CN1478301A - 具有半导电层的基板、电子组件、电子电路、可印刷组合物,以及制造半导体基板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种至少具有一个设置在基板材料上的半导电层的基板，基板上的这个半导电层具有一种内部埋设有粒状无机半导体材料的隋性基质材料。

Description

具有半导电层的基板、电子组件、电子电路、可印刷组合物， 以及制造半导体基板的方法
本发明系一种具有半导电层的基板、一种具有这种基板的电子组件、一种至少具有一个这种电子组件的电子电路、一种可印刷组合物，以及制造半导体基板的方法。
微芯片的半导电(主动)组件通常是由单晶的高纯度半导电无机基板/材料(例如：硅或锗)所构成。这些组件的性能是由不同的半导电层或由基板的n掺杂及/或p掺杂产生的区域之间的电子界面特性决定。这种特定的掺杂通常需要经过复杂且费事的微影屏蔽、蚀刻、以及离子注入等制程，然后再藉光刻胶之助形成基板的接点构，才能完成。由于成本上的考量，以这种高成本的方法制造出来的组件并不能被应用在组件占总成本比重较大的场合。
在半导体的制程中，使用半导电的有机聚合物，例如Polyvinylcarbazo1e、Polythiophene、Polyaniline、Poly-p-phenylene、Poly-para-phenylvinylidene(PPV)、以及其它类似材料等，是制造半导电基板及不需复杂的掺杂措施即可完成的设置在基板上的组件的一种可行方式。如在PCT专利发记WO 99/39373或WO99/19900中提出的，将可以作为n型导体及/或p型导体的半导电有机聚合物溶解在有机溶剂中，然后利用一种属已知技术的喷墨印刷技术将溶解后的混合物逐层印刷在一个基板上，即可制造出以此类半导电有机聚合物为基础制成的基板。但是此类半导电有机聚合物具有导电性低、载流子的迁移率差、制成成本较高、以及掺杂材料对环境影响的稳定性低等缺点。因此此类半导电有机聚合物并不适于用来制造低成本的半导电组件及/或电路。
此外，德国的专利公开说明书DE 198 54 938及DE 199 05 694提出一种具有第一个涂层、第二个涂层、以及介于这两个涂层之间的中间层的组件，这个中间层含有第一种材料及/或第二种材料，并至少以胶状方式溶解一种导电性异于第一种材料及/或第二种材料的成份。
德国的专利公开说明书DE 195 02 541提出一种具有光幅射成份的电致发光系统。这种电致发光系统的光幅射成份是由粒径为纳米等级并被有机间隔物彼此隔开的无机颗粒所构成。
欧洲专利EP 0 777 279提出一种含有电致发光装置的中间层，这种电致发光装置含有极微小的无机颗粒。
除此之外，PCT专利WO 00/20916也提出以极微小的微粒为基础制成的电子、化学、以及机械接点构。
在Thin Solid Films，349(1999年)，105-109页中有关于以CdS(硫化镉)及聚苯胺(Polyaniline)制作之组合物层的离析及特性的说明。在Applied Physics Letters，74(1999年)，No.16，2262-2264页中有关于经由对聚合物内Cyclotrigallazan的定向凝固热分解及极微小颗粒的光致发光进行之非晶形GaN(氮化镓)极微小颗粒之合成的说明。在Applied Physics Letters，70(1997年)，18，2335-2337页中有关于在聚合物晶格内之ZnS(硫化锌)：Cu(铜)的光致发光及电致发光的说明。
本发明的目的是提出一种简单、低成本的方法来制造半导电基板及电子组件。
具有本发明之独立申请专利范围之特征的半导电基板及电子组件即可达到本发明的目的。本发明的基板至少具有一个设置在基板材料上的半导电层，而且基板上的这个半导电层具有一种内部埋设有粒状无机半导体材料的内基质材料。本发明的电子组件则是一种具有这种基板的电子组件。
本发明的电子电路是一种至少具有一个这种电子组件的电子电路。
本发明的出发点是，对于如微芯片之类的电子组件的半导体性能而言，并不需要将不同的(n型掺杂及p型掺杂)半导电层制作成一种无机半导体的完整的固体(多晶材料，单晶)，也就是说无需制作成大体积材料，而是为达到半导体性能所需的电荷转移可以经由基质内彼此相邻的悬浮微粒来进行。这种半导体具有与多晶硅基板半导体相同的品质和效能。
除了提出这种基板外，本发明还提出一种制造至少具有一个设置在基板材料上的半导电层的基板的方法，这种制造方法包含以下的步骤：
(a)准备一种隋性基质材料，
(b)将一种粉末状无机半导体材料与隋性基质材料混合，
(c)将这种含有基质材料的混合物涂在基板材料上，
(d)使基质材料硬化，无机半导体材料埋入基质材料内。
每一种已知的无机半导体材料均可用在本发明中，但基于成本的考量，最好是使用如硅、碳化硅、锗、砷化镓、氮化镓、磷化铟、硒化镉、或是这些无机半导体材料的混合物。一种特别有利的材料是多晶硅，因为这种多晶硅是在以区域熔炼制造单晶硅时产生的废弃物，只需将这种多晶硅磨碎即可作为本发明所需之无机半导体材料。半导体材料可以是经过掺杂的材料，也可以是未经过掺杂的材料。本发明的一个优点是可以用一种有利的方式使传统的半导体制造方法产生的废弃物能够被重新利用。除了成本低以外，这种多晶路的另外一个优点是具有良好的易碎性，这可以使在制造基板时通常需进行的磨碎步骤变得更容易。
一般而言，本发明使用的无机半导体材料的粒径介于100μm至10nm之间，且最好是在50μm至0.1μm(或0.05μm)之间。但并不是说粒径大小一定要在这个范围内，而是也可以使用超出上述范围的粒径，只要其能够产生足够的电荷转移，以达到所要求的半导体性能即可。另一方面也可以使用比上述范围更小的粒径，只要其不会因为量子力学效应(例如所谓的量子点)而使半导体性能受到不利的影响即可。
在基板的半导电层内，无机半导体材料约占半导电层总体积的20％至90％(体积百分浓度)之间，且最好是在30％至70％(体积百分浓度)之间。由此即可计算出半导电层内基质材料及其它可能成份的含量约在80％至10％(体积百分浓度)之间，且最好是在70％至30％(体积百分浓度)之间。无机半导体材料的含量系由希望达到的载流子的迁移率而定。由于无机半导体材料含量(％)(62)及载流子的迁移率(单位：cm2/Vs)(61)之间通常存在一种S形或类似S形的关系曲线(63)(参见图式6)，因此经过一个很简单的测试系列就可以得出所要的无机半电体材料含量。载流子的迁移率高的令人惊讶。因此在此处描述之场效应晶体管装置的半导电层的迁移率通常在110-1至110-4cm2/Vs之间。对以下所举的大多数应用方式而言，1.5cm2/Vs的迁移率即已足够。
本发明提出之基板的特征是其半导电层对诸如温度、紫外线、很高的盐浓度、以及其它类似的物理性及化学性环境干扰具有很好耐受性。在经过温度试验及/或盐雾试验后，导电层均能够保持原来的电学特性。经过所谓的胶布试验(Tape-Test)测式半导体层在基板上的粘着性后显示，半导体层没有发生任何层状剥落，或是只有极少数的微粒出现剥落的情况。此外，半导电层也具有很好的耐磨性。半导电层的厚度变化范围很大，但通常是在约0.1μm至200μm之间，尤以在1μm至5μm之间为最佳。
原则上在本发明中所谓的隋性基质材料包括所有的符合以下条件的材料：本身没有导电性，而且在固体状态下埋入的无机微粒不会对电荷转移造成影响。有机聚合物(聚合材料)隋性基质材料、无机材料及混合物等均可作为本发明的隋性基质材料。
有机聚合材料的例子包括常见的介电合成塑料，如环氧树脂(Expoxidharze)、聚烯烃(例如Polyethylenharze或Polypropylenharze)、聚苯乙烯(聚苯乙烯)、Polyurethane、Polybenzoxazole、POlythiazole、Polyether、Polyetherketone、Polyacrylate、Polyterphthalate、Polyethylennaphthalate、Polycarbonate、以及其它所有类似的塑料(例如在Frank/Biederbick的Vogel-Buchverlag Wurzburg出版社于1988年出版的Kunstoff-Kompendium第2版，ISBN 3-8023-0135-8，第8-10页及第110-163页列举的塑料)。此外，如天然胶乳或橡胶胶乳之类的天然聚合物材料亦可作为有机聚合物材料使用。可用于本发明的聚合物材料包括单质聚合物、异量分子聚合物、以及单质聚合物与异量分子聚合物构成的混合物(也就是所谓的混合聚合物)等。在本说明书中关于聚合物的定义包括聚合物的最终产品及预聚合物。
本发明所使用的有机聚合物最好是可以接受干燥及硬化处理的材料，而且最好是可以利用红外线及/或紫外线干燥的聚合物，例如聚苯乙烯(聚苯乙烯)、环氧树脂(Expoxidharze)、聚烯烃、聚醯亚胺、Polybenzoxazole、Polyacrylate等。
可以应用于本发明的无机基质材料最好是无机陶瓷材料。可以在本发明中作为隋性基质材料的无机陶瓷材料是指能够被用来制作陶器或瓷器的原料。例如属于硅酸盐类及陶土类的高岭土及Illit，纯度较低的制陶用陶土(例如含有大量石英、云母、或是砂的陶土)。本发明所称之陶瓷材料也包括在制造陶瓷器时通常被视为原料的石英或氟石。本发明所称之陶瓷材料尚包括熔点约在200℃到400℃之间的所谓的”绿陶瓷”(Green Ceramic)，以及以Spin-on玻璃材料闻名的陶瓷器，例如由AlliedSignal公司生产的Accuglass玻璃。
在本发明的另外一种实施方式中，基板的半导电层可以含有作为基质材料的一种支承性半导电有机材料。这种材料可以是一种有机半导电聚合物，例如Polythiophen、Polyanilin、Poly-p-phenylene、Poly-p-phenylvinylidene、Polypyrol、Phthalocyanine等。同样的，这种有机才料也可以是一种单体及/或低分子支承性(半导电)有机添加剂，例如Pentazen或Oligothiophene(可以含有1-10Thiophen单位，最好是含有6Thiophen单位)。这种支承性聚合物及添加剂在半导电层中的含量通常约在0.5％至25％(体积百分浓度)之间，而且最好是不要超过10％(体积百分浓度)。
基质材料在本发明的一种有利的实施方式中会放出光线。
原则上只要是可以将半导电层设置在其上的任何一种材料都可以作为制造本发明之电子电路及电子组件的基板材料(载体材料)。例如绝缘体(纸张、塑料膜、陶瓷、玻璃、石英板等)、金属、有塑料涂层的金属等均为适当的基板材料。在本发明的一种有利的实施方式中，具有导电性的基板是透明的，例如涂有铟-氧化锡(ITO)的基板。也可以利用(导电及半导电)基板材料，例如n型掺杂或p型掺杂的硅，作为制造电子电路的材料。
利用以上提及的半导体材料及基板可以制造出任意种类的电子组件及电子电路。例如晶体管、二极管、发光二极管、微芯片、以发光二极管为基础的显示器、太阳能电池、被动组件等。在本发明的电子组件内的所有半导体接点最好均经由此处描述的半导电层形成触点接通(请参考图式2--4)。此处所称之半导体接点包括介于具有不同掺杂之不同导电类型的半导电区域之间的接点(例如在n型掺杂区及p型掺杂区之间的接点)，以及介于具有不同掺杂浓度之相同导电类型的半导电区域之间的接点(例如在n型掺杂区及n+型掺杂区之间的接点)。本发明之电子组件的这种半导体接点的实施方式的优点是接触电阻较低，以及阻断/通过比例(“on/off-ratio”)较好。
基于前面所说明的载流子能够达到的迁移率，利用半导电层制造出的电子组件的效能一般而言并不会在任何方面比利用传统方式制造的电子组件差。必要的话，还可以在制程中另外增加一个最好是在150℃至700℃之间(如果是使用的是塑料材料则最好是在150℃至400℃)的加热步骤/烧接点步骤，以进一步改善电子组件及半导体电路的电学特性。
以本发明的方式制造出的电子组件具有广泛的应用范围。由于其制造成本低，因此特别适用于标示方面的应用，例如物流业及保全业使用的电子物品辨识系统，尤其是用于量大及/或低价的产品。
这方面可能的应用范围包括条形码机替代或补充系统、电子邮票、电子价格卷标、电子有效期卷标、可远程询问安全特征、以及其它依据发射机应答原理进行无接触式信息交换的相关应用。本发明之电子组件适用的另外一种量大的产品是智能卡(Smart-Card)，例如应用于智能卡上的显示驱动器或主动安全特征等部分。
这种可印刷的组合物可以是完全由一种易熔的基质材料及其所含的悬浮无机半导体微粒所构成。此种易熔的基质材料包括热塑性塑料(如Polystryrol)，以及熔点低的无机基质材料，如”绿陶瓷”(GreenCeramic)等。例如Polystrol粉末及p型导电硅颗粒(请参见制造范例1)的混合物就是这种可印刷的组合物的一个具体例子，不过在这个侧子中，p型导电硅颗粒是经由一个加热过的喷嘴被喷洒在基板材料上，而在制造范例1中则是以溶液方式被涂在基板材料上。另外一个例子是以无机半导体材料的微粒(例如多晶硅)充填/混合的塑料材料(例如高温黏胶)。
由于应用在本发明上的可印刷成份是以已知的喷墨印刷技术使用的油墨及颜料配制而成，因此在以下明中均以油墨或颜料来称呼此种可印刷成份。
可印刷的组合物可以是一种含水的液体、有机液体、至少由两种有机液体混合成的混合物、或是有机含水混合液体。这种液体具有溶剂的作用，因此隋性基质材料在可印刷的组合物中被悬浮或溶解。无机基质材料最好能够在油墨内发生悬浮，同时也能够在含水溶液或有机溶液中被溶解。硅酸钠就是溶解的无机基质材料的一个例子，其制备方式是先加入酸使其硬化，然后经过加热烧接点步骤将水分排出。
有机基质材料可以溶解的型式及悬浮的型式存在。
在以有机聚合物作为基质材料时，这种悬浮作用可以是一次悬浮，也就是相应的基础单体是直接聚合成液体状态(乳化聚合，例如在丙烯酸酯的应用)，也可以是二次悬浮，也就是在此之前已存在预制的聚合物，例如Polyurthanen及Polyvinylethern均为这种二次悬浮的应用范围。可印刷的含水及不含水的悬浮剂均可在本发明中作为悬浮剂使用。悬浮剂的选择是由聚合物材料的种类及所使用的涂抹/印刷方式决定。例如各种Tensiden均为适当的悬浮剂。
本发明的一种有利的实施方式系将作为基质材料的有机聚合物溶解在油墨中。原则上所有已知可用于聚合物/塑料的有机溶剂及其混合物均可作为本发明使用的有机溶剂，例如Tetrahydrofuran、Methylenchlorid、氯仿(Chloroform)、N-Methypyrrolidon、二甲苯(Xylole)、γ-Butyrolacton、Methoxy-Propylacetat、Ethyllactat、醋酸ethylester、环己酮(Cyclohexanon)等。
隋性基质材料及无机半导体材料在可印刷组合物内的含量最好是能够使由可印刷组合物制成的基板导电层的无机半导体材料的含量占去除溶剂后干燥的半导电层总体积的20％至90％(体积百分浓度)之间。
以上提及的油墨/颜料可能还含有印刷辅助材料，以及聚合基质材料的聚合及/或硬化可以需要的催化剂和辅助剂(触发性调节剂、黏滞性调节剂、阻蚀剂等)。
上面提及的印刷辅助材料包括能够协助改善印刷过程(也就是使油墨易于附着在基板上)的化合物，以及有利于油墨均匀分布在基板上的物质。此类辅助材料在油墨内的含量通常很低，一般大约都在3％(体积百分浓度)以下。
除了上面提及的化合物外，本发明的可印刷组合物还可以含有常用于塑料技术的添加剂，如稳定剂、老化剂等。
以上提及的油墨最好能够搭配一种下面的制造方法，以制造出至少具有一个设置在基板材料上的半导电层的基板。
第一种制造方法包括以下的步骤：(a)准备一种隋性基质材料，(b)将一种粉末状无机半导体材料与隋性基质材料混合，且最好是能够混合成均匀的混合物，(c)将这种混合物涂在基板材料上，(d)使基质材料硬化，无机半导体材料埋入基质材料内。
在这种制造方法的一种有利的实施方式中，步骤(b)形成的混合物是一种(均匀的)悬浮液。在这种实施方式的步骤(b)是使粉末状无机半导体材料悬浮在隋性材料内，直到形成(均匀的)悬浮液为止，步骤(c)则是将这种含有基质材料的悬浮液涂在基板材料上。
步骤(a)及步骤(b)的准备及混合作业可以下列方式进行：准备一种固态的隋性基质材料(例如粉末状或颗粒状的隋性基质材料)，接着将粉末状无机半导体材料与固态的隋性基质材料混合，然后将二者形成的混合物磨成粉末。这样就会产生一种固态的粉末状混合物。这种作业方式亦可应用于以Polystrol(聚苯乙烯)作为隋性基质材料的情况，另外一个例子是应用于混有无机半导体材料颗粒的塑料材料(例如高温黏胶颗粒)的情况。此处提及之高温黏胶通常是属于低熔点的热塑性塑料，也就是熔点大约只有150℃或更低的塑料。
步骤(a)的准备隋性基质材料的作业亦可以下列方式进行：将一种隋性基质材料熔化。例如Polystryrol之类的塑料及前面提及的”绿陶瓷”(Green Ceramic)等均为适当的易熔基质材料。经过步骤(a)的处理方式后，在步骤(b)只要将粉末状无机半导体材料(例如多晶硅)与熔化的隋性基质材料混合，即可产生需要所要的混合液及/或悬浮液。
步骤(c)将隋性基质材料及无机半导体材料混合产生的混合液及/或悬浮液涂在基板上的作业可以下列方式进行：如果混合液及/或悬浮液并未在步骤(b)中成为可流动的状态，则应将混合液及/或悬浮液加热，使其成为流动/可印刷状态。
在这种制造方法的一种有利的实施方式中，步骤(a)的作业方式是将隋性基质材料混入一种液体中。接着在步骤(b)中将粉末状无机半导体材料悬浮在步骤(a)准备的液体中，直到产生一种含有液态隋性基质材料及无机半导体材料的均匀悬浮液为止。
在本发明的这种实施方式中，只要能够使制作出来的悬浮液具有足够的均匀性，任何已知的操作技术(例如混合技术/搅拌技术)都可以用来制作这种含有液态隋性基质材料及无机半导体材料的悬浮液。
最好是将步骤(b)制作的悬浮液装在一种适当的印刷装置或喷洒装置内，以进行接下来在基板上进的涂抹作业。所有已知的适当技术都可以用来进行这个涂抹作业。例如在机壳制造技术中常用的将金属性油墨喷洒在含水及/或有机溶剂基板上的喷洒方法就是一种适当的技术。
塞子印刷法、筛印法、模印法、喷墨印刷法等印刷方法均可用于这种实施方式，尤其是喷墨印刷法可以很容易就达到本发明之电子电路所需的1200dpi(20μm)的分辨率。
另外一种也可以应用在本发明的印刷方法是胶版印刷法。胶版印刷法需要用到两种彼此很难互相混合的液态乳剂，例如第一种液态乳剂可以是一种含水乳剂，第二种乳剂是一种含有隋性基质材料及粒状无机半导体材料的有机乳剂。在进行胶版印刷的过程时，先将这两种乳剂涂在分为亲水区及不吸水区的印刷板上，使这两种乳剂彼此分开。接着就可以将这两种乳剂形成的接点构视需要设置在基板材料上。
如果所使用的可印刷组合物是一种固态的粉末状混合物，例如由一种粉末状n型或p型半导电硅及一种颗粒/粉末状塑料混合成的混合物，由于这种混合物相当于雷射印刷用的典型调色剂，因此除了前面提及的印刷方法外，也可以利用雷射印刷法将这种可印刷组合物印在基板上。利用雷射印刷也可以轻易达到1200dpi的分辨率。
如前面已经说明过的，涂在基板材料(载体材料)上的基质材料通常是经由去除含有基质材料的液体而被硬化。最好是利用干燥法去除此种液体。最好是利用照射红外线(IR)的方式进行干燥，这是因为红外线不但易于于对大量生产的基板进行照射，而且所使用的如果是可加热硬化的塑料类聚合物材料(例如环氧树脂)，照射红外线还会对基质材料造成促进及/或引起硬化的作用。除了照射红外线之外，也可以视基质材料的种类使用其它的干燥方法及/或硬化方法。例如也可以利用真空技术在真空中进行干燥。如果使用的是紫外线可硬化的塑料，则最好利用紫外照射使其硬化。
除了前面说明的第一种制造方法外，另外一种可以制造出至少具有一个设置在基板材料上的半导电层的基板的方法包括以下的步骤：(a)准备一种隋性基质材料，(b)将这种基质材料涂在基板材料上，(c)将一种粉末状无机半导体材料悬浮在隋性基质材料内，直到形成均匀的悬浮液为止，使无机半导体材料埋入基质材料内。
这种制造方法的一种可能的进行方式为：以一种热塑性塑料(例如Polystyrol(聚苯乙烯)、Polyethylen、Polypropylen)作为隋性基质材料，并将其熔化涂在基板材料上，接着将无机半导体材料的微粒滚压到基质材料内，以形成步骤(c)的悬浮液。由于这种制造方法可以使无机半导体材料的微粒只被埋入半导电层的上半部区域，所以半导电层与基板材料直接相邻的部分仍可保持原有的绝缘性，因此这种方法在用于形成基板及半导电层之间的交界面时特别有利。
这种方法还可以加上一个步骤(d)，也就是使涂在基板材料上的基质材料硬化。
任何接点构的半导电基板都可以被这种制造方法制造出来，也就是说利用这种制造方法可以将任意形状的半导电层设置在所需要的基板材料上。因此无论是具有多个彼此重叠在一起的半导电层的基板，也就是所谓的多层基板，或是具有网状/格栅状半导电层的基板都可以毫无困难的被制造出来。这种制造方法可以轻易改变其半导电层的”印刷配置”。
底下配合图式对本发明的各种有利的实施方式作进一步的说明。
图式1A及1B：本发明之基板的一个断面图；图式1C：一个半导电层的示意图。
图式2：制造范例1制造的一个二极管。
图式3A-3D：本发明之一种金属氧化物半导体(MOS)-场效应晶体管(MOSFET)。
图式4：一个双极晶体管
图式5A及5B：一个发光二极管。
图式6：在基板的半导电层内载流子的迁移率与半导电层内无机半导体材料的关系函数。
图式7A-7C：在按照制造范例2制造的二极管(图式7A)中，埋入二极管半导电层之硅晶粒的晶粒大小分布(图式7B)，以及二极管的电流-电压特征曲线(图式7C)。
实施范例1：
这个实施范的基板如图式1所示。图式1A及1B均为基板(10)的一个断面，在基板材料(11)上有一层及/或两层半导电层(12，13)。图式1C以示意方式显示以隋性基质材料及悬浮埋在其内的无机半导体材料构成的半导电层(12)。
实施范例2：
这个实施范例是按照制造范例1的方法制造并显示于图式2中的二极管(20)。在二极管(20)的第一个半导电层(21)内有p型导电的微粒状硅埋在Polystyrolmatrix(聚苯乙烯基质)内，在二极管(20)的第二个半导电层(22)内有n型导电的微粒状硅埋在Polyacrylsaurematrix(聚丙烯酸基质)内，第二个半导电层(22)不但垂直于第一个半导电层(21)，而且为了扩大接触面积还将第二个半导电层(22)设置在第一个半导电层(21)上。此外，二极管(20)的两个半导电层(21，22)均有接触一种常见的铜/银油墨(23)。
实施范例3：
这个实施范例是一种如图式3显示的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在图式3A的金属氧化物半导体场效应晶体管(30)中，基板材料(31)上有两个由悬浮在一种隋性基质材料内的n型导电粉末状半导体材料制成的半导电层(32，33)，以及一个由埋在一种隋性基质材料内的p型导电半导体材料制成的半导电层(34)。半导电层(34)系位于另外两个半导电层(32，33)之间，并与这两个半导电层(32，33)均有接触。半导电层(34)系作为金属氧化物半导体场效应晶体管(30)的信道区。半导电层(34)上有一个氧化物层(35)，另有一个金属控制极(360设置在氧化物层(35)上。虽然这个氧化极(35)可以是一种常见于传统式金属氧化物半导体场效应晶体管的氧化极，但最好是由一种可印刷的材料(介电塑料或Spin-on玻璃材料)制成的氧化物层，这样就可以构成一个类似于典型金属氧化物半导体场效应晶体管的电子组件(30)。金属控制极可以是一种可印刷的铜/银油墨。
在如图式3B(上视图)及图式3C(断面图)所示的相当于一个金属氧化物半导体场效应晶体管的电子组件(300)中，基板材料(310)是一片含有铜的印刷电路板(基本材料FR4)。在基板材料(310)上有一层作为金属控制极(360)的铜油墨、一层相当于金属氧化物半导体场效应晶体管的氧化物层的被印刷上去的塑料电介质(350)、两个由悬浮在隋性基质材料内的p型导电粉末状半导体材料制成的半导电层(320，330)、以及一个由埋在隋性基质材料内的n型导电粉末状半导体材料制成的半导电层(340)。
图式3D显示另外一个电子组件(301)。这个电子组件(310)的基板材料(310)也是一片含有铜的传统式印刷电路板，其铜接点构本身即构成金属控制极(360)。在基板材料(310)上有一层被印刷上去的塑料电介质(350)、一未掺杂的(本征)半导体(370)(例如纯硅或纯锗)、以及两个由铜/银油墨层(380，390)。
实施范例4：
这个实施范例是如图式4所示的一种平面型双极晶体管(40)。在这种双极晶体管(40)的基板材料(41)上有一个由隋性基质材料及无机n型半导体微粒制成的第一个n型半导电层(42)，以及一个由埋在隋性基质材料内的无机n型半导体微粒制成的第二个n型半导电层(43)。n型半导电层(42)系作为晶体管的集电极。在第二个n型半导电层(43)的上面及/或内部有一个P型半导电层(44)。P型半导电层(44)构成晶体管的基底。此外，双极晶体管(40)还具有带有发射极引线的发射极(45)、带有基极引线的基极(46)、以及一个保护层(47)。
实施范例5：
这个实施范例是如图式5所示的一种发光二极管(50)。图式5A显示发光二极管(50)的一个断面，这个发光二极管(50)系以一层n型掺杂的砷化镓单晶体(51)作为其基板材料，并在其上设置一个半导电层(52)。以悬浮形式埋入半导电层(52)内的无机半导体材料是具有锌(Zn)掺杂的砷化镓。锌掺杂一方面可以使半导电层(52)具有p型导电性，另一方面当砷化镓单晶体(51)及半导电层(52)接触铜/银油墨(53)后，锌掺杂还会促成发射波长为900nm之发光二极管的形成。因此图式A的发光二极管(50)就相当于一种基板材料本身就是一种半导体材料的基板。
图式5B显示发光二极管(50)的一个断面。在这个发光二极管(50)中，先在基板材料(51)上设置在隋性材料内有埋入砷化镓微粒的第一个半导电层(52)，接着再设置有埋入出自砷化镓的锌掺杂微粒的第二个半导电层(53)。这种发光二极管(50)在接触铜/银油墨后也会发射出波长为900nm的红外线。
制造范例1
兹利用制造范围1来说明本发明主张拥有专利权的制造方法。
将n型导电硅(平均粒径5μm)掺入重量百分浓度35％的含水聚丙烯酸，并将二者混合成的均匀悬浮液(n型油墨)印刷在作为基板材料的Polyethylennaphthalat膜上，形成一道宽200μm、长1mm的轨道(21)，然后再放入60℃的真空箱内静置30分钟，使其干燥。接着将p型导电硅(平均粒径5μm)掺入以二甲苯(Xulol)为溶剂的聚苯乙烯(Polystyrol)溶液，并将二者混合成p型油墨以垂直于n型导电轨道的方向印刷出一道p型导电轨道，然后以功率1000W的红外线照射30分钟使其干燥。n型导电轨道及p型导电轨道各有一端与一种常见的铜/银油墨(23)接触。以这种方式制成的二极管可以承载100mA的电流。反向电压(截止电压)为100V。
制造范例2：
兹以二极管的制造方法为例对本发明的电子组件制造方法作一说明，并说明这种二极管的特性。
首先准备一种以有机聚合物为基质材料并含有无机半导体微粒的溶液。将6g聚苯乙烯(Polystyrol)与24g n型掺杂硅溶解及/或悬浮在70Mml的二甲苯(Xylol)中，将悬浮液剧烈摇动10个小时，然后放入超声波浴中20分钟使其变均匀。此处所使用的n型掺杂硅的平均比电阻r＝4Ωcm，且其99％的微粒粒径均小于15μm，此部分请参见图式7B中以单位为μm之微粒粒径(708)作为横坐标及以微粒累计体积百分比(707)作为纵坐标绘出的微粒大小分布曲线(706)。
为制成二极管接点构(700)首先应在一硅晶圆(701)的整个背面均匀喷洒一层厚度度为100nm的钯，以便藉钯层(702)形成一明显的电阻接触。接着将含有n型掺杂硅的悬浮液以每分钟1000转的转数在硅晶圆的正面上进行离心涂布，并在100℃及120℃的温度下放置在一片热板上各5分钟使其干燥。这样就可以形成厚度68μm且埋有半导体微粒(704)的隋性基质材料层(703)。接着利用掩膜在隋性基质材料层(703)上再喷洒出一层厚度100nm的钯层(705)。这个掩膜是用来定出一个直径2mm的圆形范围。
经由上述方式可以利用n型掺杂硅晶圆(701)及p型掺杂硅晶圆(701)制造出两种具有本发明之特征的二极管接点构(700)，并在图式7C中分别绘出这两种二极管接点构的电流/电压特征曲线(I/U特征曲线)。以p型导电硅晶圆制成的二极管接点构的电流/电压特征曲线(710)有一个明显的p-n接点。以n型导电硅晶圆制成的二极管接点构的电流/电压特征曲线(711)是一条对称曲线。电阻特性的差异是由微粒之间电荷传递的能量垒决定。
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标号说明10 基板11 截体材料(基板材料)12 半导电层13 半导电层20 二极管21 半导电层22 半导电层23 铜/银油墨30 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)31 基板材料32 n型半导电层33 n型半导电层34 p型半导电层35 氧化物层36 金属控制极300相当于一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的电子组件301电子组件310基板材料320p型半导电层330p型半导电层340n型半导电层350塑料电介质360金属控制极370未掺杂的(本征)半导体380  铜/银油墨层390  铜/银油墨层40 平面型双极晶体管41 截体材料(基板材料)42 n型半导电层(集电极)43 n型半导电层44 p型半导电层(基底)45 发射极46 基极47 保护层50 发光二极管51 n型掺杂的砷化镓单晶体52 半层53 铜/银油墨54 铜/银油墨61 载流子的迁移率62 无机半导体材料含量63 无机半导体材料含量及载流子的迁移率之间的关系曲线700二极管701硅晶圆702钯层703隋性基质材料层704半导体微粒705钯层706微粒大小分布曲线707体积百分比708微粒粒径710n-n型二极管的电流/电压特征曲线711p-n型二极管电流/电压特征曲线713  电压714  电流

Claims (34)

1.一种基板，至少具有一个设置在基板材料上的半导电层，且基板上的这个半导电层具有一种内部埋设有粒状无机半导体材料的隋性基质材料。
2.如申请专利范围第1项的基板，其中，其所含的无机半导体材料系选自硅、碳化硅、锗、砷化镓、氮化镓、磷化铟、硒化镉、或是其混合物。
3.如申请专利范围第1或第2项的基板，其中，无机半导体材料的粒径介于100μm至10nm之间。
4.如申请专利范围第1--3项中任一项的基板，其中，半导电层所含的无机半导体材料占半导电层总体积的20％至90％之间。
5.如申请专利范围第1--4项中任一项的基板，其中，基质材料为一种有机聚合物、无机材料、或其混合物。
6.如申请专利范围第5项的基板，其中，有机聚合物系选自环氧树脂、丙烯酸酯、聚醯亚胺、聚苯并恶唑、聚苯乙烯(聚苯乙烯)、聚烯烃n等。
7.如申请专利范围第5项的基板，其中，无机基质材料系为一种无机陶瓷材料。
8.如上述申请专利范围中任一项的基板，其中，基质材料还含有一种有机半导体材料。
9.如上述申请专利范围中任一项的基板，其中，基板材料系选自纸张、塑料膜、陶瓷、玻璃、石英板、金属、有塑料涂层的金属、铟-氧化锡、导电或半导电基板材料等。
10.一种具有如申请专利范围第1--9项中任一项之基板的电子组件。
11.如申请专利范围第10项的电子组件，其中，该组件为一种二极管或晶体管。
12.一种至少具有一个如申请专利范围第11项之电子组件的电子电路。
13.一种含有相对于半导体材料的隋性基质材料及粉末状无机半导体材料的可印刷组合物。
14.如申请专利范围第13项的可印刷组合物，其中，系以含水液体、有机液体、至少两种有机液体的混合物、或是有机含水混合液体为基础所构成。
15.如申请专利范围第14项的可印刷组合物，其中，隋性基质材料系悬浮在液体中。
16.如申请专利范围第14项的可印刷组合物，其中，隋性基质材料系溶解在液体中。
17.如申请专利范围第13--16项中任一项的可印刷组合物，其中，隋性基质材料为一种无机陶瓷材料、有机聚合物、或其混合物。
18.如申请专利范围第17项的可印刷组合物，其中，有机聚合物系选自环氧树脂(Expoxidharze)、丙烯酸酯、聚醯亚胺、聚苯并恶唑、聚苯乙烯(聚苯乙烯)、聚烯烃n等。
19.如申请专利范围第13--18项中任一项的可印刷组合物，其中，无机半导体材料系选自硅、碳化硅、锗、砷化镓、氮化镓、磷化铟、硒化镉、或其混合物。
20.一种制造至少具有一个设置在基板材料上的半导电层的基板的方法，这种制造方法包含以下的步骤：
(a)准备一种隋性基质材料，
(b)将一种粉末状无机半导体材料与隋性基质材料混合，
(c)将这种含有基质材料的混合物涂在基板材料上，
(d)使基质材料硬化，无机半导体材料埋入基质材料内。
21.如申请专利范围第20项的制造方法，其中，步骤(b)是使粉末状无机半导体材料悬浮在隋性材料内，直到形成均匀的悬浮液为止，步骤(c)是将这种含有基质材料的悬浮液涂在基板材料上。
22.如申请专利范围第21项的制造方法，其中，步骤(a)是将隋性基质材料混入一种液体中，步骤(b)是将粉末状无机半导体材料悬浮在步骤(a)准备的液体中。
23.如申请专利范围第22项的制造方法，其中，步骤(a)是将隋性基质材料溶解在液体中。
24.如申请专利范围第22项的制造方法，其中，步骤(a)是将隋性基质材料
悬浮在液体中。
25.如申请专利范围第22--24项中任一项的制造方法，其中，所使用之液体为一种含水液体、有机液体、由至少两种有机液体的混合物、或是由含水液体及有机液体的混合物。
26.如申请专利范围第20--25项中任一项的制造方法，其中，将步骤(b)制成的混合物或悬浮液装在一种适当的印刷装置或喷洒装置内。
27.如申请专利范围第22--25项中任一项的制造方法，其中，步骤(d)是将含有基质材料的液体去除。
28.如申请专利范围第27项的制造方法，其中，利用红外线照射及/或在真空中干燥将液体去除。
29.如申请专利范围第28项的制造方法，其中，隋性基质材料是一种有机聚合物，并经由凝固使其固化。
30.如申请专利范围第20--29项中任一项的制造方法，其中，无机半导体材料的粒径介于100μm至10nm之间。
31.如申请专利范围第20--30项中任一项的制造方法，其中，基板材料系选自纸张、塑料膜、陶瓷、玻璃、石英板、金属、有塑料涂层的金属、铟-氧化锡、导电或半导电基板材料等。
32.如申请专利范围第20--31项中任一项的制造方法，其中，利用印刷法将混合物或悬浮印刷在基板上。
33.如申请专利范围第32项的制造方法，其中，使用塞子印刷法、筛印法、模印法、喷墨印刷法、胶版印刷法、或是雷射印刷法。
34.一种制造至少具有一个设置在基板材料上的半导电材料的基板的方法，这种制造方法包含以下的步骤：
(a)准备一种隋性基质材料，
(b)将这种基质材料涂在基板材料上，
(c)将一种粉末状无机半导体材料悬浮在隋性基质材料中，直到形成均匀的悬浮液为止，使无机半导体材料埋入基质材料内。
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