[发明专利]印刷式半导体器件及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种印刷式半导体器件及制作方法。

背景技术

半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，由此制成的器件如半导体二极管、三极管、场效应晶体管、晶闸管等在大量的电子工业领域有着极为广泛关键的应用。为此，围绕半导体器件的制造一直是电子工业领域的研究核心。顾名思义，半导体一般由导电部分、半导体部分及绝缘部分按一定结构组成。迄今，半导体器件的加工一直沿用十分复杂的制造工艺进行，程序相当复杂，能耗高，污染严重，清洁处理费用高，这使其一般主要在工业基础及资金雄厚的企业才有条件实施。之所以如此，是因为传统技术中用于构建半导体器件的材料本身属性所限。比如，器件中的导电部分一般通过高温沉积，要求的工艺条件较高；另外，众所周知，半导体材料按化学成分一般可分为元素半导体和化合物半导体两大类。其中，锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体则包括砷化镓、磷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物，硫化镉、硫化锌等Ⅱ-Ⅵ族化合物，锰、铬、铁、铜等的氧化物，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体如镓铝砷、镓砷磷等。由于这些材料的熔点通常极高，使得加工制造存在较大困难。可以想象，若半导体器件的整个制造工艺能以直接印刷的方式进行，则将可望实现高度快捷的生产制造，从而大幅度改观半导体工业的现状，直至建立高效、绿色化的半导体器件生产。为此，近年来研究者逐渐尝试改变传统半导体器件的制备工艺，努力简化制作过程，以期达到降低成本的目的，此方面的有益尝试如提出了有机半导体器件技术，通过采用有机物、聚合物和给体-受体络合物等半导体材料及其掺杂性复合材料，可使制造工艺得以简化，所实现的器件也表现出良好的柔性。然而，一个半导体器件中涉及导体、半导体和绝缘体等元件，已有的技术尚难以确保全部器件均能通过直接印刷的方式实现，比如即使有机半导体材料或绝缘材料可以采用喷涂方式印制，导体部分的印刷始终是一个瓶颈。我们知道，导体一般为金属如铜、铝等，其熔点极高，若要实现印刷，必须首先将其熔化并在极高的温度下喷涂，这显然会对器件上的低熔点有机半导体材料乃至基底造成破坏，因而，此种印刷途径实现的可能性较小。为此，人们提出有机或聚合物导体材料，但这类材料的导电性一般较差，且溶液化和可印刷性存在一定问题；为获得更好的溶液化，研究者们继而通过在有机或聚合物中添加高导电性纳米颗粒来实现可印刷的墨水，但实际的制造过程需要先印刷，再通过数百度以上的高温使这类墨水发生一定化学反应乃至烧结，才能最后沉积下所需的导体部件，所以，整个程序仍然相当复杂。总之，迄今国内外工业界尚未建立起快速简捷的可完全直接印刷、直接成型的半导体器件及其制作方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种印刷式半导体器件及制作方法，可全部直接印刷的室温附近或更高温下呈液态的低熔点金属墨水及其纳米复合物，从而发展出用以构建半导体器件的全部可印刷的全系列印刷墨水。

（二）技术方案

一种印刷式半导体器件，包括：基底、导电金属墨水、半导体墨水和绝缘型墨水，所述导电金属墨水含有0.1wt%～10wt%质量百分比低熔点液态金属的氧化物和0wt%～90wt%导电性纳米颗粒或半导体纳米颗粒，所述半导体墨水含有0.1wt%～90wt%质量百分比P型或N型半导体纳米颗粒和有机物，或所述半导体墨水含有0.1wt%～90wt%质量百分比P型或N型半导体纳米颗粒和聚合物，所述绝缘型墨水含有聚合物。

其中，所述导电金属墨水中含有的低熔点液态金属为：镓、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金或钠钾合金中的至少一种。

其中，所述半导体墨水中含有的有机物为：红荧烯或并五苯。

其中，所述半导体墨水中含有聚合物为：聚3-己基噻吩、聚3，3’-二烷基连四噻吩、聚3芳基胺。其中，所述绝缘型墨水中含有的聚合物为：聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂或聚乙烯苯酚。

其中，所述导电性纳米颗粒为粒径1nm～900nm的铂、金、银、铜、铁、铝、锑、铋、镉、锗、镍、铑、钽、铅、钨、铼、康铜、钨铼合金、镍镉合金、碳纳米管或石墨烯