particles 1 . 3 , Lumophore 2 or conductor tracks and conductor layers Licht- bzw. Spannungsquelle nach den Ansprüchen 2, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Moleküle 102, 202, 302, S1, S2 über keine erhebliche el. Leitfähigkeit verfügen, aber dafür so kurz sind, dass sie von den Elektronen z. B. durchtunnelt werden können. Beispielsweise dass besagte Moleküle aus Tri-n-Oktylphosphinoxid, Tri-n-oktylphospin oder kurzen aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehen.Light or voltage source according to claims 2, 15 and 16, characterized in that: - the molecules 102 . 202 . 302 , S1, S2 have no significant el. Conductivity, but are so short that they are bound by the electrons z. B. can be tunneled through. For example, said molecules consist of tri-n-octylphosphine oxide, tri-n-octylphosphine or short aliphatic hydrocarbons. Licht- bzw. Spannungsquelle nach den Ansprüchen 2, 4, 15, 16, 27, 28 dadurch gekennzeichnet, dass: – die Moleküle 102, 202, 302, S1, S2 über spezifische Ankergruppen für die Oberflächen bzw. Kontaktgruppen der zu verbindenden Partikel und Leiterbahnen verfügen, so dass die Partikel selektiv und richtig gepolt verknüpft werden. Beispielweise, dass die Moleküle 102 über eine erste Ankergruppe zum Partikel 1 und eine zweite Ankergruppe für eine erste Koppelgruppe eines Lumophors 2 verfügen usw. – Alternativ, die Moleküle 102, 302, 202, S1, S2 funktionale Endgruppen (z. B. Methyl-, Carboxyl-, Amino-, Hydroxylgruppen usw.) besitzen, die spezifische Oberflächeneigenschaften (z. B. eine hydrophobe oder hydrophile Oberfläche) erzeugen.Light or voltage source according to claims 2, 4, 15, 16, 27, 28, characterized in that: - the molecules 102 . 202 . 302 , S1, S2 have specific anchor groups for the surfaces or contact groups of the particles and interconnects to be joined, so that the particles are linked selectively and correctly poled. For example, that the molecules 102 via a first anchor group to the particle 1 and a second anchor group for a first coupling group of a lumophore 2 dispose etc. - Alternatively, the molecules 102 . 302 . 202 , S1, S2 have functional end groups (eg, methyl, carboxyl, amino, hydroxyl, etc.) that produce specific surface properties (eg, a hydrophobic or hydrophilic surface). Ein Verfahren zu Herstellung der Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 29, mit den folgenden Schritten: – Herstellung der Partikel 1 und 3 sowie der Lumophore 2 z. B. durch nasschemische Verfahren – Herstellung von Brückenmolekülen 102, 202 und 302 z. B. durch chemische Synthese – Vermengen der Partikel 1, 3 mit den Lumophoren 2 und selbsttätiges Verknüpfen mittels der Brückenmoleküle 102, 202, 302, so dass z. B. Partikel 1 umhüllt von Lumophoren 2 entstehen.A method for producing the antennas A according to claims 1 to 29, comprising the following steps: - production of the particles 1 and 3 as well as the Lumophore 2 z. B. by wet chemical methods - preparation of bridge molecules 102 . 202 and 302 z. B. by chemical synthesis - mixing of the particles 1 . 3 with the lumophores 2 and self-linking by means of the bridging molecules 102 . 202 . 302 so that z. B. particles 1 enveloped by lumophores 2 arise. Ein Verfahren zu Herstellung der Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 29, mit den folgenden Schritten: – Herstellung der Partikel 1 und 3 sowie der Lumophore 2 z. B. durch nasschemische Verfahren – Verbindung der Partikel 1, 3 mit den Lumophoren 2 durch Ablagern aufeinander (z. B. durch Sprühtrocknung, Sedimentieren, Verdampfen des Lösungsmittels), so dass ein el. Kontakt zwischen den Partikeln, Lumophoren 2 und Leiterbahnen oder Schichten erzeugt wird.A method for producing the antennas A according to claims 1 to 29, comprising the following steps: - production of the particles 1 and 3 as well as the Lumophore 2 z. B. by wet chemical method - compound of the particles 1 . 3 with the lumophores 2 by depositing on each other (eg by spray-drying, sedimentation, evaporation of the solvent) so that an el. contact between the particles, lumophores 2 and tracks or layers is generated. Ein Verfahren zu Herstellung der Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 29, mit den folgenden Schritten: – Herstellung der Antennenpartikel 1 und/oder 3 durch lithographische Verfahren – Herstellung der Lumophore 2 z. B. durch nasschemische Verfahren oder chem. Synthese. – Optionale Herstellung von Brückenmolekülen 102, 202 und 302 durch chemische Synthese. – Ablagern der Lumophore 2 zwischen den Antennenpartikeln 1 und 3 bzw. Kontakt 4 oder Verknüpfen der Antennenpartikel 1 und 3 mit den Lumophoren 2 durch die Brückenmoleküle 102, 202, 302, S1, S2 durch selbsttätiges Anknüpfen.A method for manufacturing the antennas A according to claims 1 to 29, comprising the following steps: - production of the antenna particles 1 and or 3 by lithographic process - production of the Lumophore 2 z. B. by wet chemical method or chem. Synthesis. - Optional preparation of bridge molecules 102 . 202 and 302 by chemical synthesis. - depositing the lumophore 2 between the antenna particles 1 and 3 or contact 4 or linking the antenna particles 1 and 3 with the lumophores 2 through the bridge molecules 102 . 202 . 302 , S1, S2 by self-attachment. Licht- oder Spannungsquelle, die Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 32 als Licht- bzw. Spannungsquellen verwendet, dadurch gekennzeichnet dass: – Leiterbahnen L1 und L2 verwendet werden, um die Antennen A zu kontaktieren, die zumindest über kurze Distanz parallel verlaufen. – Die Leiterbahnen L1 und L2 an metallische Leiterstrukturen L1_Z bzw. L2_Z el. kontaktiert sind, die sich im Wesentlichen unterhalb der Leiterbahnen L1 und L2 erstrecken. – Die Antennen A sich an der Oberfläche der gesagten Licht- oder Spannungsquellen befinden, wobei die Antennen A mit transparenten dielektrischen Schutzschichten bedeckt sein können.Light or voltage source, the antennas A according to the Claims 1 to 32 used as light or voltage sources, characterized in that: - Tracks L1 and L2 can be used to contact the antennas A, at least about short distance parallel. - The tracks L1 and L2 to metallic conductor structures L1_Z and L2_Z el. Contacted are essentially located below the tracks L1 and L2 extend. - The antennas A on the surface the said light or voltage sources are, the antennas A be covered with transparent dielectric protective layers can. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Leiterbahnen L1 und L2 Abstände voneinander besitzen, die kleiner als die Breite einer Antenne A sind, wobei die Antenne A jeweils aus einem Partikeln 1 oder beiden Partikeln 1 und 3 bestehen kann.Light or voltage source according to claim 33, characterized in that: - The interconnects L1 and L2 have distances from each other which are smaller than the width of an antenna A, wherein the antenna A each consist of a particle 1 or both particles 1 and 3 can exist. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Leiterbahnen L1 und L2 in der Höhe versetzt sind, so dass sich eine Wanne zwischen zwei Leiterbahnen L1 bilden kann, die mit Antennen A bzw. Lumophoren 2 bedeckt sein kann. – Die Antennen A seitlich an die Leiterbahnen L1 und gleichzeitig nach unten an die Leiterbahnen L2 el. kontaktiert sind, wobei sich jeweils Lumophore 2 zwischen den Antennen A und den Leiterbahnen L1 und/oder L2 befinden können.Light or voltage source according to claim 33, characterized in that: - The conductor tracks L1 and L2 are offset in height, so that a trough between two conductor tracks L1 can form, which with antennas A and Lumophores 2 can be covered. - The antennas A are laterally contacted to the tracks L1 and at the same time down to the tracks L2 el., Each Lumophore 2 between the antennas A and the tracks L1 and / or L2 can be located. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Leiterbahnen L1 und L2 mit Molekülen S1 bzw. S2 bedeckt sind, die Lumophore 2 oder Partikel 1 bzw. 3 durch Ankergruppen immobilisieren können. – Die Leiterbahnen L1 und L2 mit Molekülen S1 bzw. S2 bedeckt sind, die eine Anpassung der Austrittsarbeiten der Leiterbahnen L1 und L2 bewirken können.Light or voltage source according to claim 33 to 35, characterized in that: - The conductor tracks L1 and L2 are covered with molecules S1 and S2, the lumophore 2 or particles 1 respectively. 3 can immobilize by anchor groups. - The interconnects L1 and L2 are covered with molecules S1 and S2, which can cause an adaptation of the work function of the interconnects L1 and L2. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Leiterbahnen L1 und L2 mit Schichten 15_1 bedeckt sind, die das Anbinden von Molekülschichten 102, 202, 302, S1, S2 unterbinden können.Light or voltage source according to claim 36, characterized in that: - the conductor tracks L1 and L2 with layers 15_1 covered, which are the bonding of molecular layers 102 . 202 . 302 , S1, S2 can prevent. Licht- oder Spannungsquelle, die Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 32 verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass: – Leiterschichten benutzt werden, um die Antennen A zu kontaktieren, die durch abwechselndes Beschichten eines Substrates mit el. Leitern und Isolatoren erzeugt wurden.Light or voltage source, the antennas A according to the Claims 1 to 32 used, characterized in that: - conductor layers be used to contact the antennas A, by alternating Coating of a substrate with el. Ladders and insulators produced were. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33 bis 37 und Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Leiterbahnen L1 und L2 bzw. die gesagten Leiterschichten aus anorganischen Element- oder Verbindungshalbleitern bestehen, die über ohmsche Kontakte mit metallischen Leiterstrukturen (z. B. L1_Z bzw. L2_Z) verbunden sind. – Die gesagten Element- oder Verbindungshalbleiter verschieden zueinander dotiert sind (z. B. L1 ist p-dotiert und L2 ist n-dotiert).Light or voltage source according to claim 33 to 37 and claim 38, characterized in that: - The Conductor tracks L1 and L2 or the said conductor layers of inorganic Element or compound semiconductors exist that over ohmic contacts with metallic conductor structures (eg L1_Z or L2_Z) are connected. - The said element or compound semiconductors are differently doped to each other (eg, L1 is p-doped and L2 is n-doped). Licht- oder Spannungsquelle, die Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 32 als Licht- bzw. Spannungsquellen verwendet. Wobei die Antennen A bzw. die dazugehörigen Lumophore 2 in organische loch- bzw. elektronenleitende Halbleiterschichten eingebettet sind, die sich zwischen metallischen oder transparenten Elektroden befinden, dadurch gekennzeichnet, dass: – Der el. Strom im Wesentlichen über die el. leitfähigen Antennen A fließt. – Die Antennen A sich im bzw. am Übergangsbereich der genannten elektronenleitenden zur lochleitenden Schicht befinden.Light or voltage source, the antennas A according to claims 1 to 32 used as light or voltage sources. Where the antennas A and the associated Lumophore 2 are embedded in organic hole- or electron-conducting semiconductor layers, which are located between metallic or transparent electrodes, characterized in that: - The el. Current flows substantially via the el. conductive antennas A. - The antennas A are located in or at the transition region of said electron-conducting to the hole-conducting layer. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Lumophore 2 sich in einer Schicht, die parallel zu der Schicht der Partikel 1 bzw. 3 der Antennen A ist, befinden.Light or voltage source according to claim 40, characterized in that: - The lumophore 2 in a layer parallel to the layer of particles 1 respectively. 3 the antenna A is located. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 40 und 41, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A in mind. einer dichten Schicht abgeschieden wurden, so dass der el. Strom über die Antennen A fließt.Light or voltage source according to claim 40 and 41, characterized in that: The antennas A have been deposited in at least one dense layer, so that the electrical current flows via the antennas A. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A jeweils aus Partikeln 1 und 3 bestehen, die etwa horizontal angeordnet sind, wobei Partikel 3 gegenüber der Unterlage und Partikel 1 gegenüber der daraufliegenden Schicht el. isoliert sind. – Die genannten Partikel 1 und 3 durch Lumophore 2 el. verbunden sind.Light or voltage source according to claim 40, characterized in that: - The antennas A each consist of particles 1 and 3 consist, which are arranged approximately horizontally, whereby particles 3 opposite the pad and particles 1 are isolated from the layer lying on it el. - The mentioned particles 1 and 3 through Lumophore 2 el. are connected. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A jeweils aus Partikeln 1 und 3 bestehen, die etwa vertikal angeordnet sind, wobei die Partikel 1 und 3 durch Lumophore 2 el. verbunden sind.Light or voltage source according to claim 40, characterized in that: - The antennas A each consist of particles 1 and 3 consist, which are arranged approximately vertically, whereby the particles 1 and 3 through Lumophore 2 el. are connected. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die genannten Partikeln 1 und 3 aus länglichen Partikeln bestehen.Light or voltage source according to claim 44, characterized in that: - The particles mentioned 1 and 3 consist of elongated particles. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A nicht in einer dichten Schicht abgeschieden sind. – Die Zwischenräume zwischen den Antennen A durch eine el. isolierende Schicht 22_2 aus z. B. organischen Polymeren, Sol-Gel-Schichten oder anorganischen Dielektrikas gefüllt sind. Die Schicht 22_2 kann dabei mittels einer selektiven Beschichtung auf z. B. hydrophobe oder hydrophile Unterschichten erzeugt worden sein.Light or voltage source according to claim 40 to 45, characterized in that: - The antennas A are not deposited in a dense layer. - The spaces between the antennas A through an el. Insulating layer 22_2 from z. As organic polymers, sol-gel layers or inorganic dielectrics are filled. The layer 22_2 can by means of a selective coating on z. B. hydrophobic or hydrophilic sublayers have been generated. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A jeweils auf elektrisch unterteilten Leiterbahnen und Leiterschichten liegen, so dass die Antennen A sich in einzelnen Flächenabschnitten separat betreiben lassen, wobei sich die Antennen optional in den jeweiligen separaten Flächenabschnitten z. B. durch verschiedene Wellenlängen oder Polarisationsrichtungen auszeichnen können.Light or voltage source according to claim 33 to 46, characterized in that: - The antennas A each on electrically divided conductor tracks and conductor layers lie so that the antennas A in individual surface sections operate separately, with the antennas optional in the respective separate area sections z. B. by different Wavelengths or polarization directions can distinguish. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: – Jeweils mind. eine Antenne A als Emitter und mind. eine Antenne A als Spannungsquelle in unmittelbarer Nähe zueinander betrieben werden, um z. B. eine Signalübertragung zwischen Emitter und Spannungsquelle zu leisten.Device according to one of the preceding claims, characterized in that: - At least one at a time Antenna A as emitter and at least one antenna A as voltage source operated in close proximity to each other to z. As a signal transmission between emitter and voltage source Afford. Licht- oder Spannungsquelle, die Antennen A gemäß der Ansprüche 1 bis 32 als Licht- bzw. Spannungsquellen verwendet. Wobei die Antennen A bzw. die dazugehörigen Lumophore 2 in anorganische p- bzw. n-dotierte Halbleiterschichten eingebettet sind, die über ohmsche Kontakte an metallische Zuleitungen gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass: – Der el. Strom im Wesentlichen über die el. leitfähigen Antennen A fließt. – Die Antennen A sich im bzw. am Übergangsbereich der genannten n-dotierten zur p-dotierten Schicht befinden.Light or voltage source, the antennas A according to claims 1 to 32 used as light or voltage sources. Where the antennas A and the associated Lumophore 2 are embedded in inorganic p- or n-doped semiconductor layers, which are bonded via ohmic contacts to metallic leads, characterized in that: - The el. Current flows essentially via the el. conductive antennas A. - The antennas A are located in or at the transition region of said n-doped to p-doped layer. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Lumophore 2 sich in einer Schicht, die parallel zu der Schicht der Partikel 1 bzw. 3 der Antennen A ist, befinden.Light or voltage source according to claim 49, characterized in that: - The Lumophore 2 in a layer parallel to the layer of particles 1 respectively. 3 the antenna A is located. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 49 und 50, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A in mind. einer dichten Schicht abgeschieden wurden, so dass der el. Strom über die Antennen A fließt.Light or voltage source according to claim 49 and 50, characterized in that: - The antennas A were deposited in at least one dense layer, so that the el. current flows through the antennas A. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 49 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die genannten anorganischen Halbleiterschichten, in welche die Antennen A gebettet sind, selbst aus anorganischen Halbleiterpartikeln bestehen.Light or voltage source according to claim 49 to 51, characterized in that: - The mentioned inorganic semiconductor layers in which the antennas A embedded are, even consist of inorganic semiconductor particles. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass: – Die Antennen A sich in geeignetem Abstand zu einer metallischen Reflektorschicht R befinden, um die Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik der Antennen A zu verändern.Light or voltage source according to claim 33 to 52, characterized in that: - The antennas A at a suitable distance to a metallic reflector layer R are located to the emission or reception characteristics of the antennas A change. Licht- oder Spannungsquelle nach Anspruch 33 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass: – Antennen A, die für verschiedene Wellenlängen ausgelegt wurden gemischt werden, um z. B. einen Weißlichtemitter zu erzeugen.Light or voltage source according to claim 33 to 53, characterized in that: - Antennas A, the were designed for different wavelengths be mixed to z. B. to produce a white light emitter. Ein Verfahren zu Herstellung der Licht- bzw. Spannungsquellen gemäß der Ansprüche 33 bis 54 mit den folgenden Schritten: – Herstellung der Antennen A. – Herstellung der Substrate mit den Leiterschichten oder Leiterbahnen z. B. durch Beschichtungsverfahren oder photolithographische Verfahren. – Verbindung der Antennen A bzw. der Lumophore 2 mit den zugehörigen Leiterbahnen und Leiterschichten z. B. durch Ablagern aufeinander (z. B. durch Sprühtrocknung, Sedimentieren, Verdampfen des Lösungsmittels) oder polungsrichtiges Immobilisieren mithilfe von funktionalisierten Molekülschichten 102, 202, 302, S1, S2. – Optionales Füllen der Zwischenräume zwischen den Antennen A mit Schichten 22_2. – Beschichten der Antennen A mit weiteren Leiterschichten, falls die Antennen A nicht an zwei separaten Leiterbahnen L1 und L2 anliegen. – Optionales Verkapseln der erfindungsgemäßen Licht- bzw. Spannungsquellen mit transparenten dielektrischen Schutzschichten.A method for producing the light or voltage sources according to claims 33 to 54 with the following steps: - Production of the antennas A. - Production of the substrates with the conductor layers or conductor tracks z. Example by coating methods or photolithographic methods. - Connection of the antennas A and the Lumophore 2 with the associated interconnects and conductor layers z. B. by deposition on each other (eg., By spray drying, sedimentation, evaporation of the solvent) or polarization proper immobilization using functionalized molecular layers 102 . 202 . 302 , S1, S2. Optional filling of the spaces between the antennas A with layers 22_2 , Coating of the antennas A with further conductor layers, if the antennas A do not abut against two separate conductor tracks L1 and L2. Optional encapsulation of the light or voltage sources according to the invention with transparent dielectric protective layers.
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