用于印刷電子部件的功能材料的制作方法
【專利說(shuō)明】用于印刷電子部件的功能材料
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980154098.3的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2009年12月10日，發(fā)明名稱為“用于印刷電子部件的功能材料”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電子部件用的含鋁、鎵、釹、釕、鎂、鉿、鋯、銦和/或錫的前體和制備方法。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的印刷電子部件和適于這些的制造方法。
[0003]發(fā)明背景
[0004]為了印刷電子部件用于在大規(guī)模應(yīng)用(例如個(gè)體包裝上的RFID(=射頻識(shí)別)芯片)中，合意的是使用已有的大規(guī)模印刷法。一般而言，印刷電子部件和系統(tǒng)由多個(gè)材料部件，如導(dǎo)體(例如用于觸點(diǎn))、半導(dǎo)體(例如作為有源材料)和絕緣體(例如作為勢(shì)皇層)構(gòu)成。
[0005]制造工藝通常由沉積步驟(即將各自的材料施加到載體材料(襯底)上)和確保該材料的所需性質(zhì)的后繼工藝步驟構(gòu)成。就在大規(guī)模(例如輥到輥)加工中的適用性而言，使用撓性襯底(薄膜或箔)是合意的。之前的印刷電路制造工藝具有固有優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn):
[0006].傳統(tǒng)摶術(shù)(參見(jiàn)TO 2004086289):在此，以高成本方式組裝傳統(tǒng)Si邏輯單元和附加的結(jié)構(gòu)化或印刷部件(例如在RFID芯片的情況下，金屬天線)的混合體。但是，對(duì)實(shí)際大批量應(yīng)用而言，該方法被認(rèn)為太復(fù)雜。
[0007]?有機(jī)材料(參見(jiàn) DE 19851703.ffO 2004063806.ffO 2002015264):這些系統(tǒng)是基于來(lái)自液相的聚合物的印刷電子部件。這些系統(tǒng)與之前已知的材料(傳統(tǒng)技術(shù))的區(qū)別在于由溶液簡(jiǎn)單加工。在此要考慮的唯一工藝步驟是溶劑的干燥。但是，在例如半導(dǎo)體或?qū)w材料的情況下，可實(shí)現(xiàn)的性能由于限制材料特有的性質(zhì)而受到限制，例如由于所謂跳躍機(jī)制，電荷載流子迀移率〈lOcmVVs。這種限制影響應(yīng)用的可能性:印刷晶體管的效率隨半導(dǎo)體通道的尺寸降低而提高，目前使用大規(guī)模工藝不能印刷小于?40微米的半導(dǎo)體通道。該技術(shù)的進(jìn)一步限制是有機(jī)組分對(duì)環(huán)境條件的敏感性。這使生產(chǎn)過(guò)程中的工藝性能復(fù)雜化并可能造成印刷部件的壽命縮短。
[0008].無(wú)機(jī)材料:由于與有機(jī)材料不同的固有性質(zhì)(例如對(duì)紫外誘發(fā)的降解的穩(wěn)定性)，這類材料通常具有在印刷電子部件中使用時(shí)效率更高的潛力。
[0009]原則上，在該領(lǐng)域中可以使用兩種不同的方法:
[0010]i)由氣相制備且無(wú)附加工藝步驟:在這種情況下，可以制造極好絕緣的薄層，但相關(guān)的高成本真空技術(shù)和緩慢的層生長(zhǎng)限制了在大規(guī)模市場(chǎng)中的應(yīng)用。
[0011]ii)以前體材料開始的濕化學(xué)制備，其中例如通過(guò)旋涂或印刷法由液相施加材料(參見(jiàn)US 6867081, US 6867422, US 2005/0009225)。在一些情況下，也使用無(wú)機(jī)材料和有機(jī)基質(zhì)的混合物(參見(jiàn)US 2006/0014365)。
[0012]為了確保整個(gè)制成的層中的電性質(zhì)，通常需要除溶劑蒸發(fā)外的工藝步驟。在所有情況下，必須制造帶有相互交集的區(qū)域的形態(tài)，其中來(lái)自濕相的前體另外轉(zhuǎn)化成所需活性材料。這產(chǎn)生所需功能(在半導(dǎo)體的情況下:高的電荷載流子迀移率)。該加工因此在>300°C的溫度下進(jìn)行，但這阻礙該方法用于薄膜涂布。
[0013]MgO的前體材料的應(yīng)用的實(shí)例例如描述在Stryckmans等人的Thin Solid Films1996，283，17中(在260°C以上由乙酰丙酮化鎂獲得)或Raj等人的Crystal Research andTechnology 2007, 42，867中(以許多步驟從300°C由乙酸鎂獲得)。在這兩種情況下，使用噴霧熱解由氣相沉積層。在這種情況下，將溶液噴到加熱的襯底(高于400°C )上并任選在更高溫度下后處理。必需的高溫阻礙其用于印刷法中。
[0014]可溶ZrO2前體材料的應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例描述在Ismail等人Powder Technology1995，85，253中(由乙酰丙酮酸鋯在200至600°C之間經(jīng)多個(gè)小時(shí)獲得)。
[0015]可溶把02的應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例例如由Zherikova等人Journal of ThermalAnalysis and Calorimetry 2008, 92, 729 已知(由乙酰丙酮給在 T = 150 至 500°C之間經(jīng)多個(gè)小時(shí)獲得)。
[0016]在借助化學(xué)氣相沉積(CVD)的氣相層沉積中使用二酮化物，如鋯和鉿的乙酰丙酮合物。在此，化合物在高真空中蒸發(fā)并沉積在加熱的襯底(500°C以上)上。經(jīng)由許多離散的中間體轉(zhuǎn)化成氧化物陶瓷，盡管這些不用作功能材料。確保指定反應(yīng)的高溫因此是必須的，這阻礙了印刷法中的引用。
[0017]為了制備氧化銦錫(縮寫為“ΙΤ0”)，所用前體是例如在胺，如乙醇胺存在下的錫和銦鹽的溶膠(Prodi 等人 Journal of Sol-Gel Science and Technology 2008, 47, 68)。其中在500-600°C以上的溫度下轉(zhuǎn)化成氧化物。必需的高溫阻礙其用于熱敏襯底上的印刷法。
[0018]非晶半導(dǎo)體氧化物陶瓷的制備是引人關(guān)注的(K.Nomura等人Nature2004,432,488-492 ；H.Hosono Journal of Non-Crystal line Solids2006，352，851-858 ;T.Kamiya 等人 Journal of Display Technology 2009, 5, 273-288) o在此詳細(xì)研宄了銦-鎵-錫-鋅-氧相體系。典型實(shí)例是氧化銦鎵鋅(縮寫為“IGZ0”)和氧化鋅錫(縮寫為“ΖΤ0”)以及氧化銦鋅錫(縮寫為“ΙΖΤ0”)。
[0019]通常通過(guò)氣相進(jìn)行半導(dǎo)體層的沉積，但基于溶液的方法也是已知的。但是，在此所用的溶膠使得相對(duì)較高的加工溫度成為必需。氧化鋅錫可以在堿，如乙醇胺存在下由無(wú)水氯化錫(II)或乙酸錫(II)和六水合乙酸鋅獲得。在空氣中，根據(jù)煅燒過(guò)程中的反應(yīng)性能，在至少 350 °C (D.Kim 等人 Langmuir 2009, 25, 11149-11154)或 400-500 °C (S.J.Seo等人 Journal of Physics D:Applied Physics, 2009, 42, 035106)下轉(zhuǎn)化成氧化物(錫組分氧化)。氧化銦鋅錫由在乙二醇中的無(wú)水氯化銦、氯化鋅和氯化錫(II)通過(guò)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)和隨后在600°C下鍛燒獲得(D.H.Lee等人Journal of Materials Chemistry2009，19，3135-3137)。
[0020]用于制造印刷電路的這些傳統(tǒng)前體在大規(guī)模印刷引用的批量生產(chǎn)中的用途有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的因此是提供無(wú)機(jī)材料，其介電、半導(dǎo)體和導(dǎo)電性質(zhì)可以一方面通過(guò)材料組成調(diào)節(jié)，另一方面通過(guò)該印刷材料的制備方法調(diào)節(jié)。為此，目標(biāo)是開發(fā)保留了無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)的材料體系。應(yīng)可以通過(guò)印刷法由濕相加工該材料。應(yīng)使用只要求低能量輸入的工藝步驟產(chǎn)生在每種情況下在平坦和撓性襯底上需要的材料的電子效率。
[0022]本發(fā)明涉及如下方面:
[0023]1.用于涂布電子部件的前體，其特征在于其包含含有至少一個(gè)選自肟酸根類的配體的有機(jī)金屬鋁、鎵、釹、釕、鎂、鉿、鋯、銦和/或錫絡(luò)合物或它們的混合物。
[0024]2.根據(jù)前述第I項(xiàng)的前體，其特征在于該配體是2_(甲氧基亞氨基)鏈烷酸根、2-(乙氧基亞氨基)鏈烷酸根或2-(羥基亞氨基)-鏈烷酸根。
[0025]3.根據(jù)前述第I和/或2項(xiàng)的前體，其特征在于其可印刷并以印刷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)中的印刷墨或印刷糊形式使用。
[0026]4.具有下列薄層的印刷電子部件:
[0027].剛性或撓性的導(dǎo)電襯底或具有導(dǎo)電層的絕緣襯底(柵)
[0028].包含可由根據(jù)前述第I至3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的相應(yīng)前體獲得的鋁、鎵、釹、鎂、鉿或鋯氧化物的絕緣體
[0029].至少一個(gè)電極(漏極)
[0030].半導(dǎo)體。
[0031]5.具有下列薄層的印刷電子部件:
[0032].包含可由根據(jù)前述第I至3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的相應(yīng)前體獲得的氧化銦錫(ITO)的剛性或撓性的導(dǎo)電襯底或具有導(dǎo)電層的絕緣襯底(柵)
[0033].絕緣體
[0034].至少一個(gè)電極(漏極)
[0035].半導(dǎo)體。
[0036]6.具有下列薄層的印刷電子部件:
[0037].剛性或撓性的導(dǎo)電襯底或具有導(dǎo)電層的絕緣襯底(柵)
[0038].絕緣體
[0039].至少一個(gè)電極(漏極)
[0040]?半導(dǎo)體，其包含可由根據(jù)前述第I至3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的相應(yīng)前體獲得的氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅錫(ZTO)。
[0041]7.根據(jù)前述第4、5和/或6項(xiàng)的印刷電子部件，其特征在于該襯底可以是剛性襯