JP5106414B2 - 濃厚なフィルム半導体インク - Google Patents
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Description
1. 公知のバルク相と比較して異なる構造および組成;
2. 表面状態およびプロセスを優勢にする、バルク相と比較してより高い粒子の体積に対する比表面積;および
3. 対象のサイズが基礎励起の波長およびコヒーレンス長と同等または小さい場合の量子閉じ込め効果(電子状態、光波長またはフォノン励起)。
方法は、バインダーと、エタノール、アセトンまたはラッカーシンナーのような溶媒とを混合することを含むことができる。
組成物は、バインダーおよび粒子を含むラッカーとして基体に適用することができ、あるいはバインダー、粒子および溶媒を含むワニスとして適用することができる。
粒子半導体材料は、5ナノメートルないし10マイクロメートルの範囲、好ましくは50ないし500ナノメートルの範囲の粒径を有することができる。典型的な例において、粒径の範囲は100ないし300ナノメートルとすることができる。
方法の好ましい形態において、粒子半導体材料はケイ素を含む。
好ましくは、印刷可能な組成物は通常の条件下で硬化させる。
基体は剛直または可撓性のあるものとすることができ、例えば、金属、ガラス、プラスチックおよび紙とすることができる。
印刷可能な組成物は、0.1ないし500マイクロメートルの範囲の厚さを有する層で適用することができる。
典型的には、層はほぼ100マイクロメートルの厚さを有する。
本発明は、印刷可能な組成物、およびそれぞれの方法によって製造される電子コンポーネントまたは導体に広がる。
図1(a)は、本発明の第一の形態に係る、基体上に沈積したバインダー層における分散した半導体粒子を説明する概略断面図であり;
第1の例は、自己重合型バインダーとして未熟なアマニ油を含むナノ微粒子ケイ素からなる半導体インクの製造に関する。ケイ素ナノ粒子は、バルクケイ素のオービタル粉砕機中での3時間の機械的摩滅によって製造した。単一結晶ウェハー、ホウ素ドープP型およびアンチモンドープN型および冶金等級のシリコンを用いた。典型的な粒径は100ないし300nmであった。インクは、最初に油を担体溶媒としてのエタノールで希釈し、ついで、油に対して90%を超える高体積比でナノ粒子を分散することによって製造した。ついで、典型的には100マイクロメートル厚の層を紙基体に印刷した。ホール効果測定についての電気的連結を、印刷可能な銀導体スクリーン印刷インク(Du Pont 5000)を用いて適用した。ホール効果によって決定した主なキャリア移動度および濃度を下記の表2に示す。
第2の例は、自己重合型バインダーとして異なる天然油および冶金等級ケイ素ナノ粒子を用いて製造した半導体インクの製造に関する。ケイ素ナノ粒子は、オービタル粉砕機中での180分間のバルク材料の機械的摩滅によって製造した。インクは、20μlの油と0.5gのケイ素粉体とを混合し、50μlの商業的ラッカーシンナーで薄めて完全に濡らすことによって製造した。ついで、混合物を超音波糟中で40分間振とうして、ケイ素粉体を均一に分散させた。以下の油を比較した:アマニ油;ヒマシ油;ダイズ油;キンセンカ油;およびキンセンカ油;およびキンセンカ油と非乾性油との混合物。
第3の例は、半導体インクにおける脂肪酸、リノレン酸(9シス−12シス−15−シス−オクタデカトリエン酸)およびリノール酸(9シス−12シス−オクタデカジエン酸)の使用に関する。バインダー特性を簡単に比較するために、標準化した試験構造およびインク組成を用いた。
Claims (26)
- 一定量の粒子半導体材料粒子と一定量のバインダーとを混合して半導体特性を有するインクを製造することを含み、ここに該粒子が5ナノメートルないし10マイクロメートルの範囲の粒径および半導体機能性を有することおよび該粒子がケイ素を含むことを特徴とし、該バインダーが天然油またはその誘導体もしくは合成類似物を含む自己重合型材料であることを特徴とする印刷可能な半導体インクを製造する方法。
- バインダーが、天然油、または対応する脂肪酸の純粋な不飽和脂肪酸、モノ−およびジ−グリセリド、もしくはメチルおよびエチルエステルを含むその誘導体よりなる前駆体の自己重合によって形成される天然ポリマーを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- バインダーが、乾性または半乾性油、または乾性および半乾性油の混合物を含むことを特徴とする請求項2記載の方法。
- 油が、1またはそれを超えるオクタデカン酸、オクタデカジエン酸および/またはオクタデカトリエン酸を含む乾性油であることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 乾性油がアマニ油またはキリ油であることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 油がダイズ油、綿実油またはヒマシ油を含む半乾性油であることを特徴とする請求項3記載の方法。
- バインダーがオクタデカジエン酸またはオクタデカトリエン酸、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項2記載の方法。
- バインダーがリノレン酸であることを特徴とする請求項7記載の方法。
- バインダーと溶媒とを混合することを含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
- 溶媒がエタノール、アセトンまたはラッカーシンナーを含むことを特徴とする請求項9記載の方法。
- バインダーに対する粒子半導体材料の体積比が50%よりも大きいことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
- バインダーに対する粒子半導体材料の体積比が80%よりも大きいことを特徴とする請求項11記載の方法。
- 粒子半導体材料が50ナノメートルないし500ナノメートルの粒径を有する請求項1ないし12のいずれか1項に記載の方法。
- 粒子半導体材料が100ナノメートルないし300ナノメートルの粒径を有することを特徴とする請求項13記載の方法。
- 請求項1ないし14のいずれか1項に記載の方法に従って半導体インクを調製し、半導体インクを基体に適用し、ついで半導体インクを硬化させて基体上にコンポーネントまたは導体を形成することを含む電子コンポーネントまたは導体を製造する方法。
- バインダーおよび粒子半導体材料を含むラッカーとして基体に半導体インクを適用することを含むことを特徴とする請求項15記載の方法。
- バインダー、粒子半導体材料および溶媒を含むワニスとして基体に半導体インクを適用することを含むことを特徴とする請求項15記載の方法。
- 単一の適用で半導体インクを適用することを含むことを特徴とする請求項15ないし17のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体インクを複数層で適用して望ましい半導体特徴を有する電子コンポーネントを形成することを含むことを特徴とする請求項15ないし17のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体インクを通常の条件下で硬化させることを含むことを特徴とする請求項15ないし19のいずれか1項に記載の方法。
- 基体が剛直であって金属、ガラスまたはプラスチックまたは紙を含むことを特徴とする請求項15ないし20のいずれか1項に記載の方法。
- 基体が可撓性であって金属、プラスチックまたは紙を含むことを特徴とする請求項15ないし20のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体インクを0.1ないし500マイクロメートルの厚さを有する層で基体に適用することを含むことを特徴とする請求項15ないし22のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体インクを約100マイクロメートルの厚さを有する層で基体に適用する請求項23記載の方法。
- 請求項1ないし14のいずれか1項に記載の方法によって製造した半導体インク。
- 請求項15ないし24のいずれか1項に記載の方法によって製造した電子コンポーネントまたは導体。
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