JP4977126B2 - 電子機能を備える多層複合体 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機能を備える多層複合体、特に、複数の有機電子要素を含む電子サブアセンブリに関する。
電子部品は、例えば、特許文献１に開示されている。電子部品は、一般に、様々な機能層（導電層、半導体層、絶縁層及び再び導電層）を、基板に順次に設けることにより製造される。複数の電子要素は、例えば、特許文献２に記載されるようにプリント基板上で組み合わされることもある。
現在使用されているサブアセンブリの欠点は、複数の個々の要素を、個別に、且つ、順次に製造し、電気的に導通するように接続し、且つ、配置構成して、更に複雑なサブアセンブリを形成するようにしなければならないことである。このような目的で、費用のかかる様々な作業工程及び処理工程が必要とされる。
国際公開第０２／１５２６４号パンフレット 独国特許発明第１０１ ５１ ４４０ Ｃ１号明細書
本発明の目的は、量産に適したやり方で簡単に、且つ、経済的に実現可能なサブアセンブリ用の構造であって、複数の主要電子要素、即ち、トランジスタ、電界効果トランジスタ、電気コンタクト・ビア、抵抗器、相互接続抵抗器、コイル、コンデンサ、整流器、若しくは、それらに類する要素等の能動要素も受動要素も等しく、所望の任意のやり方で組み合わすことができ、特にダイオードと組み合わすことができるような構造を提供することである。
本発明は、それぞれ一工程で設けられ、均一又はパターン化された、少なくとも２つの層を有し、少なくとも２つの異なる有機電子要素を含む多層複合体多層複合体に関する。
本発明による多層複合体の要素に共通している層の１つは、例えば、均一又はパターン化された半導体層、及び／又は、他の層（例えば、高い粘性のために、状況によっては、形成される間に、パターン化されないことのある層でもある）である。
本発明の１つの有利な改善により、この多層複合体の要素、即ち、異なる要素が全て、また、それらの要素が望まれる数だけいくつでも同一基板上に同時に製造され、例えば、連続する処理で製造される。このため、その要素において機能を全く持たない層を含む要素がいくつかもたらされる。
これらの少なくとも２つの層、但し、原理的には５層以上の層のうちの１つは、この多層複合体の要素に共通であって、これもまた、好ましくは、キャリア層、即ち、全ての要素に共通である基板である。
１つの好ましい実施形態により、多層複合体の要素の全ては、凝集層（cohesive layer）から構成されており、それらの凝集層の一部はパターン化され、また他の凝集層は、絶えず均一の層である。これらの層は、この多層複合体中の要素の全てに対して同時に製造され、また必要であれば、それぞれの要素に対して適切にパターン化される。
少なくとも１つのダイオードと、追加の別の要素とを有するサブアセンブリは、好ましくは、この多層複合体を用いて実現される。
例えば、単純な整流器が、この多層複合体として実現され、その場合、少なくとも２つの異なる要素、即ち、ダイオードとコンデンサが、この多層複合体に含まれている。
少なくとも３つの異なる要素、即ち、少なくとも２つのダイオード、コンデンサ、コンタクト・ビアが、この多層複合体を成すサブアセンブリに入っている場合には、複雑な整流器も、この多層複合体で実現されることがある。
変調器付きの単純な整流器を構築するために、その多層複合体は、例えば、少なくとも３つの異なる要素、ダイオード、コンデンサ、トランジスタを備える。
最後に、この多層複合体でトランスポンダを構築する目的で、少なくとも４つの異なる要素、即ち、ダイオード、コンデンサ、トランジスタ、及び、１つ又は複数のコンタクト・ビアがある。
この多層複合体は、原理的には、トランジスタ、電界効果トランジスタ、電気コンタクト・ビア、抵抗器、相互接続抵抗器、コイル、コンデンサ、整流器、若しくはそれらに類する要素等の可能な全ての要素を、所望の数だけいくつでも有し、特に、それらの要素を、１つ又は複数のダイオードと組み合わせられるように有することがある。
この多層複合体は、好ましくは、２つの導電層において、仕事関数に関して異なる２つの材料を備える。このような場合、半導体層と接触している導電層が銀から成り、次に、この対極の材料が、異なる仕事関数を有する材料、特に酸化しやすい（base）方の金属、例えば、銅、ニッケル、クロム、コバルト、若しくはそれに類する金属であることが特に好ましい。
このサブアセンブリを製造しようとするときには、これらの要素の全ては、４つのパターン化された層と、それらの層の充分周致な重ね合わせ（superimposition）を使用して、一製造工程で製造されることが特に好ましい。
このような場合、その代表的な構造は、下から上に、基板、導電層、半導体層、絶縁層、上部導電層の連続したものである。一連の「ボトムアップ」層も想像でき、これは、付随して本発明の考えに含まれる。
このような場合、この多層複合体の２つの導電層は、特に、異なる仕事関数乃至異なるフェルミ・レベルを備える異なる材料で作られることが特に好ましい。これは、例えば、２つの異類の金属及び／又は合金から成る金属層を使用することで得られる。このような場合、半導体層に隣接する電極として、特に半導体層と接触している導電層として銀の使用、また、その対極として、仕事関数が銀とは異なる別の金属／合金の使用が特に好ましい。
本発明はまた、本発明の好ましい実施形態を図式的に描いている４つの図面を用いて、以下で更に詳しく説明されることになる。
図１は、例えば、完成したトランスポンダ回路に必要とされる完全に集積されたプリント可能な電子回路の略横断面を示す。
図２は、ここでもやはり、図１にも見られる要素の全てを示しているが、但し、このような場合、このダイオードの場所での半導体層は、他の要素の上側電極のレベルまでは引き寄せられず、もっと適切に言えば、この場合には、このダイオードの上側電極が更に深くなる。
図３は、電圧を供給する構造を示し、このような場合、ダイオード、コンデンサ、コンタクト・ビアの要素が、基板上で同時に製造される。
図４は、電気コンタクト・ビア、トランジスタ、抵抗器、及び／又は、コイルを組み合わせた複合体を示す。
基板１は、図１の下端に見られる。滑らかな表面を備える全ての絶縁材料は、基板として使用され、また、撓み材料も撓まない材料も等しく使用されることもある。例えば、その場所では、ＰＥＴフィルム又は他の高分子合成樹脂フィルム等の撓みフィルム、ガラス、石英、セラミック又は他の材料が使用される。
基板１に続く層２は、第１の導電層、又はパターン化された形式で設けられている下部電極２である。１つの有利な改善により、次の半導体層で覆われるソース電極とドレイン電極が、ここで製造される。導電層２には、導電材料しか使用されない場合もある。そのような場合には、これらの導電材料が、有機材料であるか、無機材料であるか、或いは、複合材料であるかどうかは重要でない。１つの好ましい実施形態により、この半導体層と接触している導電層向けの材料として、４．６ｅＶ〜５．２ｅＶの範囲内（好ましくは、４．９ｅＶ）の仕事関数を備える金属又は合金が使用される。特に好ましくは、その場所では、４．９ｅＶの仕事関数を備える銀が使用される。この材料を選択しようとするときには、この半導体のフェルミ・レベルとの差が好ましくは０．３ｅＶ以下となるように、この仕事関数を、その半導体のフェルミ・レベルに確実に合わせるようにする。次に、この電荷キャリア（電荷担体）は、全く問題なく、半導体材料から導電材料中に確実に移動できるようにする。
粘性のために、状況によっては、パターン化されない形式で設けられることもある半導体層３は、第１の下部電極層の次に設けられる。好ましくは、この半導体層用の材料として、Ｐ３ＡＴ、Ｐ３ＤＨＴＴ、立体規則ポリアルキルチオフェン（regioregular polyalkylthiophene）、ポリフルオレン誘導体（derivative）、ＰＰＶ等の有機材料一般、及び／又は、他のポリマー、例えば、共役主鎖又は、共役主鎖での自由移動電子対を備えるポリマーが、使用される。半導体層３はまた、例えば、プリンティング（転写）を用いて、パターン化された形式で設けられることがある。
ほとんどの電子要素では、この次に絶縁層４が設けられる。絶縁層４は、ダイオード又はコンタクト・ビアが製造される基板上の該当場所（１つ又は複数）では、誘電体層又は絶縁層が邪魔することになるから、その誘電体層又は絶縁層を省かなければならない限りにおいてのみ、パターン化された形式で設けられる必要がある。この絶縁層４は、例えば、溶解できるプリント可能（転写可能）な材料から成っている。好ましくは、絶縁層向けの材料として、有機溶解可能材料、例えば、ポリスチレン誘導体、ＰＭＭＡ、又は一般に絶縁するポリマーが使用される。
これらの電子要素の主要部分の終端として、このパターン化された絶縁層４の次に、上部導電層５がきて、更に、その上部導電層５が好ましくはパターン化される。この場合、導電性の有機及び無機の材料及び／又は複合材料が使用される。好ましくは、仕事関数が、下側導電層（対極）の材料のものとは異なる金属が特に使用される。一実施形態により、仕事関数が、この場合、３ｅＶ〜５ｅＶの範囲、特に３．０ｅＶ〜４．６ｅＶの範囲、或いは、それ以上である材料が使用される。例えば、このような場合、銅、ニッケル、クロム、コバルト、マンガン等を使用することができる。
次に、以下の要素が、図１の基板１上で左から右に実現される。即ち、電気コンタクト・ビアａ、電気コンタクト・ビアａの次に設けられ、且つ、例えば、上部導電層５を用いて電気コンタクト・ビアａに接続されているものはトランジスタｂであり、そのトランジスタｂのソース／ドレイン電極は下側導電層２内にある。半導体層３が、対極５のレベルまで引き寄せられて、電流／電圧の損失を全く発生させないようにしているダイオードｃが、トランジスタｂの近傍に配置されている。コンデンサｄは、ダイオードｃの右側に設けられ、次に、抵抗器又はコイルｅは、上記コンデンサの右側、即ち、その外面上の最右側に位置している。
これらの要素の全て、及び、同様に図１に見られる層の全ては、図２でもやはり示されているが、但し、この場合には、ダイオードｃの場所での半導体層３は、電気コンタクト・ビアａ、トランジスタｂ、コンデンサｄ、抵抗器ｅの他の要素の上側電極５のレベルまでは引き寄せられてなく、もっと適切に言えば、ダイオードｃの上側電極５は、この場合には、絶縁層４のレベルにおいて、更に深い。
図３では、整流器に電圧を供給するのに必要とされる主要要素の全てが、基板上に共に実装され、また、これらの層の全てが、これらの主要要素の全てにおいて共通である場合には、これらの主要要素を同時に製造できる。この一連の層は、図１からのものに対応し、その場合、同一材料又は他の対応する材料も使用できる。従って、層１は基板であり、パターン化された層２は導電層であり、層３は半導体層であり、４は絶縁層であり、更に、層５は対極であり、更に、その対極がパターン化される。
このような場合、以下の一連の要素が提供される。外面上の最左側にあるものは、コンタクト・ビア１であり、コンタクト・ビア１の次にダイオードｃがあり、更に、ダイオードｃの次にコンデンサｄが設けられる。アンテナから供給される交流電圧は、例えば、本明細書に示される複合体を用いて整流されることもある。この半導体は、タイオード領域ｃ内では、やや厚い形態で設けられる。これは、これらの要素の同時製造中に、例えば、装飾的プリント（decorative print）を使用することにより、実装されることがある。
図４は、電気コンタクト・ビア、トランジスタ、抵抗器又はコイルを組み合わせた多層複合体を示している。この層構造と、このような電気コンタクト・ビアａ、トランジスタｂ、抵抗器又はコイルｅの要素の配置を使用して、少なくともＰＦＥＴ（ポリマ電界効果トランジスタ）、インバータ、リングオシレータ、フリップフロップ、分周器及び／又はカウンタが構築されることもある。
この層構造は、この場合も、他の図から理解できるものに対応している。この場合には、ダイオードは実装されないが、上側電極５及び下側電極２の導電材料は、特にその仕事関数に関して、全く異なることがある。
それでも、このデバイス及び／又はこれらの材料の感度のために、多種多様な材料及び／又は積層物（laminate）を含むかもしれないこれらの要素のカプセル封止材料（パッケージ、encapsulation）及び／又は封止材料は、最上部の層又は終端として、推奨される。このカプセル封止材料／封止材料は、撓まない材料、又は撓み材料から構成することもできる。
トランジスタ、電界効果トランジスタ、電気コンタクト・ビア、抵抗器、相互接続抵抗器、インダクタ（コイル、inductance）、ダイオード、コンデンサ、整流器等の電子デバイスの主要要素が実装される。これらの主要要素は、この構造を使用して、プレーナ法で、且つ／又は、パターン化された層の形式で連続的に設けられる層を用いて、基板上で互いに隣り合った位置に、且つ／又は、互いに前後する位置に設けられることもある。
好ましくは、このサブアセンブリ中の全ての要素を同時に、また連続する方法で量産するのに適した経済的な製造により、個々の要素は、特に、そこでは機能を全く持たない層を有することができ、例えば、電界効果トランジスタでは、且つ／又は、コンデンサでは、そのゲート電極は、ソース／ドレイン電極のものとは異なる仕事関数を備える場合があり、このような場合、その仕事関数の差が全く機能を持たない。
コンデンサと相互接続抵抗器、更にコンタクト・ビアは、例えば、その場所で不必要であって、且つ、機能的でない半導体を有する。
電界効果トランジスタ、電気コンタクト・ビア、抵抗器、相互接続抵抗器、コイル、ダイオード、コンデンサ、整流器等の複雑な電子デバイスの主要部分は、プレーナ法で、且つ／又は、パターン化された層の形式で連続的に設けられる層を用いて、これらの図に示される構造を用いて、基板上で、互いに隣り合った位置に、且つ／又は互いに前後する位置に製造されることもある。
本発明は、初めて、ＲＦＩＤタグ等のサブアセンブリ全体の構造に対して可能性を与え、これらの要素の全てを備えるタグ全体を、１つの製造工程で実装することができる。その結果、量産に適した経済的な製造方法が、初めて述べられる。
例えば、完成したトランスポンダ回路に必要とされる完全に集積されたプリント可能な電子回路の略横断面 ここでもやはり、図１にも見られる要素の全てを示しているが、但し、このような場合、このダイオードの場所での半導体層は、他の要素の上側電極のレベルまでは引き寄せられず、もっと適切に言えば、この場合には、このダイオードの上側電極が更に深くなる。 電圧を供給する構造を示し、このような場合、ダイオード、コンデンサ、コンタクト・ビアの要素が、基板上で同時に製造される。 電気コンタクト・ビア、トランジスタ、抵抗器、及び／又は、コイルを組み合わせた複合体
符号の説明
１ 基板
２ 下部導電層
３ 半導体層
４ 絶縁層
５ 上部導電層

Claims (8)

  1. 少なくともダイオード及びトランジスタと、少なくとも２つの電極層と、前記少なくとも２つの電極層の間にある少なくとも１つの有機半導体層とを備えた多層複合体であって、少なくとも２つの電極層は、それぞれが均一又はパターン化された、前記ダイオードと前記トランジスタとに共通の層であり、前記２つの電極層の１つは、前記有機半導体層と接触し、且つ、実質的に銀からなり、前記２つの電極層の１つは、実質的に銅からなる多層複合体。
  2. 前記２つの電極層が、電極と対向電極を構成する請求項１に記載の多層複合体。
  3. 前記複合体における１つの別の要素としてコンデンサが実装される請求項１又は２に記載の多層複合体。
  4. 少なくとも２つのダイオードと１つのコンデンサとが実装される請求項１乃至３の何れか１項に記載の多層複合体。
  5. ダイオード、コンデンサ、トランジスタ、コンタクト・ビアの少なくとも４つの異なる要素が実装される請求項１乃至４の何れか１項に記載の多層複合体。
  6. 電界効果トランジスタ、電気コンタクト・ビア、抵抗器、相互接続抵抗器、コイル、コンデンサ、及び／又は、整流器の要素を含むグループから選択された前記電子要素の少なくとも１つが、前記ダイオード及び前記トランジスタと共に実装される請求項１乃至５の何れか１項に記載の多層複合体。
  7. 前記電極層の少なくとも１つを、基板上で、連続して製造することができる請求項１乃至６の何れか１項に記載の多層複合体。
  8. 前記電極層の少なくとも１つがプリントされる請求項１乃至７の何れか１項に記載の多層複合体。
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