用于印刷電子部件的功能材料的制作方法
【專利說明】用于印刷電子部件的功能材料
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00980154098.3的發(fā)明專利申請的分案申請，原申請的申請日為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”。
技術領域
[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)模應用(例如個體包裝上的RFID(=射頻識別)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)由多個材料部件，如導體(例如用于觸點)、半導體(例如作為有源材料)和絕緣體(例如作為勢皇層)構成。
[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)點以及缺點:
[0006].傳統(tǒng)摶術(參見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構化或印刷部件(例如在RFID芯片的情況下，金屬天線)的混合體。但是，對實際大批量應用而言，該方法被認為太復雜。
[0007]?有機材料(參見 DE 19851703.ffO 2004063806.ffO 2002015264):這些系統(tǒng)是基于來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)的區(qū)別在于由溶液簡單加工。在此要考慮的唯一工藝步驟是溶劑的干燥。但是，在例如半導體或?qū)w材料的情況下，可實現(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制，電荷載流子迀移率〈lOcmVVs。這種限制影響應用的可能性:印刷晶體管的效率隨半導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微米的半導體通道。該技術的進一步限制是有機組分對環(huán)境條件的敏感性。這使生產(chǎn)過程中的工藝性能復雜化并可能造成印刷部件的壽命縮短。
[0008].無機材料:由于與有機材料不同的固有性質(zhì)(例如對紫外誘發(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效率更高的潛力。
[0009]原則上，在該領域中可以使用兩種不同的方法:
[0010]i)由氣相制備且無附加工藝步驟:在這種情況下，可以制造極好絕緣的薄層，但相關的高成本真空技術和緩慢的層生長限制了在大規(guī)模市場中的應用。
[0011]ii)以前體材料開始的濕化學制備，其中例如通過旋涂或印刷法由液相施加材料(參見US 6867081, US 6867422, US 2005/0009225)。在一些情況下，也使用無機材料和有機基質(zhì)的混合物(參見US 2006/0014365)。
[0012]為了確保整個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的溫度下進行，但這阻礙該方法用于薄膜涂布。
[0013]MgO的前體材料的應用的實例例如描述在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前體材料的應用的一個實例描述在Ismail等人Powder Technology1995，85，253中(由乙酰丙酮酸鋯在200至600°C之間經(jīng)多個小時獲得)。
[0015]可溶把02的應用的一個實例例如由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)多個小時獲得)。
[0016]在借助化學氣相沉積(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]非晶半導體氧化物陶瓷的制備是引人關注的(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在此詳細研宄了銦-鎵-錫-鋅-氧相體系。典型實例是氧化銦鎵鋅(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]通常通過氣相進行半導體層的沉積，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)煅燒過程中的反應性能，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水氯化銦、氯化鋅和氯化錫(II)通過與氫氧化鈉溶液反應和隨后在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機材料，其介電、半導體和導電性質(zhì)可以一方面通過材料組成調(diào)節(jié)，另一方面通過該印刷材料的制備方法調(diào)節(jié)。為此，目標是開發(fā)保留了無機材料的優(yōu)點的材料體系。應可以通過印刷法由濕相加工該材料。應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選自肟酸根類的配體的有機金屬鋁、鎵、釹、釕、鎂、鉿、鋯、銦和/或錫絡合物或它們的混合物。
[0024]2.根據(jù)前述第I項的前體，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項的前體，其特征在于其可印刷并以印刷的場效應晶體管(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].剛性或撓性的導電襯底或具有導電層的絕緣襯底(柵)
[0028].包含可由根據(jù)前述第I至3中一項或多項的相應前體獲得的鋁、鎵、釹、鎂、鉿或鋯氧化物的絕緣體
[0029].至少一個電極(漏極)
[0030].半導體。
[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中一項或多項的相應前體獲得的氧化銦錫(ITO)的剛性或撓性的導電襯底或具有導電層的絕緣襯底(柵)
[0033].絕緣體
[0034].至少一個電極(漏極)
[0035].半導體。
[0036]6.具有下列薄層的印刷電子部件:
[0037].剛性或撓性的導電襯底或具有導電層的絕緣襯底(柵)
[0038].絕緣體
[0039].至少一個電極(漏極)
[0040]?半導體，其包含可由根據(jù)前述第I至3中一項或多項的相應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項的印刷電子部件，其特征在于該襯底可以是剛性襯