KR101553089B1 - 천연 셀룰로스 물질, 인조 물질, 또는 천연인조 혼합물질을 물리적 및 유전체적 지지체로서 자체-지속 전계 효과 전자 소자 및 광전자 소자에 동시적으로 사용하기 위한 프로세스 - Google Patents
천연 셀룰로스 물질, 인조 물질, 또는 천연인조 혼합물질을 물리적 및 유전체적 지지체로서 자체-지속 전계 효과 전자 소자 및 광전자 소자에 동시적으로 사용하기 위한 프로세스 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 새로운 전계-효과 전자 또는 광전자 소자, C-MOS 구조의 전자 소자, 인터스트레이트의 형성시 물리 및 유전체 지지체로서 동시적으로 사용되어지는 천연 셀룰로스 물질, 합성 또는 혼합 물질의 사용 및 형성, 대응하는 제조 프로세스에 관한 것이며, 여기서 그 기능은 페이퍼의 섬유가 분포된 것에 따라 페이퍼의 단위 면적당 용량에 의존하며, 섬유는 능동 이온 또는 코발런트 반도체에 의해 코팅되어 있으며, 모노리식 또는 하이브리드식의 새로운 집적된 인터스트레이트 컵셉에 기반한 플렉시블 자체-지속가능한 소자, 폐기 소자(disposable devices)의 제조를 허용한다.
Description
본 발명은 셀룰로스 기반 천연 섬유, 인조 섬유 또는 혼합 섬유로 이루어지고, 수소 결합(hydrogen bridges)에 의해 물리적으로 화학적으로 통합되며, 감열성 페이퍼(thermal sensitive paper) 또는 알카라인 페이퍼(alkaline paper) 또는 크레프트 페이퍼(craft paper) 또는 바이블 페이퍼(bible paper) 또는 카드보드 페이퍼(cardboard paper) 또는 코팅 페이퍼 또는 페이퍼 타월 또는 화장실용 페이퍼 또는 뉴스페이퍼, 포토 페이퍼, 또는 카피 페이퍼 또는 오프셋 페이퍼(offset paper) 또는 아키텍트 페이퍼(architect paper) 또는 베게터블 페이퍼(vegetable paper) 또는 셀로판 페이터(cellophane paper) 등과 같이 다양한 형태와 구조의, 통상적으로 종이로 디자인되는 물질을 - 이하 간단히 페이퍼라고 언급함 -, 전자 또는 광전자 소자의 물리적 지지체와 이들 소자의 유전체적 구성 요소로서 동시적으로 기능하게 하는, 물질의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 1마이크로미터 내지 4000마이크로미터 사이에서의 상이한 두께와 표면 마감(surface finish)된 페이퍼를 전계 효과 트랜지스터와 같은 능동의 전자 소자에 유전체 물질 및 물리적 지지체(support)로서 사용하는 것에 기반하는데, 이런 전계 효과 트랜지스터에 있어서 페이퍼의 일측에 전하(electrical charges)의 주입용 금속 전극이 형성(deposite)되고, 타측은 다이오드 타입 구조에서 소자의 채널(1)로서 동작하도록, 유기 또는 무기, 이온성(ionic) 또는 코발런트성(covalent)의 반도체 물질이 형성된다. 상기 능동 반도체에 더하여, 반도체의 면(face)은, 전계효과 트랜지스터의 제조를 위해 드레인 영역과 소스 영역(5)인 다른 2종의 영역을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 페이퍼의 양면은 구성요소의 통합을 통한 전자 소자 또는 광전자 소자의 제조- 즉 반도체 내로 주입되어 있는 전하들의 제어 프로세스 - 에 있어서의 추가적인 구성요소에 대한 지지체로서 사용되고, 또한 동시에 상기 소자 또는 전자-액티브 다이나믹 엘리먼트(electronically-activated dynamic element)로의 페이퍼의 변형을 허용하는 등가의 시스템을 형성하기 위해 통합된 소자의 물리적 지지체로서 사용된다. 프로세스의 모든 물질이 페이퍼에 형성되기 때문에, 페이퍼는 유전체 및 지지체로 동시적으로 사용될 수 있고(지금부터는 C-MOS 인터스트레이트 구조(interstrate structure)의 전자 소자), 이들 필름의 저온에서의 제조 기술은, 특히 섭씨 150도 아래의 온도에서 수행되거나 어닐링될 때 이 온도를 초과하지 않아야 한다.
유전체가 기판이면서 동시에 유전체로 기능하는 C-MOS 인터스트레이트 구조는, 물리적 지지를 위해 어떤 기판도 필요로 하지 않고, 마그네슘 플루오르화물과 같은 보호층 또는 최종 캡슐이 사용될 수 있는, 전자 및 광전자, 특히 전계 효과 상보성 소자(complementary devices), 논리 게이트, 링 오실레이터, 박막 트랜지스터의 제조에 사용될 수 있고, 이후 전자 산업, 반도체 산업, 평판 스크린 디스플레이 산업 및 유사 산업, 논리 회로 산업, 계측 및 센서 산업, 의료 및 생명 공학, 광전자 및 태양 전지 산업, 마이크로 및 나노 산업으로 적용될 수 있다.
페이퍼가 유전체로 사용되고 동시에 단일의 통합된 소자의 지지체로서 기능하는 본 발명에서, 능동형 반도체는, 유기 구조물(예를 들면 N, N'-dipheny-N, N-bis [3-methlphenyl] -1, 1'biphenyl-4, 4'diamine; tris-8hydroyquinolinolate), 실리콘과 같은 코발런트 구조물 또는 반도체 산화물과 같은 무기 구조물 등의 이온 결합성 구조물일 수 있고, 예를들면, 실온에 가까운 온도에서 원자 크기 레벨의 박막의 물리적 증착, 화학적 증착 및 물리-화학적 증착과 같은 상이한, 반응성(reactive)/비반응성(non-reactive) 증착 기술을 포함하는 반도체 처리기술에 의해 처리될 수 있으며, 반도체 처리 기술은 다음과 같다.
·직류 또는 RF(radio frequency)의 캐서드 스퍼터링(cathodic sputtering)
·진공에서 열저항(thermal resistive) 또는 전자총(electron gun) 증착;
·RF 또는 초고주파(ultra high frequency)에 의한 증기의 어시스트(assisted) 또는 비어시스트(non-assisted) 화학 분해(chemical decomposition)
·진공에서의 가열
·에피택셜 원자 성장(epitaxial atomic growth)
·잉크-젯을 통한 증착
·화학적 에멀전(chemical emulsion) 이 있다.
상기 나열된 기술은 페이퍼 또는 증착 물질의 전자적 성능을 열화시키지 않으면서, 1nm 내지 50nm 사이의 유기물 또는 무기물 물질의 두께를 갖는 필름의 제어된 성장(controlled growth)을 허용한다.
(발명의 분야)
본 발명에 있어서, 트랜지스터의 제조시 인터스트레이트 기능을 가진 페이퍼의 사용은 캐패시터의 지지체 또는 능동 유전체로서 이 분야에 알려져 있지 않다.
본 발명은 페이퍼의 고유한 기능 또는 능동 및 동적인 기능을 위한 단순한 기판으로서의 기능에 더하여 페이퍼 사용 개념의 재정립(redefinition)과, 전자부품과 지지체로서 동시적인 기능을 가진 페이퍼를 제공하여 그 집적 소자에 대한 자동-지지체를 허용하도록 하는, 높은 기술 솔루션으로서의 페이퍼를 복원(rehabilitating)하는 시스템에 관한 것이다.
이런 발전은 물질을 획득하고, 플렉시블한 전자 자체-지속가능하고(self sustainable), 비용효율이 높은 일회성 소자의 생성을 가능하게 하며, 자체-지속가능한 집적 회로의 제조를 가능하게 하여 그리기/쓰기라는 고유의 형태에 더하여 종이를 새로운 용도로 사용하게 한다. 이런 목적을 달성하기 위해, 이런 페이퍼를 계획하고, 제조하고 생성하는 것이 중요하다. 동종의 회로가 현재 다른 기판들을 대체하고 있으며, 능동 소자의 전체 또는 일부분의 기능성은 유전체 물질(2)로서의 페이퍼의 사용에 따르는데, 이는 단일 모노리식 또는 하이브리드식 집적 회로에서 페이퍼의 양쪽면의 집적을 가능하게 한다.
이들 목적을 달성하기 위해, 공지의 기술을 적용하고 이를 3레벨의 요구사항, 즉 제조 공정, 물질 및 소자 기능, 집적에 적응할 필요가 있다.
전자 소자의 제조 및 생성 공정에서, 페이퍼의 표면은 증착 프로세스 동안 제어된 대기에 준비된다. 종래의 증착 프로세스와 달리, 전체 증착 공정은 실온 근처에서 발생되고, 증착 공정 자체에서 유도되는 과열이 없으며, 증착된 물질은 접착 파라미터, 기계적 탄성, 화학적 안정성 및 전자 및 광학 품질을 만족시킨다.
전술한 특성을 획득하기 위해, 지지체 및 유전체로서 사용되는 페이퍼의 양면에 증착될 물질은 유기 또는 무기 금속성 물질, 반도체 물질, 기타 상보 유전체 및 보호성 물질(passivation materials)(4,6)일 수 있다.
전술한 기술(3) 중 하나에 의해 사용 및 처리되는 금속은 은, 알루미늄, 구리, 티타늄, 금, 크롬, 백금 또는 전술한 요소로부터의 기타 금속 합금이거나, 금속 콘택(3,5), 금속-절연체-반도체 타입의 정류 접합부의 제조시 사용되는 이들의 다층 증착일 수 있고, 여기서 절연체는 페이퍼 자체이거나 페이퍼와 기능과 유사한 기능의 자체-지속가능한 박막이다. 또한, 증착 프로세서는 박막의 무기막(10-3Ω㎝까지의 저항력을 가진 도전성이며 투과성의 산화물인, 주석 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 도핑된 인듐, 갈륨 도핑된 아연 산화물, 주석 도핑된 인듐, 갈륨 도핑된 아연 산화물, 알루미늄 도핑된 아연 산화물 등의 퇴보(degenerated) 반도체 산화물), 또는 금속의 전도성 특성을 가진 유기물에 포함된다.
사용되는 능동형의 n형 또는 p형 반도체(1)는 채널 영역 지정 능동형의 전계-효과 소자의 프로세싱 요소에 대응하는 유기 또는 무기 코발런트 반도체 또는 능동형의 이온 반도체일 수 있고, 여기서 유전체는 소자의 물리적 지지체로서 기능하는 페이퍼이다.
유기 반도체 물질과 관련해서, 다음의 것들이 강조된다 :
전도성이 10-13Ω-13cm-1 내지 105Ω-13cm-1 범위에 있는, 테트라신(tetracene), 펜타신(pentacene), 구리 프랄로시아닌(copper phthalocyanine), 티타늄 옥사이드 프랄로시아닌, 및 아연 페탈로시아닌 등.
사용되는 코발런트 무기 반도체의 경우에 있어서, 이들은, 전도성이 10-14Ω-1cm-1 내지 103Ω-1cm-1 범위에 있는, 비결정질 상태의 실리콘, 나노크리스탈(nanocrystaline) 또는 마이크로/폴리크리스탈(polycrystaline), 인(phosphorus) 도핑/미도핑물, 비소(arsenic) 또는 붕소(boron)이다.
사용되는 이온성 무기 반도체와 관련해서, 이들은 주로 단순한 또는 단일의 반도체 산화물, 나노콤포지트(nanocomposite) 또는 다중-콤파운드(multi-compound)에 주안을 두는데, 예를 들면, 아연 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 티타늄 산화물, 구리 산화물, 알루미늄 산화물, 구리 알루미늄 산화물, 니켈 산화물, 티타늄 산화물, 구리 산화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 및 구리 산화물, 니켈 산화물, 루테늄 산화물, 카드뮴 산화물, 탄탈륨 산화물, 인듐 및 아연 멀티콤파운드 산화물, 인듐 및 아연, 갈륨 멀티콤파운드 산화물, 아연 및 주석, 구리 및 알루미늄 멀티콤파운드 산화물, 은 및 구리 멀티콤파운드 산화물, 티타늄 멀티콤파운드 산화물, 구리, 아연, 주석 및 구리가 있으며, 조성율이 무엇이던지 전도성의 범위는 10-14Ω-1cm-1 내지 104Ω-1cm-1 범위에 있으면 좋다.
보호막(passivation) 또는 적응 물질(adaptation materials)로서 사용되거나, 또는 인터페이스의 성장층(4)에서의 제2 유전체로서 사용되는 고 저항성 물질과 관련해서, 이들 물질은 두께가 2nm 내지 10000nm 범위에 있는 산화물, 질화물 콤파운드에 기반하는데, 예를 들면, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물, 또는 유기 물질 또는 기타 단층 또는 다층의 물질 - 예를 들면 탄탈륨 산화물, 하프니아(hafnia), 지르코니아(zirconia), 이트륨(yttrium) 산화물, 알류미나 -, 또는 콤파운드 - 예를 들면 하프니아/탄탈륨 산화물, 알루미나/탄탈륨, 하프니아/알루미나, 실리콘 이산화물/탄탈륨 5산화물(pentoxide), 탄탈륨/이트륨, 지르코니아/탄탈륨, 탄탈륨 5산화물/실리콘 이산화물, 알루미나/티타늄 산화물 -, 또는 PMMA, 또는 POMA, 또는 마일라(mylar)이 있고, 이들 모두 섭씨 -20도 내지 섭씨 150도의 온도에서 처리되는데, 고밀도와 극도의 평탄화를 고려하지 않고, 채널 형성 물질에 의한 공정의 오차를 제거(beside)하기 위해 상기 물질들의 구조는 비결정질이거나 나노-구조로 되면, 원하는 전기적 절연이 얻어지며, 소자 구성의 공간(spatial) 기하학구조 형성(definition)은 통상의 표준 리소그래피 기술, 또는 마스크 또는 리프트-오프(lift-off)를 사용하여 수행된다. 이 경우, 예를 들면, 유전체 상에 포지티브성의 수지가 증착되는데, 수지는 제거되지 않아야 하는 물질의 영역을 보호하고, 다른 나머지 영역은 건식 또는 습식의 선택적 부식 공정에 의해 제거되는데, 즉, 보호되지 않은 유전체 물질이 제거된다.
페이퍼와 직접적으로 접촉하는 이들 물질에 더하여, 상기 전술한 물질 상에서, 전계-효과 트랜지스터의 드레인과 소스 영역을 형성하는 물질과 같이, 능동 소자를 형성하기 위해 처리될 다른 물질이 있고, 능동 반도체가 이온계 반도체이거나 유기 반도체인 경우, 이들은 채널 영역이 코발런트 반도체 또는 금속 또는 금속 합금인 경우 - 두께가 최대 10㎛의 콘택으로서 동시에 작용 - , 높게 도핑되는 물질일 수 있다.
소자와 관련해서 다음을 주목한다.
·금속-절연체-반도체(MIS) 구조의 다이오드의 형성 및 제조, 여기서 절연체는 전술한 종래의 기술을((1), (2), (3))이용하여 그 일측면에 금속을 포함하고 타측면에 능동 반도체가 증착된 한 장의 페이퍼이다.
·박막에 기초한 n형 및 p형 전계-효과 트랜지스터의 형성 및 제조(도 3 내지 도 5), 여기서 유전체는 페이퍼이고 - 페이퍼는 천연 또는 인조 또는 혼합 셀룰로스 섬유로 이루어지고, 전기음성도(electronegativity)와 이온도(ionicity)가 제어된 수지와 글루(glue)에 의해 다층으로 럼프(lumped)되며, 이어서 기계적으로 압축됨 -, 채널 영역을 형성하는 능동 반도체는 무기 이온 반도체 또는 무기 코발런트 반도체 또는 유기 반도체(1)이고, 드레인 및 소스 영역은 고 전도성 산화물 또는 금속 또는 n형 또는 p형으로 높게 도핑된 코발런트 반도체에 각각 기반하며, 스위칭 키 및 정보 콘덕터(conductor)/리시버(receiver) 그리고 증폭기로서 기능할 수 있다. 이들 소자는 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같은 구성을 가지는데, 채널(1)은 1nm 내지 1000㎛ 사이의 길이를 가지며, 소스와 드레인 영역(5)을 형성하는 필름을 따라, 페이퍼 상에 직접 증착되거나 또는 페이퍼(4)에 미리 증착된 인터페이스 적응층에 증착되고, 페이퍼(2)의 타측면에는 게이트 전극(3)이 적접 증착되거나, 금속 또는 고전도성 산화물로 이루어진 적응층을 통해 증착된다. 이들 소자는 0.5cm2V-1S-1을 초과하는 이동성을 가지는데, 폐쇄 상태/개방 상태 비율(ratios)은 104을 초과하고, 강화모드(enhancement mode)와 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하는데, 즉, 턴-온되기 위해서는 에너지가 필요하고, 이들이 이미 온 상태에 있을 때는 어떤 에너지의 인가도 필요하지 않다.
·전술한 조건에서 프로세스되지만, 능동 반도체 또는 게이트 전극 또는 드레인 및 소스 영역을 형성하는 물질이 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 구리 프탈로시아닌, 티타늄 산화물 프탈로시아닌, 아연 프탈로시아닌 등과 같은 유기 물질일 때의 전계-효과 트랜지스터의 형성 및 제조.
·CMOS 또는 C-MESFET 소자의 형성 및 제조, 여기서 유전 물질은 페이퍼이고, 소자에 내재되는 상보(complementary) n형 및 p형 반도체는 무기 코발런트 반도체, 또는 무기 이온 반도체 또는 유기 반도체 또는 도 6에 도시한 바와 같은 조합가능한 하이브리드 타입일 수 있다. 즉, 소자는 공동의 게이트를 가지는 두개의 p형과 n형 트렌지스터에 기반하고, 출력 단자의 하나(소스 및 드레인 또는 그 역)는 공동이고, 다른 두개의 출력 단자는 독립적이다.
본 발명의 목적은 셀룰로스-기반 또는 바이오-유기물-기반 페이퍼를 새로운 용도로 사용하는 것으로, 지지체의 단순한 정적인 수단으로 사용하는 것을 그만두고, 구성요소를 자체지속가능한 개념으로, 인터스트레이트로 설계되는 전자 및 광전자 구성요소 및 시스템을 생성하고 형성한다.
이전에 언급한 기능을 가진 셀룰로스 기반 또는 바이오-유기-기반 페이퍼 기술에 대해서는 이전에 알려진 바가 없다. 즉, C-MOS 인터스트레이트 구조는 플렉시블한 자체-지속가능한 일회성의 모노리식 또는 하이브리드식으 집적 소자를 형성하고 제조하는 것을 가능하게 하고, 또한 그 양측면에서 현상되는 소자 또는 시스템인 것이 특징이 있다.
복수의 특허 기록 데이터베이스에서 이루어진 조사는 프로세스, 제품, 시스템, 본 발명의 주제인 페이퍼의 기능성이 공개되거나 특허로 제출된 것이 없음을 나타낸다.
본 발명의 실시예가 공지된 기술에 의해 설명되지만, 본 발명의 컨셉은 새로운 것임이 자명하다.
(발명의 배경)
본 발명에 앞선 특허 문헌뿐 만 아니라, 본 발명과 연관된 기술에 대해 이하에 설명한다.
산업, 설계 또는 어플리케이션과 관련해서, 본 발명의 주제와 연관되거나 대응하는 것이 집접 공정, 제품 및 시스템의 양태에서 알려져 있지 않다.
다음의 특허문헌과 종래의 기술문헌으로부터 유도된 조사는 셀룰로스 지지체로서의 사용을 고려하고 있지 않다.
1. 2008년에 출원된 특허출원 제103951호는 셀룰로스 기반 또는 셀룰로스 바이오-유기 페이퍼를 전자 소자 및 시스템의 프로세스 동안 물리적 지지체로서 사용하는 것을 언급하지만, 그 집적 공정에서 전자 소자의 지지체 및 시스템은 아니다. 따라서, 출원 제103951호는 코발런트 반도체 또는 각각의 관련 물질을 포함하는 유기 및 무기 이온 반도체를 사용하여 임의의 종래 기술에 의해 생성되는 단순히 전자 소자의 물리적 지지체이다. 이 특허와 이전 언급한 것과의 유일한 유사점은 소자를 형성하는 물질의 처리 기술이 동일하다는 점이다. 특허출원 제103951호에서, 소자는, 완전히 새로운 트랜지스터 소자의 형성을 이끌어낼 수 있고, 종래의 소자와 비교해서 혁신적인 동작 이론을 가진 새로운 인터스트레이트로 설계된 기능성을 지닌 페이퍼를 집적하지 않는다. 이 특허문헌은 연속된(continuous) 유전체 필름에 기반한 종래의 전계-효과 소자에 알려진 것과 반대로 이산된(discrete) 유전체의 개념을 이끌어내는 페이퍼를 형성하는 섬유와 관련된 잠재성에 대해 개시하는데, 이는 1, 5, 및 12의 상대 유전체 상수 사이의 상대적인 로우값을 변화함이 없이, 페이퍼의 단위 면적당 용량을 대폭(several orders of magnitude)으로 향상시키는것에 기여한다. 이를 위해서는, 능동 반도체의 제조는 페이퍼를 구성하는 섬유의 두께보다 10배 내지 100배 낮은 두께를 가져야한다. 이 조건은 사용된 능동 반도체의 두께가 100nm 보다 언제나 작아야하는 것을 야기한다. 이 조건은 특허출원 제103951호에서 개시되지 않고, 페이퍼가 물리적 지지체로서 이용되기 때문에 가급적이면 표면을 부드럽고 균일하게 하고, 단일 소자 또는 집적된 전자부품이 증착되는 것에 대해서만 개시하고 있다.
2. 1967년에 출원된 미국 특허 제3,617,372는 정전기 이미지를 유도하는 전도성 종이에 대해 설명하는데, 여기에서 동작은 종이의 제조 영역에서 대량으로 발생하여 이미지 캡쳐 기능에 종이가 접합하도록 하이드록시에틸(hydroxyethyl) 및 하이드록시프로필 그룹(hydroxypropyl group)으로부터 폴리머 체인을 포함하고, 무접촉 인쇄를 제공하는 것을 허용한다. 이 발명은 시행되고 있지는 않다. 본 발명의 목적과 전혀 관련이 없는 이미지 캡쳐 및 기록에서 구성되는 종이와 많은 관련이 있다.
3. 일본 특허 2003123559호, "투명 전도성 필름 및 전자 종이용 장치 및 구성 방법"은 전자 종이(e-종이)에 이용하기 위해, 폴리치오펜 폴리머 막(polythiophene polymer membrane) 또는 유기물 기반 물질 상에 증착된, 아르곤 같은 불활성 기체를 사용하거나 사용하지 않고, 산화 대기에서 인듐 요오드화물(indium iodide) 및 염화주석(Tin Chloride)(질산 아연(Zn(NO3)2.6H2O))의 가스 형태를 이용하는 플라즈마를 이용한 화학적 증기 분해를 통해, 낮은 온도에서 투명 전도성 필름, 즉, 산화 인듐 주석(Indium Tin Oxide, ITO)(또는 산화 아연(ZnO))의 생산을 목표로 한다. 즉, 가요성 필름상에 알파뉴메릭(alphanumeric) 문자 또는 이미지를 다시 쓸 가능성은 유기성 기판상에 증착된 투명 전도성 산화물에 기반한다. 이 경우, 예를 들어, 투명 전도서 산화물은 예를 들어 액정의 방향으로부터 구성된 이미지 색상(image hue)을 제어하도록 전계를 적용하기 위한 전극으로 사용되기 위한 것이다. 이 발명은 필름, 필름의 시스템을 획득하기 위한 프로세스, 및 그로 인해 획득된 접착제와 같이, 획득한 필름의 물리-기계적 특성에 관한 것이다. 즉, 이 발명의 목적은 전극으로 쉽게 이용할 수 있는 전도성 산화물의 유기성 기판의 생산을 제공하기 위한 것이며, 특허에는 셀룰로오스 기반 종이 및 포함하는 장치의 지지부 및 메모리 기능을 갖는 전자 부품의 이용을 포함하지 않는다.
4. 미국 특허 제2006/0132894는 JP2003123559에 개시된 것과 유사한 주요 목표 애플리케이션을 갖는 전자 종이의 양면에 투명 전도성 산화물을 증착하는 것을 개시한다. 다르게 말하면, 유기성 매체에 생성된 새로운 가요성 디스플레이용 액정이라고 불리는 디스플레이 이용되는 적용기술에 관한 것이다. 따라서, 이 발명의 청구내용은 전계를 인가함으로써 투과율의 정도를 변경시킬 능력을 갖는, 생성된 산화물 아래 또는 종이 자체 내에 위치하는 비전도성 입자의 제어를 포함하는, 유기성 가요성 기판상에 이미지를 계속 함유하는 방법 및 프로세스 및 이에 이용되는 장치의 영역에 포함되어 있다. 이것은 본 발명의 영역 내에 있지는 않다.
5. 캐나다 특허 제682814호 "전도성 종이 및 그 제조 방법"은 전도성 종이의 부피 가공, 특히 셀룰로오스 매트릭스에 불규칙하게 분산된, 금속으로 코팅되거나 코팅되지 않은 부피에서의 전도성 섬유 함유물에 관한 것이다. 이것은 본 발명의 영역 내에 있지 않으며, 종이 구조의 조작을 포함하지 않는다.
6. 캐나다 특허 제767053호 "전도성 종이"는 정보 인쇄용 정전기 전하의 유지 및 계발을 목적으로 하는, 1012Ω㎝보다 낮은 저항률을 보장할 수 있는, 제오라이트의 결합과 연관된, 절연 광도전체(photoconductor) 물질로 코팅된, 전도성 체적의 셀룰로오스 종이의 코팅을 설명한다. 이 발명은 종이가 전하 부하를 저장할 수 있는 유전체도 동작할 수 있는 동시에 종이의 양면에 장치를 구성하는 다양한 구성요소에 지지 원소로 동작하는 본 발명의 영역 내에 있지 않다.
7. 캐나다 특허 제898082호 "전도성 종이의 4-비닐 피리딘의 중합형 4급 유도체계(polymeric quaternary derivatives of 4 vinyl pyridine in electrically conductive paper)"는 정전기 복사 종이를 생산할 수 있는 광전도성 코팅을 수용할 수 있는 4급 중합체의 이용을 설명한다.
8. 캐나다 특허 제922140호 "전도성 종이"는 이미지 재생 기술에 유용한 구성요소의 적어도 75%의 중합체를 구비한 전도성 종이를 다룬다. 이 특허는 다음 형태의 래디컬(radical) 구조를 포함하는 모든 구성요소를 보호한다. 이것은 본 발명의 영역이 아니다.
전술한 설명으로부터, 본 발명에 개시된 제품 및 방법에 대해서 어떤 간행물 또는 특허 출원도 연관되지 않았다고 결론지을 수 있다.
언급된 특허 및 참고자료는 본 게시물이 찾아야할 기술의 상태와 일치하며, 가소성이 부여된 표면상의 도전체로 이용되는 물질 및 프로세스 면에서, 일반적으로 중요하지 않은 점이 일부 존재하며, 이 프로세스는 일부 경우 상온에서 발생한다. 그러나, 메모리 효과를 구비한 능동 소자의 구성요소 및 장치의 물리적 코어, 그 파생물 또는 혼합물를 셀룰로오스 기반 종이에 동시에 이용하는 것에 주목하는 작업 및 특허 또는 특허 출원의 존재는 알려져 있지 않다.
본 발명은 새로운 전자 소자의 형성에 관한 것으로, 여기서 페이퍼는 인터스트레이터로 언급되는 지지체로서 동작하는 능동 요소이며, 상이한 기술을 사용하여 제조되고, 이들 제품 및 시스템의 최종 기능을 결정하는, 천연, 인조 또는 혼합 셀룰로스 또는 바이오-유기-기반 페이퍼, 또는 그들의 혼합 조성물을 포함하는 제품 및 전자 시스템을 제공하고자 한다. 이러한 소자의 제조와 관련된 실험 또는 시도가 알려져 있지 않다. 이는 본 발명의 주된 대상이고, 하이브리드 타입으로 이루어지지만, 전자 부품이 집적되는 모놀리식으로도 이루어질 수 있으며, 현존의 시스템에서 찾아볼 수 없는 새로운 효과를 생성하고 새로운 가치를 부여한다.
본 발명은 새로운 전자 소자의 형성에 관한 것으로, 여기서 페이퍼는 인터스트레이터로 언급되는 지지체로서 동작하는 능동 요소이며, 상이한 기술을 사용하여 제조되고, 이들 제품 및 시스템의 최종 기능을 결정하는, 천연, 인조 또는 혼합 셀룰로스 또는 바이오-유기-기반 페이퍼, 또는 그들의 혼합 조성물을 포함하는 제품 및 전자 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 소자가 자체-지속(self-sustainable) 가능하도록 상기 장치의 물리적 지지체 및 유전체(2)로서 천연, 인조 또는 혼합 박막(2)을 포함하는 전계효과 전자 또는 광전자 소자의 제조 프로세스에 대해 기술한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 박막은 천연, 인조 또는 혼합 셀룰로스 물질 - 이하, 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼로 언급함 - 을 포함한다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은, 다이오드 정션 또는 트랜지스터의 능동 소자, 또는 2개, 3개, 또는 4개의 하이브리드 단자의 소자로 기능하기 위해, 텐덤(tendem) 구조 또는 다층 구조로 이루어진, 금속(3,5)의 전기특성을 지닌 유기물 또는 무기물, 반도체(1), 절연체(6) 또는 적응층(4)의 하나 또는 복수의 추가적인 구성요소를 단일 또는 이산 구조에 포함한다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은 상기 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼에, 최종 소자의 기타 구성요소를 증착하기에 앞서 보호층 또는 적응층을 도포한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 층착되는 보호층 또는 적응층(4)은 높은 전기저항성 유전체 물질을 포함하고, 2000nm까지의 두께를 가진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 상기 구성요소는 실온에 가까운 온도에 있고, 옵션적으로 150도까지 어닐될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 진공 중 저항성 열 증발, 또는 진공 중 전자총; DC, RF, UHF(ultra high frequency)의 마그네트론 지원(assisted) 또는 비지원(non-assisted) 캐소드 스퍼터링, 지원 또는 비지원의 RF 플라즈마 또는 UHF에 의한 증기의 화학적 분해(decomposition), 잉크-제트 또는 화학적 에멀전의 하나 이상의 수단에 의해 상기 구성요소를 증착한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 제조 프로세서의 이전 또는 이후에, 새도우 마스크 또는 페이퍼에 증착된 물질 상에 직접적인 라이팅(writing)을 사용하여 보호 수지 상에 패턴되거나 그레이브된(graved) 선택 드로잉(drawings) 또는 디자인(designs)에 따른 패턴으로 박막을 증착하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 유기 또는 무기 물질, 금속 물질 또는 고전도성의 반도체 산화물을 포함하는 전도성 구성요소 또는 구성요소들(3,5)을 10㎛까지의 두께로 증착하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 코발런트 무기 물질, 단일 이온 물질, 멀티컴파운드 물질 또는 유기 물질을 포함하는 반도체 구성요소를 2nm 내지20㎛의 두께로 증착하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 최종 소자를 두께 10㎛의 유전체로 캡슐화하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼(2)는, 영구적인 이온도 및 음전도(electronegative degree)를 제어할 수 있는 재생(regeneration), 용해(dissolution) 기술, 또는 이들의 조합 기술에 의해 생성된, 천연 또는 합성 또는 혼합된 셀룰로스 섬유로부터 획득된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 전계 또는 광전자 전계효과 소자에 대해 기술하는데, 상기 소자를 자체-지속가능하게 하도록 천연, 인조 또는 혼합된 박막(2)을 상기 소자의 물리적 지지체 및 유전체(2)로서 포함하는 전자 또는 광전자 전계효과 소자에 대해 기술한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 박막(2)은 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 다이오드 정션 또는 트랜지스터의 능동 소자, 또는 2개, 3개, 또는 4개의 하이브리드 단자의 소자로 기능하기 위해, 금속의 전기특성을 지닌 유기물 또는 무기물로 형성되고, 전극으로서 사용되는, 반도체(1), 절연체(6) 또는 적응층(4)의 하나 또는 복수의 추가적인 구성요소를 단일 구조, 텐덤(tendem) 구조 또는 다층 구조에 더 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 상기 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼 직상측에 보호층 또는 적응층을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 보호층 또는 적응층(4)은 높은 전기저항성 유전체 물질을 포함하고, 20,000nm까지의 두께를 가진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 상기 전도성 구성요소 또는 구성요소(3,5)들은, 10㎛까지의 두께의 유기 또는 무기 물질, 금속 물질 또는 고전도성의 반도체 산화물을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 반도체 구성요소(1)는 2nm 내지20㎛ 두께의 코발런트 무기 물질, 단일 이온 물질, 멀티컴파운드 물질 또는 유기 물질을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 최종 소자는 10㎛ 두께를 가진 유전체(6)에 의해 캡슐된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 유전체(2)로서 동작하는 페이퍼 구성요소 부분; 코발런트 또는 이온의, 유기 또는 무기 능동 반도체로 이루어진 섬유 상에 증착된 이산 채널 영역(discrete channel region); 전도성 산화물, 연속된 구조의 또는 인터커넥팅된 아일랜드의 금속으로 이루어진 드레인, 소스(5) 및 게이트(3) 영역을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 금속 전극 타입(3) - 페이퍼(2) -반도체(1)의 구조로 이루어지고, 셀룰로스 또는 바이오-유기 페이퍼(2)는 유전물질로 동작하고, 그 단위 면적당 전하 용량(electrical charge capacity)은 섬유가 어떻게 분포되고, 섬유가 어떻게 상이한 기계적 압축 평면에서 상호연관(interrelate)되어 있는지에 의존하고, 투명 금속 또는 물질로서 사용되지 않은 물질은 드레인 소스(5) 및 게이트(3) 영역을 형성하기 위해 증착되고, 반도체는 채널 영역(1) 구성성분이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 페이퍼, 바람직하게는 페이퍼를 구성하는 섬유, 그와 관련된 방법 및 그 섬유의 분포와 연관된 단위 면적당 전하 용량에 높게 의존하는, 소자는 ON 상태에서 OFF 상태로의 전환이 가능하거나, 전기 또는 전자 신호를 증폭할 수 있는 p형 또는 n형 전계효과 트랜지스터이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 소자의 능동 반도체층은 증착될 2개의 고전도성의 물질을 가지며, 2개의 고전도성 물질은 전기 전도성이 실질적으로 동일하고, 서로 1nm 내지1000㎛의 범위의 거리에서 떨어져 있으며, 각각 드레인 영역과 소스 영역(5)으로 설계되어, 그 구성요소를 통해 페이퍼의 유전체가 유효하게 집적될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 드레인 및 소스 영역(5)은 페이퍼에 증착된 반도체 물질의 전도성보다 적어도 천배 높은 전도성을 띄는 유기 반도체, 무기 코발런트 또는 이온 반도체로 이루어지고, 이들 반도체들이 2nm 내지 20㎛의 두께로 증착되어 채널 영역(1)이 되고, 두께는 페이퍼(2)를 형성하는 섬유의 두께와 실질적으로 동일하거나 작으며, p형 또는 n형 전계효과 트랜지스터의 드레인 및 소스 영역(5)으로 사용되는 채널영역과 경계하는 영역에 연속적 또는 반연속적(semi-continuous) 증착의 제조를 허용한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 채널 영역(1)은, 유기, 무기 이온 또는 이산(discrete) 또는 연속된 형태로, 두께는 유기 페이퍼(2)를 형성하는 섬유의 두께와 동일하거나 작은 2nm 내지20㎛의 두께와, 전도성은 드레인 및 소스 영역(5)을 형성하는데 이용된 물질의 것보다 천배 이하인 코발런트 p형 또는 n형 반도체로 이루어진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, p형 또는 n형 트랜지스터는, 페이퍼를 형성하는 섬유에서의 단위 면적에 수용된 전하의 기능인, 스위칭 모드 또는 전기 신호의 증폭 모드 중 하나에서, 신호의 인가 또는 게이트 전압의 인가없이 ON 상태로 연결되기 위해 연결된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 페이퍼 상에 사용되는 능동 반도체는 2개의 상보형 p형 및 n형 반도체(1,7)로 또는 그 역으로 대체되고, 100nm 내지100㎛의 거리 범위에서 서로 이격되어 병치(juxtaposed)된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 페이퍼에 증착되는 2개의 반도체는 각각의 드레인 및 소스로서 사용되는 동일한 물질에 의해 연결되고, 공동 전극으로서 작용한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 셀룰로스 물질 또는 바이오-유기 페이퍼(2)는, 영구적인 이온도 및 음전도를 제어할 수 있는 재생, 용해, 또는 혼합 기술에 의해 생성된 천연 셀룰로스 섬유, 합성 섬유, 혼합 섬유를 포함한다.
본 발명에 따르면, 모노리식 또는 하이브리드식의 새로운 집적된 인터스트레이트 컵셉에 기반한 플렉시블 자체-지속가능한 소자, 폐기 소자(disposable devices)의 제조를 허용한다.
도 1은 금속, 절연체 및 반도체로 구성되고, MIS 다이오드로 불리기도 하는 비캡슐(non-encapsulated) 다이오드의 기본 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로, 전기 콘택은 다음의 참조를 따른 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다.
1 - n형 또는 p형 능동 유기물 반도체 또는 코발런트 무기물 또는 이온 무기물 반도체;
2 - 유전체 및 전자 부품의 물리적 지지체(기판)로서 동시적으로 사용되는 셀룰로스 또는 바이오-유기물 기점(origin)의 페이퍼;
3 - 금속 또는 금속 합금, 또는 2개의 금속의 다층 형태로의 연속적인 증착 또는 매우 높은 전도성의 산화물 반도체 또는 매우 높은 전도성의 유기 물질로 구성된 소자와의 전기적 접촉을 이루는데 이용되는 게이트 전극.
도 2는 금속, 절연체 및 반도체로 구성되고, MIS 다이오드로 불리기도 하는 비캡슐 다이오드의 기본 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로, 전기 금속 콘택은 높은 전도성의 전도성 산화물로 구성되고, 금속 또는 반도체 성분을 구성하는 물질의 증착전에, 적응층은 페이퍼 시트의 한쪽 또는 양쪽에 존재하고, 다음의 참조에 따른다.
4 - 인터페이스의 보호층 또는 적응층은 페이퍼 인터페이스의 한쪽 또는 양쪽에 존재한다.
도 3은 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 도면으로, 두개의 적응층이 증착 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 양쪽 표면 사이에 존재하고, 소스와 드레인 영역은 다음의 참조를 따라 능동 반도체에 증착된다.
1. 능동 n형 또는 p형 반도체는 전계-효과 트랜지스터의 채널 영역으로서 작동함;
2. 페이퍼는 전계-효과 트랜지스터의 유전체로서 작동함;
3. 게이트 전극(금속 또는 높은 전도성의 산화물 또는 유기성의 높은 전도성 반도체);
4. 유전체 채널 적응층(4) 및/또는 유전체 게이트 전극;
5. 채널 영역이 코발런트 반도체에 기반할 때, 전계-효과 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역은 높게 도핑된 반도체 또는 P-도트와 같은 높은 전도성의 유기 반도체로 이루어지고, 채널 영역이 이온 산화물 또는 유기물 반도체일 때 금속 또는 P-도트 또는 단일 반도체 산화물, 콤파운드 또는 높은 전도성의 멀티-콤파운드로 이루어짐;
6. 캡슐화층, 표면 보호층.
도 4는 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 도면으로, 적응층은 유전체로 사용된 페이퍼 표면의 측면상의 증착된 물질 사이에 배치되고, 참조에 따라 소스 및 드레인 영역을 오버랩하는 능동 반도체를 포함한다.
도 5는 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 도시한 도면으로, 적응층은 유전체로 사용된 페이퍼 표면의 측면상의 증착된 물질 사이에 배치되고, 참조에 따라 소스 및 드레인 영역을 오버랩하는 능동 반도체를 포함한다.
도 6은 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 도시한 도면으로, 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개 표면 사이에 적응층이 존재하지 않고, 능동 반도체는 참조에 따른 강화 또는 공핍 방법으로 작용하는 소스 및 드레인 영역을 오버랩한다.
도 7은 비캡슐화된 CMOS 전계-효과 소자를 개략적으로 나타낸 도면으로, 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개의 표면 사이에 적응층이 존재하지 않고, 능동 n형 또는 p형 반도체 또는 그 역의 반도체가 참조를 따라 드레인 및 소스 영역을 오버랩한다.
7 - 그 반도체 타입이 도 1에 참조에 대응하는 반도체의 채널에 상보(complementary)하고, n형인 경우 보충물은 p 형 또는 그 역으로 된다.
도 8은 비캡슐화된 CMOS 전계-효과 소자를 개략적으로 나타낸 도면으로, 두개의 적응층이 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개 표면 사이에 배치되고, 능동 n형 또는 p형 반도체 또는 그역의 반도체가 100nm 내지 1000㎛ 사이의 거리로 서로 이격되며 참조에 따라 드레인과 소스 영역을 오버랩 한다.
1 - n형 또는 p형 능동 유기물 반도체 또는 코발런트 무기물 또는 이온 무기물 반도체;
2 - 유전체 및 전자 부품의 물리적 지지체(기판)로서 동시적으로 사용되는 셀룰로스 또는 바이오-유기물 기점(origin)의 페이퍼;
3 - 금속 또는 금속 합금, 또는 2개의 금속의 다층 형태로의 연속적인 증착 또는 매우 높은 전도성의 산화물 반도체 또는 매우 높은 전도성의 유기 물질로 구성된 소자와의 전기적 접촉을 이루는데 이용되는 게이트 전극.
도 2는 금속, 절연체 및 반도체로 구성되고, MIS 다이오드로 불리기도 하는 비캡슐 다이오드의 기본 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로, 전기 금속 콘택은 높은 전도성의 전도성 산화물로 구성되고, 금속 또는 반도체 성분을 구성하는 물질의 증착전에, 적응층은 페이퍼 시트의 한쪽 또는 양쪽에 존재하고, 다음의 참조에 따른다.
4 - 인터페이스의 보호층 또는 적응층은 페이퍼 인터페이스의 한쪽 또는 양쪽에 존재한다.
도 3은 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 도면으로, 두개의 적응층이 증착 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 양쪽 표면 사이에 존재하고, 소스와 드레인 영역은 다음의 참조를 따라 능동 반도체에 증착된다.
1. 능동 n형 또는 p형 반도체는 전계-효과 트랜지스터의 채널 영역으로서 작동함;
2. 페이퍼는 전계-효과 트랜지스터의 유전체로서 작동함;
3. 게이트 전극(금속 또는 높은 전도성의 산화물 또는 유기성의 높은 전도성 반도체);
4. 유전체 채널 적응층(4) 및/또는 유전체 게이트 전극;
5. 채널 영역이 코발런트 반도체에 기반할 때, 전계-효과 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역은 높게 도핑된 반도체 또는 P-도트와 같은 높은 전도성의 유기 반도체로 이루어지고, 채널 영역이 이온 산화물 또는 유기물 반도체일 때 금속 또는 P-도트 또는 단일 반도체 산화물, 콤파운드 또는 높은 전도성의 멀티-콤파운드로 이루어짐;
6. 캡슐화층, 표면 보호층.
도 4는 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 도면으로, 적응층은 유전체로 사용된 페이퍼 표면의 측면상의 증착된 물질 사이에 배치되고, 참조에 따라 소스 및 드레인 영역을 오버랩하는 능동 반도체를 포함한다.
도 5는 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 도시한 도면으로, 적응층은 유전체로 사용된 페이퍼 표면의 측면상의 증착된 물질 사이에 배치되고, 참조에 따라 소스 및 드레인 영역을 오버랩하는 능동 반도체를 포함한다.
도 6은 비캡슐화된 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 도시한 도면으로, 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개 표면 사이에 적응층이 존재하지 않고, 능동 반도체는 참조에 따른 강화 또는 공핍 방법으로 작용하는 소스 및 드레인 영역을 오버랩한다.
도 7은 비캡슐화된 CMOS 전계-효과 소자를 개략적으로 나타낸 도면으로, 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개의 표면 사이에 적응층이 존재하지 않고, 능동 n형 또는 p형 반도체 또는 그 역의 반도체가 참조를 따라 드레인 및 소스 영역을 오버랩한다.
7 - 그 반도체 타입이 도 1에 참조에 대응하는 반도체의 채널에 상보(complementary)하고, n형인 경우 보충물은 p 형 또는 그 역으로 된다.
도 8은 비캡슐화된 CMOS 전계-효과 소자를 개략적으로 나타낸 도면으로, 두개의 적응층이 증착된 물질과 유전체로 사용된 페이퍼의 2개 표면 사이에 배치되고, 능동 n형 또는 p형 반도체 또는 그역의 반도체가 100nm 내지 1000㎛ 사이의 거리로 서로 이격되며 참조에 따라 드레인과 소스 영역을 오버랩 한다.
본 발명은 유전체와 물리적 지지체로서 동시적으로 작용하는, 셀룰로스-기반 페이퍼 또는 중량 및 조성이 상이한 셀룰로스 혼합물, 바이오-유기물원을 사용하여, 단일 또는 집적 전자 소자 및 광전자 소자의 생성을 이끌어내고, 인터스트레이트 페이퍼에 손상을 주지 않도록 선택되고 제어되는, 새로운 소자의 제조와 호환되는 적당한 증착 공정에 관한 것이다. 이를 위해, 모든 제조 공정은 특히 페이퍼의 표면에서 섭씨 150도 이하의 온도로 수행된다.
본 발명은 소정의 용도에 따라 상이한 구성을 가질 수 있다. 본 발명은 페이퍼를 전자 회로와 다른 형태로 기판과 유전체로서 동시에 사용하는 것을 가능하게 하며, 이는 종래의 전자 소자, 즉 전계-효과 전자 소자와 구별되는 성능의 새로운 전자 소자의 생성을 유도한다.
따라서, 본 발명은, 새로운 혁신적인 프로세스를 사용하여 새로운 혁신적인 성능을 가지는 새로운 소자의 생성하는 것에 대응하는데, 페이퍼를 형성하는 섬유로 인해, 유전체 페이퍼의 단위 면적당 매우 높은 캐퍼빌러티(capability)를 가지며, 물리적 지지체와 능동 소자의 요소의 두가지 기능을 가진 페이퍼를 포함하는 새로운 제품과 시스템 또는 이들에 기반한 집적 회로를 가능하게 한다.
A. 다이오드 정션 프로세스
도 1 및 도 2는 MIS 구조로 설계된 금속 절연체 반도체 다이오드를 도시한 도면이다. 도 1에서, 페이퍼의 양면에 증착되는 금속 인터페이스의 적응층은 존재하지 않고, 반면에 두번째 예는 그런 경우를 도시하고 있는데, 금속 전극이 퇴보(degenerated) 반도체 산화물에 기반한다. 모든 경우에 있어서, 능동 반도체는 유기 또는 무기 코발런트 또는 이온의 공지된 반도체일 수 있다. 소자를 형성하는 모든 구성요소는 하기하는 바와 같이 공지된 물리적, 화학적, 물리-화학적 증착 기술일 수 있다.
소자의 동작 이론은 소위 전계-효과에 기반하는데, 여기서 반도체에 수집된 전하는 게이트 전극으로 설계된 금속 전극으로 인가되는 전계(electric field)로 기능하고, 반도체에 흐르는 전류는 섬유가 어떻게 분포되고 결합되는지에 따른 페이퍼의 단위 면적당 용량의 함수이다.
B. MIS 정션 제조 프로세스
제1 단계에서, 사용된 페이퍼의 종류와 중량을 무시하고, 연속적인 필름을 제조하기 위해 페이퍼 표면의 질감을 고려하여 준비하고 조정한다. 이는 다음의 어느 하나에 의해 얻어질 수 있다.
a) 페이퍼의 양 표면에 10분간 UV 처리; 또는
b) 증착전에, 페이퍼의 양 표면을 진공 처리, 표면을 아르곤, 니트로겐 또는 제논 분위기에서 1-10-2Pa 압력하에서, 0 내지 1-3Wcm-2 사이의 파워 밀도를 사용하여 5분간 dc 또는 RF 방출을 받게 함; 또는
c) 보호 필름을 2-200nm의 두께로 증착 - 세라믹, 산화물 또는 질화물 또는 불소; 또는
d) 프리 나노-입자를 제거하고, 표면을 활성화(질소 혼합물 내의 산소의 기능)하기 위해 질소/수소 제트 플로우로 표면을 세정함.
표면이 일단 준비되면, 표면은 다음과 같은 다양한 제조 공정이 일어나는 환경으로 이송된다.
i) P-도트와 같은 무기 금속 또는 전도성 산화물질 또는 유기 금속의 증착으로 이루어진 도 1 및 2에서 참조번호 3으로 도시된 금속 전극의 처리, 여기서 P-도트는,
I) 진공에서 10-3pa 이하의 진공 압력을 사용하고, 기판의 온도는 쿨링에 의해 제어되는 시스템을 사용하는, 열 저항 또는 전자 총 증발 프로세스. 사용하는 최소 두께는 10nm 임. 이 프로세스는 연속된 형태로(롤 투 롤)로 구현되거나 수행됨.
II) 아르곤 분위기에서, 기판의 제어된 온도에서(쿨링), 1Pa 내지 10-1Pa 의 진공압력에서, 마그네트론-지원-캐서드((magnetron-assisted-cathodic) 스퍼터링(DC 또는 RF), 여기서 기판의 타겟 거리는 5cm 내지 15cm 사이에서 타겟의 치수와 증착될 페이퍼 시트의 치수에 의존하여 변경됨.
III) 유기 또는 무기 성분을 함유한 화학 용액으로부터 잉크-제트 인쇄, 증착 물질의 최소 두께는 10nm.
IV) 400nm의 두께로 증착될 상기 성분을 함유한 화학 용액의 화학적 에멀션의 신속한 스프레딩.
ii) 도 1 및 도 2에서 참조번호 1로 참조된 유기 또는 무기 이온 또는 코발런트 능동 반도체의 제조 공정동안 다음의 기술 중 하나가 이용됨:
V) 반응성 분위기 및 금속 타겟 또는 반응성 또는 비반응성 분위기 및 세라믹 타겟을 사용하여 상이한 구성요소와 순도로 마그네트론-지원 캐서드 스퍼터링(DC 또는 RF). 사용되는 진공 압력은 1Pa 내지 10-1Pa 사이에서 변화될 수 있고, 산소의 부분압력(partial pressure)은 10-4Pa 내지 10-2Pa 사이에서 변화될 수 있음; 여기서 타겟 기판 거리는 사용되는 타겟의 치수와 증착되는 페이퍼 시트의 치수에 기반하여 5cm 내지 15cm 사이에서 변화됨.사용되는 두께는 10 내지 5000nm임.
VI) 증착될 금속 성분을 함유한 세라믹/산화물로부터 저항 방법 또는 전자 총 방법에 의해 진공에서의 열 증발. 이전 설명한 기술에 따라 10-3Pa 아래의 진공 압력에서 실시됨. 사용되는 두께는 약 10-20000nm 임.
VII) RF 플라즈마 또는 UHF-지원 화학적 증기 분해. 이 경우, 증착되는 성분은 가스 형태이다. 예를 들면, 실리콘 증착의 경우, 이는 실레인(silane)의 형태이며, 0과 03-2Wcm-2 사이의 파워 밀도와, 13,56MHz와 60MHz 사이의 여기 주파수를 사용하여, 10-200Pa의 압력 범위에서 RF 방출에 의해 분해(decomposed)된다. 능동 반도체의 사용가능한 두께는 20 내지 8000nm이다.
VIII) 유기 또는 무기 성분을 함유한 화학 용액으로부터의 잉크 제트 인쇄. 증착되는 물질의 최소 두께는 20-5000nm이다.
IX) 증착 성분을 포함한 화학 용액의 신속한 스프레딩. 증착 물질의 두께는 20-20000nm이다.
iii) 도 1 및 도 2에서 참조번호 4로 참조된 적응층(adaptation layer)또는 도 1 및 도 2에서 참조번호 6으로 참조된 캡슐층(encapsulation layer)의 공정에 있어서, 사용되는 제조 공정은 항목 ii)에서 지적되며, 동일한 종류의 물질을 사용하지만, 물질이 무엇이든지 간에, 능동 반도체에 의해 나타난 전기 저항성보다 천배(3 orders of magnitude) 이상의 전기 저항성을 가진다.
C. 전계-효과 트랜지스터의 프로세싱
강화 모드(enhancement mode) 또는 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하고, 도 3 내지 6에 도시한 바와 같은 인터페이스에서 적응층을 가질수도, 갖지 않을 수도 있는, 캡슐된 또는 캡슐되지 않은 n형 또는 p형 전계-효과 트랜지스터에 대해 설명하는데, 이들 트렌지스터는 ON 상태 또는 증폭 상태로 되기 위해 게이트 전극에 전압이 인가되거나 인가되지 않을 수도 있다. 이 기능은 정보 어드레스로 전환하거나, 증폭 회로로 전환하기 위한 핵심이다. 또는 어떤 섬유가 분포되는지에 의존하여 인터스트레이트 페이퍼의 단위 면적당 전기 및 이온 충전 용량에 따라 전류가 반도체 내를 순환하는 신호 전도 회로(signal conductive circuit)로서 동작한다. 도 3 내지 도 6은 상이한 타입의 인터페이스 보호층 또는 적응층을 가진 전계-효과 트랜지스터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6에서 참조번호 1로 참조된 채널 영역의 공정 동안 능동 코발런트 p형 또는 n형 반도체로서 사용되는 물질은 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 또는 이온 산화물 - 아연 산화물, 알루미늄에 합금된 아연 산화물, 불소에 합금된 주석 산화물, 또는 구리 산화물, 또는 카드늄 산화물, 또는 은 산화물, 또는 은 산화물, 또는 인듐과 몰리브덴늄의 화합물 합금, 또는 인듐과 주석의 화합물 합금, 또는 인듐과 아연의 화합물 합금, 또는 아연과 갈륨의 화합물 합금, 아연, 갈륨, 인듐의 화합물 합금, 아연, 실버, 인듐의 화합물 합금, 또는 인듐, 아연, 지르코늄의 화합물 합금, 또는 인듐, 아연, 구리의 화합물 합금, 또는 인듐, 아연, 카드늄의 화합물 합금, 인듐, 아연, 주석의 화합물 합금, 갈륨, 주석, 아연의 화합물 합금, 또는 인듐, 아연, 몰리브덴늄의 화합물 합금, 또는 하프니아, 또는 티타늄 또는 알루미나 또는 탄탈륨 또는 산화물의 화합물 합금를 주로하며, 그 구성의 조성은 0.1% 냐자 99.9% 사이에서 변화하고, 1011-100Ω㎝의 저항성을 가지며, 공정동안 조성의 기능과 산소의 부분 압력이 사용된다. 사용되는 기술은 항목 A의 ii)에 기술된 하나이다. 드레인 및 소스 영역의 유용한 두께는 2-20000nm이다.
도 3 내지 6에서 참조번호 5로 참조된 드레인 영역의 공정 동안, 이전 언급한 것과 동일한 반도체가 사용되지만, 100 내지 10-6Ω㎝의 낮은 저항성을 가지며, 이전 언급한 것과 동일한 기술이 사용된다. 채널 영역의 유용한 두께는 2-20000nm 사이에서 변화된다.
사용되는 캡슐층, 적응층 및 보호층은 A에서 언급한 것과 동일하다.
D - CMOS 소자 프로세싱
본 명세서에 설명된 예는 두개의 전계-효과 트랜지스터로 이루어지는데, 도 7 및 도 8에서 참조번호 1로 나타낸 바와 같이, 이중 하나는 n형으로 강화 모드에서 동작하고, 다른 하나는 p형으로, 참조번호 7로 나타낸 바와 같이, 동적인 차지(dynamic charge)로서 동작하고, 전술한 기술에 의해 제조된다. 여기서, 두개의 트랜지스터의 활성 d역의 간격(separation) 100nm 내지 100㎛사이에서 변화될 수 있고, CMOS로 설계된 소자의 제조에 따라, 트랜지스터의 용량을 결정하는 섬유(fiber)로 구성된 시트 페이퍼의 양면 또는 한면에 보호층을 가지거나 가지지 않을 수 있다. 이런 타입의 회로에서, 두개의 트랜지스터는 동시적으로 ON 상태로 될 수 없고, 논리적 게이트 및 디지털 회로의 컨셉으로 사용될 수 있다.
이들 소자 및 반도체 회로 및 이전 설명한 어플리케이션은 단지 실시가능한 일례일 뿐이라는 것은 자명하며, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 본 발명의 범위 및 이론 내에서 전술한 실시예에 더하여 각종 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 이들 변형 및 변경은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 포함되어야 하며, 본 발명은 전술한 실시예가 아닌 특허청구범위에 의해 보호되어야 한다.
구현(Implementations)
본 발명으로부터 기인한 소자와 집적 회로를 사용하는 주요 산업은 전자 산업, 반도체 산업, 평면 스크린 산ㄴ업, 논리 회로 산업, 기구 및 센서 산업, 의료 및 바이오 산업, 광전자 산업, 마이크로 및 나노 전자 산업을 예로 들 수 있다. 본 발명에 기반한 소자는 전계-효과 소자에 기반한 모든 전자장치에서 스위치 또는 증폭기로서 직접 사용될 수 있으며, 정보의 오리엔테이션(orientation)을 위한 회로(드라이버), 평면 스크린의 어드레스 매트릭스, 논리 회로의 컨셉 - 즉 인버터 논리 게이트, e 또는 (AND 또는 OR) 타입 논리 게이트, 그 보수 형태(NAND 및 NOR) -, 링 오실레이터, 헤테로 정션(hetero junction)의 제조 - 즉, MIS 다이오드 - 및 COMS 소자를, 기구 산업, 의료 및/또는 식품 산업에서 제어 회로, 시그날링 회로를 스위치하기 위한 핵심 부품로서, 특히 국방 산업에서 스텔쓰(stealth), 인비지블 디스플레이(invisible displays)의 설계의 핵심 부품으로 포함할 수 있다.
본 발명은 단순하고 저가의 공정 기술을 사용하여 제품을 개발하는 것을 목적으로 하며, 본 발명에서는 페이퍼를 제조될 소자 및 집적 시스템 수단의 물리적 지지체 및 유전체로서 동시에 사용하고, 저온에서 셀룰로스 또는 바이오-유기 페이퍼의 양면에 박막을 처리하는 것과 관련하여 프로세스 기술의 활용한다.
한편, 요구되는 제조 기술은 전자 산업에서, 또는 광학전자 산업에서, 또는 반도체 산업에서 현존하는 기술들 - 즉 대면적을 위한 캐소드 스퍼터링 공정, 또는 열 증발 또는 솔-겔(sol-gel) 또는 잉크제트 공정 -과 호환되고, 연구 개발의 면에서 높은 투자를 요구하지 않는다.
본 발명에 의해 제공되는 기술의 이점은 페이퍼를 정적인 방식이 아닌 동적인 방식으로 사용하여 전자 소자의 기판과 구성요소로서 동작시킨다.
바람직한 실시예가 상세하게 기재되었지만, 앞서 확인된 모든 장점이 제공되지 않았어도, 많은 변형, 대체 및 변경이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이뤄질 수 있음을 이해할 것이다. 여기에 제공된 성과는 동일한 범주에 있는, 다양한 다른 방법으로 실행되고 통합될 수 있는 본 명세서를 설명한다. 또한, 바람직한 실시예에서 설명되고 예시된 기술, 구성, 원소 및 공정은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 기술, 구성, 원소 및 공정과 결합 또는 통합될 수 있다. 본 발명이 몇몇 실시예에서 기재되더라도, 이들은 본 발명의 응용 범위에 따라 여전히 변경될 수도 있다. 변형, 대체 및 변경된 예는 당업자에 의해 쉽게 판단되고 본 발명의 정신 그리고 범주에서 벗어남이 없이도 구형될 수 있다.
Claims (30)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자에 있어서,
상기 소자의 물리적 지지체로서 또한 상기 소자의 유전체로서 사용되는 페이퍼 박막(2)이, 수소결합에 의해 물리적 또는 화학적으로 결합되어 층(layers)을 이루는 셀룰로오스계 천연 섬유, 인조 섬유 또는 이들의 혼합 섬유를 포함하고,
상기 페이퍼 박막(2)을 형성하는 섬유의 단위면적당 축적된 전하 신호에 의해, 스위칭 키 모드(switching key mode) 또는 증폭 모드(amplification mode)에서, 게이트 전극에 전기 신호 전압을 인가함이 없이 ON 상태로 되고,
상기 섬유, 상기 층, 또는 상기 섬유와 층은 전기음성도(electronegativity)와 이온도(ionicity)가 조정된 접착제에 의해 접착되는
P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 페이퍼 박막(2)에는, 섬유의 두께보다 10 내지 100배 낮은 두께를 가지는 능동 반도체가 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자.
- 제9항 또는 제11항에 있어서,
다이오드, 트랜지스터 또는 2개, 3개 또는 4개의 하이브리드 단자의 소자 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductors)를 포함하는 능동 소자로 기능하기 위해,
단일 구조, 텐덤 구조 또는 다층 구조 내에, 적어도 금속의 전기적 특성을 지닌 유기물 기원(origin) 또는 무기물 기원의 재료로 형성되고, 전극으로서 사용되는, 하나 이상의 구성요소인 반도체 구성요소, 절연체(6), 또는 적응층(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자.
- 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 페이퍼 박막(2)의 직상방에 보호층(passivation) 또는 적응층(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자.
- 제12항에 있어서,
상기 반도체 구성요소는 코발런트 무기 물질, 단일 이온 물질, 멀티컴파운드 물질 또는 유기 물질을 포함하고, 2nm 내지 20㎛의 범위 내의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 P형 또는 N형의 전계효과형 전자 또는 광전자 소자. - 삭제
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