互連為電路的三端印刷裝置的制造方法【專利說明】互連為電路的三端印刷裝置[0001]相關(guān)串請(qǐng)案的交叉參考[0002]本申請(qǐng)案是基于由理查德.奧斯汀.布蘭查德(RichardAustinBlanchard)于2013年3月14日申請(qǐng)的第61/785，357號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案，所述申請(qǐng)案被讓渡給本受讓人且以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域：
[0003]本發(fā)明涉及印刷預(yù)成形微觀三端裝置，例如晶體管或其它電路?！?br>背景技術(shù)：
】[0004]通過本受讓人自身的工作了解如何以適當(dāng)定向在導(dǎo)電襯底上形成及印刷微觀兩端垂直發(fā)光二極管(LED)及將LED并聯(lián)連接?？捎跇?biāo)題為“制造二極管的可印刷液體或膠體懸浮合成物的方法(MethodofManufacturingaPrintableComposit1nofLiquidorGelSuspens1nofD1des)”的美國(guó)申請(qǐng)公開案US2012/0164796中找到此類LED印刷的細(xì)節(jié)，所述案被讓渡給本受讓人且以引用的方式并入本文中。[0005]圖1是可使用下列工藝印刷的LED16的層的橫截面圖。每一LED16包含標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體GaN層，包含η層及活性層以及ρ層。[0006]LED晶片(含有數(shù)千個(gè)垂直LED)經(jīng)制作使得每一LED16的底部金屬陰極電極18包含反射層。每一LED16的頂部金屬陽極電極20為小的以允許幾乎所有LED光逸出陽極偵U。通過粘著劑接合到LED晶片的“頂部”表面的載體晶片可用于接達(dá)到LED的兩側(cè)以進(jìn)行金屬化。隨后，例如通過圍繞每一LED向下蝕刻溝槽到粘著層及溶解暴露的晶片接合的粘著層或通過薄化載體晶片而切分LED16。[0007]隨后，將微觀LED均勻浸泡于包含粘度改質(zhì)聚合物樹脂的溶劑中，以形成用于印刷(例如絲網(wǎng)印刷或膠版印刷)的LED墨水。[0008]如果需在印刷后使陽極電極20定向在與襯底22相反的方向上，那么使電極20較高以使得LED16在安定在襯底表面上時(shí)通過流體壓力而在溶劑中旋轉(zhuǎn)。LED16旋轉(zhuǎn)到最小電阻的定向。已實(shí)現(xiàn)超過90%的類似定向。[0009]在圖1中，提供起始襯底22。如果襯底22本身不導(dǎo)電，那么例如通過印刷在襯底22上沉積反射導(dǎo)體層24(例如，鋁)。[0010]隨后，例如通過使用適當(dāng)網(wǎng)進(jìn)行絲網(wǎng)印刷或通過膠版印刷在導(dǎo)體層24上印刷LED16，以控制層的厚度。由于相對(duì)較低濃度，LED16將被印刷為單層，且相當(dāng)均勻地分布在導(dǎo)體層24上方。[0011]隨后，使用例如紅外線爐而使溶劑熱蒸發(fā)。在固化后，LED16保持附接到下伏導(dǎo)體層24，其中溶解在LED墨水中的少量殘余樹脂作為粘度改質(zhì)劑。樹脂的粘著性質(zhì)及在固化期間LED16下方的樹脂的量的減小會(huì)將底部LED電極18壓抵在下伏導(dǎo)體24上，從而與其進(jìn)行歐姆接觸。[0012]隨后，在表面上方印刷電介質(zhì)層26以囊封LED16且進(jìn)一步將其固定在適當(dāng)位置中。[0013]隨后，在電介質(zhì)層26上方印刷頂部透明導(dǎo)體層28以電接觸電極20且在適于所使用的透明導(dǎo)體類型的爐中固化頂部透明導(dǎo)體層28。[0014]隨后沿著導(dǎo)體層24及28的相反邊沿印刷金屬匯流條30到33，且金屬匯流條30到33分別電終接在陽極及陰極引線(未展示)用于供電給LED16。匯流條30到33最終將連接到正或負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。[0015]圖2是圖1的俯視圖。圖2的橫截面是圖3的水平對(duì)分。[0016]如果將適當(dāng)電壓差施加到陽極及陰極引線，那么具有適當(dāng)定向的所有LED16將被照明。圖1展示光線38。[0017]上述工藝嚴(yán)格結(jié)合具有頂部電極及底部電極的兩端裝置使用，這是因?yàn)長(zhǎng)ED在襯底上的位置是隨機(jī)的，且僅可通過將LED夾置于任何厚度的兩個(gè)導(dǎo)電層之間而互連LED。[0018]將期望調(diào)適上述工藝以產(chǎn)生除并聯(lián)連接的垂直LED外的印刷電路。許多類型的電組件使用三個(gè)端子，例如MOSFET、雙極晶體管、JFET、晶閘管、硅控整流器等。此類組件通常針對(duì)橫向裝置在頂部上具有三個(gè)端子，或針對(duì)垂直裝置在頂部上具有兩個(gè)端子且在底部上具有一個(gè)端子。已知通過在襯底上方印刷各種晶體管層而形成薄膜晶體管，但是此類晶體管的性能歸因于印刷單晶體的困難而不良。如果晶體管(或其它三端裝置)可更常規(guī)地形成在半導(dǎo)體晶片中且隨后經(jīng)切分以產(chǎn)生作為墨水印刷的微觀裝置，那么裝置的質(zhì)量可為第一流的。然而，迄今為止，尚不知道如何設(shè)計(jì)此類裝置或在印刷后使此類三端微觀裝置互連?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，形成三端裝置(例如晶體管)的半導(dǎo)體晶片。晶體管可基于硅。所述裝置經(jīng)形成在晶片中以具有底部電極、頂部電極及定位于裝置的頂部與底部之間某處的架子上的中間電極。起始晶片(例如，硅)最終通過粘著劑貼附到載體晶片以在制作晶體管時(shí)可接達(dá)到所述裝置的兩個(gè)表面。[0020]通過圍繞每一裝置形成溝槽而將裝置切分為個(gè)別裝置，例如以形成六邊形裝置。溝槽向下延伸到粘著層且粘著層溶解在溶液中，從而從載體晶片釋放所有裝置。[0021]隨后，將裝置均勻混合到溶液中以形成墨水。裝置的形狀導(dǎo)致其大多數(shù)以所需定向印刷在襯底上。[0022]隨后，將裝置印刷在襯底上方的導(dǎo)體層上，且使墨水固化(加熱及蒸發(fā))，使得底部電極與此第一導(dǎo)體層進(jìn)行歐姆接觸。歸因于溶液中的裝置的相對(duì)低密度，裝置將被印刷為單層。[0023]在所有印刷步驟中，印刷可通過絲網(wǎng)印刷或通過膠版印刷進(jìn)行。膠版印刷更有益于卷帶式工藝。[0024]隨后，在第一導(dǎo)體層上方印刷第一電介質(zhì)層。第一電介質(zhì)層未覆蓋中間電極。隨后，印刷第二導(dǎo)體層，其接觸中間電極但未覆蓋頂部電極。各種薄的經(jīng)印刷層通過強(qiáng)表面張力而自平坦化，使得層未覆蓋“高于”層的厚度的任何特征?；蛘?，層可在固化后經(jīng)毯覆式蝕刻以暴露任何電極。[0025]隨后，在第二導(dǎo)體層上方印刷第二電介質(zhì)層，但未覆蓋頂部電極。隨后，印刷第三或頂部導(dǎo)體層以接觸裝置的頂部電極。[0026]因此，裝置的頂部電極并聯(lián)連接，底部電極并聯(lián)連接，且中間電極(或其子集)并聯(lián)連接，以傳導(dǎo)廣泛范圍的電流。[0027]隨后，可印刷金屬匯流條以接觸三個(gè)導(dǎo)體層中的一或多者，且將層耦合到適當(dāng)操作電壓及控制電壓。[0028]選擇三個(gè)電極的功能，使得在一些裝置經(jīng)倒置印刷或形成不良連接的情況下，對(duì)適當(dāng)定向的裝置的功能無不利影響。[0029]襯底的不同區(qū)域可印刷有不同裝置或相同裝置，且每一區(qū)域中的裝置被并聯(lián)連接。各種區(qū)域可通過經(jīng)印刷的跡線互連以形成電路。此類電路可形成邏輯門或可切換LED或更復(fù)雜電路。[0030]在另一實(shí)施例中，兩個(gè)電極形成在裝置的頂部表面上且一個(gè)電極形成在底部表面上。裝置的頂部上的金屬鰭片允許在固化前使用電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制裝置的旋轉(zhuǎn)定向。在印刷期間使用疏水掩模將裝置印刷為窄條狀物，使得裝置被印刷為一條線。底部導(dǎo)體層接觸底部電極，且兩個(gè)經(jīng)印刷平坦導(dǎo)體層接觸頂部上的兩個(gè)電極。[0031]印刷工藝可使用大氣壓下的卷帶式工藝。[0032]揭示其它實(shí)施例?！靖綀D說明】[0033]圖1是可使用受讓人的現(xiàn)有技術(shù)工藝形成的經(jīng)印刷微觀垂直LED的單層的橫截面。[0034]圖2是圖1的結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中圖1是水平對(duì)分圖2而取得。[0035]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的已從晶片切分的單個(gè)三端晶體管的透視圖。所述裝置經(jīng)混合到溶液中以形成用于印刷在襯底上的墨水。[0036]圖4是使用導(dǎo)體層的三個(gè)平面并聯(lián)連接的晶體管的經(jīng)印刷層的小部分的橫截面。[0037]圖5圖解說明圖4的晶體管如何可為npn雙極晶體管。[0038]圖6圖解說明圖4的晶體管如何可為ρ溝道MOSFET。[0039]圖7及8是晶體管的底部表面上的金屬設(shè)計(jì)的一些實(shí)例，所述設(shè)計(jì)增大電連接的可靠性且確保晶體管將實(shí)質(zhì)上垂直地被支撐在底部導(dǎo)體層上。[0040]圖9及10圖解說明一些晶體管在印刷時(shí)可如何由于晶體管的不當(dāng)定向而“不正確地”互連，其中互連未不利影響適當(dāng)定向的晶體管的功能。[0041]圖11是識(shí)別MOSFET及雙極晶體管的頂部電極、底部電極及中間電極的優(yōu)選功能的圖表。[0042]圖12圖解說明可用于形成電路的卷帶式工藝。[0043]圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的頂部上具有兩個(gè)端子的另一三端晶體管的俯視圖，其中突出鰭片用于實(shí)現(xiàn)晶體管的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)定向。[0044]圖14是沿著線14-14的圖13的晶體管的橫截面圖。[0045]圖15是沿著線15-15的圖13的晶體管的橫當(dāng)前第1頁1 2 3