CN108467628A - 一种半导体纳米墨水 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体纳米墨水，包括以下组份及各自重量份：半导体粉末30‑80份，溶剂水20‑70份，所述半导体粉末为锗粉、铪粉、铋粉中的一种或多种，且表面有包覆物；本发明采用金属半导体粉末代替非金属半导体粉末，所得纳米墨水最终得到的成品合格率高，耐老化性能好，使用寿命长；并且本发明中的溶剂为水，不使用有机溶剂，能够降低VOC的排放，对环境的污染大大降低，得到一种环境友好型的半导体纳米墨水；本发明中的半导体粉末表面有一层包覆物，提高了半导体粉末的稳定性，在溶剂中能够良好的分散。

Description

一种半导体纳米墨水
技术领域
本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种半导体纳米墨水。
背景技术
人们在研究中发现，当固体材料的尺寸减小到纳米尺度时，其性质将发生剧烈变化。对于半导体而言，当粒子尺寸相当于电子的德布罗意波长、激子的平均自由程或声子波长时，就会发生这种性质上的剧烈变化。纳米颗粒行为对其尺寸的相关性表明，纳米颗粒的物理和化学性质可以在很宽的范围内调制。尤其是在力学、光学、电学及磁学等方面的变化行为，纳米材料在信息、能源、环境、生命和建筑等领域都表现出广阔的应用前景。在典型的分子固体中，分子之间的作用力比分子内化学键合力要小得多，因此分子固体的性能是由单个分子性质综合起来而得到的，分子间作用力只能起到微弱的干扰作用。分子间作用力太弱，所以分子间的相互作用一般都局限于相邻的分子，所以晶体的大小对分子晶体的电学性能没有太大的影响。而半导体材料是由有序原子形成的网状结构，不存在所谓的分子单元。随着半导体材料与结构研究的不断深入，使得半导体材料在微电子学、光伏器件、成像与显示技术以及薄膜涂层等领域的应用潜力不断得到开发，将成为下一代新型量子效应器件和光电器件的有力候选者。随着国内市场和国际市场需求的不断扩大，电子计算机通讯行业和信息处理行业高速发展，相应的控制面板及中央处理器所需材料的性能要求也越来越高，特别是在这类处理器元件上一些关键而细小的组件之间，需要使用微小而精密的特殊细线材料进行链接。使用传统的半导体墨水存在制成组件良率偏低，老化要求比较差寿命短等缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种半导体纳米墨水。
本发明提供一种半导体纳米墨水，包括以下组份及各自重量份：半导体粉末30-80份，溶剂水20-70份，所述半导体粉末为锗粉、铪粉、铋粉中的一种或多种，且表面有包覆物。
优选的，所述半导体粉末微细形貌为球形、片状或树枝状。
优选的，所述半导体粉末表面的包覆物为聚乙烯吡咯烷酮、水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯、水性氯醋树脂中的一种或多种。
优选的，所述半导体粉末表面的包覆物为聚乙烯吡咯烷酮。
优选的，所述半导体粉末的D50分布范围为1.0-100.0nm。
优选的，所述半导体粉末的D50分布范围为10.0-50.0nm。
本发明中半导体纳米墨水制备最优选的原料重量份为半导体粉末60份，溶剂水40份，半导体粉末的最优选组成为锗粉和铪粉以质量比3:1混合，半导体粉末表面的包覆物最优选为聚乙烯吡咯烷酮和水性聚氨酯。采用上述最优选的方案制备的半导体纳米墨水得到的结构件合格率达到了99.6％，耐老化时间达到了2100h。
本发明的有益效果是：目前用于制造半导体装置的器件所用的纳米墨水大多数是使用非金属半导体粉末制作的(如硅粉)，容易出现制成的组件良率偏低，耐老化性能差，导致寿命短，限制了其应用。本发明采用金属半导体粉末代替非金属半导体粉末，所得纳米墨水最终得到的成品合格率高，耐老化性能好，使用寿命长；并且本发明中的溶剂为水，不使用有机溶剂，能够降低VOC的排放，对环境的污染大大降低，得到一种环境友好型的半导体纳米墨水；本发明中的半导体粉末表面有一层包覆物，提高了半导体粉末的稳定性，在溶剂中能够良好的分散。
本发明中的半导体粉末材料为纳米颗粒，具有较高的比表面自由能和比表面积，处于不稳定状态，纳米粒子极易发生团聚，如果不及时对它进行分散处理，则团聚的粉体就不能完全保持其优异的性能，因此对其表面进行包覆。表面包覆是通过在粉末表面包覆一层或几层有机或无机材料，从而改变颗粒间的分散性以及颗粒表面的活性，让纳米颗粒表面能够获得新的物理、化学性能，同时也可以改善纳米颗粒和其他物质之间的相容性。本发明中的半导体粉末材料表面包覆有聚乙烯吡咯烷酮、水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯、水性氯醋树脂中的一种或多种，大大提高了半导体粉末的稳定性，在溶剂中能够良好的分散。
本发明中采用的半导体粉末材料为锗粉、铪粉、铋粉中的一种或多种，混合半导体粉末的应用改善了单一半导体粉末所得半导体纳米墨水的附着力、耐老化性等方面的不足，使最终所得产品的性能得到了大大改善。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
将表面包覆聚乙烯吡咯烷酮且D50为1.0nm的铪粉45g和表面包覆聚乙烯吡咯烷酮且D50为100.0nm的铋粉5g，水50g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入打印机(Rabbit Proto)中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在50℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件A。
实施例2
将表面包覆水性聚氨酯且D50为10.0nm的锗粉45g和表面包覆聚乙烯吡咯烷酮且D50为30.0nm的铪粉15g，水40g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在50℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件B。
实施例3
将表面包覆水性聚丙烯酸酯和水性氯醋树脂且D50为40.0nm的铋粉30g，水70g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在70℃下干燥30分钟后进行测试，标记为结构件C。
实施例4
将表面包覆水性聚氨酯且D50为20.0nm的锗粉70g，水30g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在80℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件D。
实施例5
将表面包覆水性聚氨酯且D50为10.0nm的铋粉45g，表面包覆水性聚氨酯、水性聚丙烯酸酯和水性氯醋树脂且D50为40.0nm的铪粉25g和表面包覆水性聚氨酯且D50为50.0nm的锗粉10g，水20g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在50℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件E。
对比例1
将D50为10.0nm的锗粉45g和D50为30.0nm的铪粉15g，水40g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在50℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件F。
对比例2
将表面包覆水性聚氨酯且D50为20.0nm的硅粉70g，水30g加入容器中，搅拌混合均匀，得到半导体纳米墨水。将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在80℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件G。
对比例3
采用申请号200680049004.2中的方法得到厚膜半导体油墨，将墨水装入喷头中进行喷墨，打印成30μm宽，200μm长的细线，作为链接元器件之间的材料，在80℃下干燥10分钟后进行测试，标记为结构件H。
对比例1与实施例2是单因素的对比，对比例2与实施例4是单因素的对比，对比例1与实施例2相比只是半导体粉末表面没有包覆物，对比例2与实施例4相比只将金属半导体粉末换成非金属半导体粉末硅粉。
实施例1-5和对比例1-3所得结构件的性能如表1。
表1不同结构件的性能
测试项目 结构件的合格率 EL测试 结构件耐老化时间
结构件A 89.6％ OK 2000h
结构件B 99.6％ OK 2100h
结构件C 99.1％ OK 2000h
结构件D 99.0％ OK 2000h
结构件E 99.2％ OK 2100h
结构件F 57.6％ OK 160h
结构件G 71.1％ OK 210h
结构件H 72.8％ OK 260h
将实施例1-5和对比例1-3得到结构件进行性能测试，其中合格率的测试是用指针式万用表测试，把指针式万用表打在电阻档测量，测量范围在1KΩ以下，将黑标笔放在元器件的一端不动，当红标笔的指针往左边滑动，也就是导通，只有一端是导通的，则为合格，如果两端都导通或者不导通，则不合格。耐老化性测试采用陕西三海电子科技有限公司的分立器件老化机，型号为SPZH-G；EL测试采用苏州莱科斯新能源科技有限公司的EL测试仪，型号为LX-Z200。
从上表中数据可以看出，本发明中用表面有包覆物的金属半导体粉末制得的结构件的性能要优于对比例1、2和3所得结构件的性能，本发明中最终结构件的合格率达到89％以上，而对比例1、2和3结构件的合格率只有55-75％，本发明所得结构件的耐老化时间达到了2000h以上，使用寿命大大提高，产品的稳定性较好。实施例2得到的结构件B与对比例1得到的结构件F相比，产品的合格率从57.6％提高至99.6％，耐老化时间从160h提高至2100h，说明在半导体粉末表面有一层包覆物，提高了半导体粉末的稳定性，在溶剂中能够良好的分散，提高了所的结构件的耐老化性和合格率。实施例4得到的结构件D与对比例2得到的结构件G相比，产品的合格率从71.1％提高至99.0％，耐老化时间从210h提高至2000h，说明使用金属半导体粉末所得结构件的性能更佳。因为使用铪类锗类的金属半导体粉末制成的浆料在导通衰减和电阻变化上比较小，在高频处理器上有独特的优势。

Claims (6)

1.一种半导体纳米墨水，其特征在于，包括以下组份及各自重量份：半导体粉末30-80份，溶剂水20-70份，所述半导体粉末为锗粉、铪粉、铋粉中的一种或多种，且表面有包覆物。
2.如权利要求1所述的半导体纳米墨水，其特征在于，所述半导体粉末微细形貌为球形、片状或树枝状。
3.如权利要求1或2所述的半导体纳米墨水，其特征在于，所述半导体粉末表面的包覆物为聚乙烯吡咯烷酮、水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯、水性氯醋树脂中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的半导体纳米墨水，其特征在于，所述半导体粉末表面的包覆物为聚乙烯吡咯烷酮。
5.如权利要求1或2所述的半导体纳米墨水，其特征在于，所述半导体粉末的D50分布范围为1.0-100.0nm。
6.如权利要求5所述的半导体纳米墨水，其特征在于，所述半导体粉末的D50分布范围为10.0-50.0nm。
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