專利名稱：功能墨水裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種印刷半導體器件，并且尤其涉及功能墨水和 與其一起使用的介電材料。
背景技術(shù)：
已知使用諸如真空淀積這種技術(shù)以形成多種基于半導體的器件的 方法和設(shè)備。這種技術(shù)很好地應(yīng)用于許多目的，并且在用于大體積裝 置中時能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性、小尺寸和相對經(jīng)濟。最近，開發(fā)出了其他 技術(shù)來生產(chǎn)基于半導體的器件。例如，可以提供有機或者無機半導體 材料作為功能墨水，并且與多種印刷技術(shù)結(jié)合使用以生產(chǎn)印刷半導體 器件。
然而，與半導體制造領(lǐng)域技術(shù)人員所期望的相比，印刷半導體器 件產(chǎn)生出大大不同的最終結(jié)果，并且使用了大大不同的制造技術(shù)。例 如，印刷半導體器件要比使用更多傳統(tǒng)技術(shù)而制造的典型半導體器件 大得多。作為其他實例，使用的材料和利用的淀積技術(shù)還可以在現(xiàn)有 技術(shù)期望的標準之外。
部分地由于這些不同，在許多情況下對于印刷半導體器件來說不 適于使用和釆納現(xiàn)有的材料和技術(shù)。而且，在許多情況下，半導體器 件印刷引起了在現(xiàn)有技術(shù)的實踐中所沒有的挑戰(zhàn)和困難。例如，在半 導體層和另一個器件層(或者多層)之間印刷一個與介電層的性質(zhì)和 質(zhì)量有關(guān)的相關(guān)區(qū)域(與在印刷場效應(yīng)晶體管中介電層用于將有機半 導體器件層與柵極電極以及其他器件電極分隔開時一樣)。典型建議
的聚合物柵極介電層通常顯示出相對低的介電常數(shù)(例如小于5)。而 這又能夠?qū)е孪鄬Φ偷娘柡碗娏?，并且因此需要有較高的器件工作電壓。較高的工作電壓需求會導致很多不希望的設(shè)計制約。
另外，典型的電流介電層的厚度至少部分地受限于包括一部分該 介電層的填充劑顆粒的大小。這種顆粒的直徑通常大于大約4微米。 對于介電層的厚度來說還可能至少部分地由印刷工藝本身所限定。聚 合物介電層的這種相對厚度對于相應(yīng)的印刷場效應(yīng)晶體管來說還進一 步促成了 (與前述的低介電常數(shù)一起)不希望的低飽和電流。


上述需要至少部分地通過下述詳細說明中描述的功能墨水設(shè)備和 方法而得到滿足，特別地當結(jié)合附圖研究時，其中-
圖1包括根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案而構(gòu)造成的流程圖2包括根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案而構(gòu)成的功能墨水的示意
圖3包括根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案而構(gòu)成的示例性半導體器件 的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠理解為簡單明了起見而示出圖中的部件， 并且不必按照比例繪制。例如，可以相對于其他部件而擴大圖中的一 些部件的尺寸和/或相對位置，以幫助增進對本發(fā)明各個實施方案的理 解。而且，為了使本發(fā)明的這些各個實施方案的視圖中阻礙物較少， 通常不對商業(yè)上可行的實施方案中有用的或者必須的一般很好理解的 部件進行描寫。還應(yīng)當理解可以以出現(xiàn)的特定順序來對某些操作和/或 步驟進行描述或者描寫，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠理解對順序的這 種特殊性實際上是不需要的。還可以理解這里使用的術(shù)語和表達具有 一般的含義，與它們相應(yīng)的各自的調(diào)查和研究領(lǐng)域中的這種術(shù)語和表 達相一致，除了這里提出的特定含義之外
概括而言，依照這些各個實施方案，適于用作印刷半導體器件中的介電層的功能墨水包括介電載體和設(shè)置在介電載體中的尺寸小于大 約1000納米的多個介電微粒。在優(yōu)選的方式中，介電載體包括介電樹
脂，并且介電微粒包括鐵電材料(例如，但是不局限于BaTi03)。因 此可以通過特別的印刷技術(shù)將所提供的這種功能墨水涂覆到特別的基 板上，由此提供一種具有包含這種功能墨水的介電層的最終印刷半導 體器件，例如場效應(yīng)晶體管。
相應(yīng)的最終的介電層具有很多優(yōu)點。這些改進包括通過增大飽和 漏電流，降低了操作相應(yīng)場效應(yīng)晶體管所需的電壓。益處還包括實現(xiàn) 了相應(yīng)晶體管的厚度的減小。這個功能墨水能與多種印刷工藝相兼容， 包括接觸和非接觸印刷，并且還與許多印刷基板兼容，包括實質(zhì)上堅 硬的和柔性的塑料。
當對下述詳細描述進行徹底的研究和學習時，對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說這些益處和其他益處將變得更加明顯。
現(xiàn)在參考附圖，特別參考圖1，表示這些各種技術(shù)的總體工藝100 首先包括提供101基板，尤其是印刷基板。該基板可以包括任何適合 的材料，包括各種堅硬或者非堅硬的材料。在優(yōu)選實施方案中，該基 板包括柔性基板，例如，該柔性基板由塑料，如聚酯，或者類似紙的 材料，如紙、紙板等構(gòu)成。基板可以由單一一種實質(zhì)上無定形的材料 構(gòu)成，或者可以由，例如不同材料的組合物(例如層狀結(jié)構(gòu))來構(gòu)成。 在典型的實施方案中基板將包括電絕緣體，雖然為了某些應(yīng)用、設(shè)計 或者目的，希望可以使用一種傾向于更大電導率的材料(或者多種材 料)。
這個工藝100還包括提供功能墨水102，該功能墨水優(yōu)選地包括 介電載體，該介電載體具有設(shè)置在其中的尺寸小于1000納米的多個介 電微粒(印刷領(lǐng)域技術(shù)人員熟知繪圖墨水和所謂的"功能墨水")(其 中"墨水"通常理解為包括懸浮液、溶液或者表現(xiàn)為液體、漿體或者粉末(例如調(diào)色劑粉末)的分散液)。這些功能墨水還典型包括具有 任意各種形狀(球狀、薄片狀、纖維狀、管狀)，并且尺寸范圍在， 例如從微米到納米的金屬、有機或者無機材料。功能墨水在例如一些 薄膜式鍵盤的制造中發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用。雖然繪圖墨水可以適于與這個工藝 結(jié)合使用，但是在優(yōu)選實施方案中這些墨水更適合包括功能墨水。
現(xiàn)在參考圖2，這個功能墨水201的介電載體201可以包括介電 樹脂。介電微粒202優(yōu)選地由鐵電材料，例如但不局限于BaTi03 (即， 鈦酸鋇)構(gòu)成。在可選的方法(盡管是優(yōu)選方法)中，介電微粒202 充分均勻地設(shè)置在介電載體中，正如示意圖中所提出的那樣。在一優(yōu) 選方法中，介電微粒十分小，并且尺寸小于大約50納米，盡管更大的 值(大至大約1000納米)可以獲得良好的結(jié)果，這取決于用于給定應(yīng) 用裝置中時的其他需求和限制?？梢允褂貌恢挂粋€微粒尺寸以提高固 化的介電薄膜中微粒的堆積密度(利用例如雙分子鈦酸鋇填充劑)。
(鈦酸鋇易于以微粒尺寸大于大約250納米的形式結(jié)晶成四角形，但 是易于以微粒尺寸小于大約150納米的形式結(jié)晶成立方體，由此趨向 于使微粒尺寸成為基本上本質(zhì)上穩(wěn)定的大約50納米，并且因此可以引 出上述優(yōu)選的尺寸)。
在一個可選的方法(盡管是優(yōu)選方法)中，功能墨水200還可以 包括其他組分203，例如但不局限于本領(lǐng)域已知的一種或者多種分散劑 和/或一種或者多種表面活性劑，從而幫助，例如使介電微粒202完全 分散在介電載體201中。
可以改變介電微粒202相對于介電載體201的量，以適合于所使 用的具體材料和/或給定應(yīng)用裝置的特性。也就是說，通常，這些成分
以各自的量存在，使得應(yīng)用印刷及其之后的固化后，大量介電微粒202 包含功能墨水200的大約60%的體積。
再請參考圖1,然后這個工藝IOO提供在基板上印刷103該功能墨水。這些教導與各種接觸和非接觸印刷工藝相符合。熟悉傳統(tǒng)半導 體制造技術(shù)，例如真空淀積的技術(shù)人員知道，在本領(lǐng)域中有時會不嚴 謹?shù)厥褂迷~語"印刷"來表示這種技術(shù)。然而，如在此處所用的，是 在更主流的傳統(tǒng)意義上使用詞語"印刷"，并且其不包括諸如真空淀 積的這種技術(shù)，真空淀積涉及，例如傳遞介質(zhì)的狀態(tài)變化以影響所需 要的材料布局。因此，"印刷"被理解為包括這些技術(shù)，諸如絲網(wǎng)印 刷、平版印刷、凹版印刷、靜電印刷、苯胺印刷、噴墨、輥涂、微量
分配(microdispensing)、沖壓等。應(yīng)當理解在制造給定部件例如半導 體器件的過程中，這些教導與許多這種印刷技術(shù)的使用相符合。例如， 希望使用第一墨水和第一印刷工藝來印刷第一器件部件(或者器件部 件的一部分)，并且對不同的器件部件(或者第一器件部件的一部分) 使用不同的第二墨水和不同的第二印刷工藝。
現(xiàn)在參考圖3，簡要地描述如何使用下述這種材料和工藝來形成 晶體管300將是很有幫助的。使用特別的導電墨水(例如但不局限于 包含銅或銀的功能墨水，例如混合2%的3610稀釋劑的杜邦Ag 5028 )，來在特別的基板300上印刷柵極302。依照一種方法，在延 遲，例如四秒鐘之后在印刷表面上吹空氣。然后使用適合的溶劑以進 一步形成、限定或者從基板上除去過量的材料。然后可以在大約120 攝氏度熱固化30分鐘，以確保印刷柵極302適當?shù)卣掣皆诨?01上。
然后使用上述功能墨水200至少在上述柵極302的實質(zhì)部分上印 刷介電層303。
然后使用，例如銅或者銀基導電功能墨水(例如，具有2%的3610 稀釋劑的杜邦的Ag 5028)，再印刷和固化附加電極304和305。這些 附加電極可以包括，例如，源極304和漏極305。然后印刷半導體材料 墨水，該半導體材料墨水例如但不局限于有機半導體材料墨水，例如 各種化學式的聚噻吩或者聚噻吩基材料，例如聚(3-己基噻吩)，或者
無機半導體材料墨水，例如Sn02、 SnO、 ZnO、 Ge、 Si、 GaAs、 InAs、InP、 SiC、 CdSe、以及各種形式的碳(包括碳納米管)，以提供半導 體材料306的一區(qū)域，該區(qū)域橋接源極304和漏極305之間的間隙。
這種構(gòu)成得到的介電層將會相對的薄。而這又會導致增大的飽和 漏電流和相應(yīng)降低的工作電壓。這些教導與很多印刷工藝相符合，并 且還與多種印刷基板相符合，該印刷基板包括實質(zhì)上堅硬的基板和柔 性的塑料基板。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下， 對上述的實施方案進行許多變形、改變以及合并，并且這種變形、改 變和合并也被看作是在本發(fā)明概念的范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種功能墨水，包括-介電載體；-設(shè)置在所述介電載體中的尺寸小于大約1000納米的多個介電微粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功能墨水，其中所述介電載體包括介電 樹脂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功能墨水，其中所述多個介電微粒的尺 寸小于大約50納米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功能墨水，其中所述多個介電微粒由鐵 電材料構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能墨水，其中所述鐵電材料包括 BaTi03。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功能墨水，其中所述多個介電微粒充分 均勻地設(shè)置在所述介電載體中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功能墨水，還包括分散劑和表面活性劑 中的至少一個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能墨水，其中所述介電載體和所述多 個介電微粒以各自的量存在，使得在應(yīng)用印刷和固化之后，所述多個 介電微粒包含所述功能墨水的大約60%的體積。
9. 一種方法，包括-提供基板；-提供功能墨水，包括 -介電載體；-設(shè)置在所述介電載體中的尺寸小于大約1000納米的多個介電微粒；-將所述功能墨水印刷在所述基板上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述基板包括柔性基板。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述柔性基板包括以下基 板中的至少一個-類紙基板； -塑料基板
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個介電微粒的尺寸 小于大約50納米。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個介電微粒由鐵電 材料構(gòu)成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述鐵電材料包括BaTi03。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個介電微粒充分均 勻地設(shè)置在所述介電載體中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述功能墨水還包括分散 劑和表面活性劑中的至少一個。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中印刷包括使用接觸印刷工 藝和非接觸印刷工藝中的至少一個來進行印刷。17.—種裝置，包括 -基板；-在基板上的由功能墨水構(gòu)成的印刷介電層，該功能墨水包含 -介電載體；-設(shè)置在所述介電載體中的尺寸小于大約200納米的多個介電微粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求n所述的裝置，其中所述裝置包括印刷半導體 器件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述多個介電微粒由鐵電 材料構(gòu)成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述多個介電微粒充分均 勻地設(shè)置在所述介電載體中。
全文摘要
一種適于用作印刷半導體器件(300)中的介電層(303)的功能墨水(200)，包括介電載體(201)和設(shè)置在該介電載體中的尺寸小于大約1000納米的多個介電微粒(202)。在優(yōu)選的方式中介電載體包括介電樹脂，并且介電微粒包括鐵電材料(例如，但是不局限于BaTiO₃)。因此可以通過特別的印刷技術(shù)將所提供的這種功能墨水涂覆到特別的基板(301)上，由此提供一種具有包含這種功能墨水的相對薄的介電層的最終印刷半導體器件，例如場效應(yīng)晶體管。
文檔編號C09D11/00GK101300315SQ200680040393
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者丹尼爾·R·加莫塔, 保羅·W·布拉齊斯, 安德魯·F·斯基波, 婕 張, 阿姆賈德·S·拉蘇爾 申請人:摩托羅拉公司