KR20090045212A

KR20090045212A - 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 갖는 전압 절환형 유전체

Info

Publication number: KR20090045212A
Application number: KR1020097001864A
Authority: KR
Inventors: 렉스 코소우스키; 로버트 플레밍
Original assignee: 쇼킹 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2006-07-29
Filing date: 2007-07-29
Publication date: 2009-05-07
Also published as: EP2437271A3; EP2437271A2; WO2008016858A9; KR20090045213A; EP2054897A1; EP2418657A3; EP2054896A1; WO2008016858A1; WO2008016859A1; JP2010515238A; ES2395451T3; EP2418657A2; SG187285A1; EP2054896B1; JP2010515239A; DK2054896T3; EP2054897B1; MY147311A; HK1130939A1; SG187275A1

Abstract

하나 이상의 실시형태는 (ⅰ) 도전성 혹은 반도전성인 유기 물질과, (ⅱ) 상기 유기 물질 이외의 도체 및/또는 반도체 입자를 포함하는 조성물을 제공한다. 상기 유기 물질과 상기 도체 및/또는 반도체 입자는, 상기 조성물이 (ⅰ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시 유전성이고, (ⅱ) 상기 고유 전압 레벨을 초과하는 상기 전압의 인가에 의해 도전성으로 되는 특성을 갖도록, 결합된다.

Description

도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 갖는 전압 절환형 유전체{VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL}

본 출원은 "금속 담지량(Metal Loading)을 감소시킨 전압 절환형 유전체(Dielectric Material)"라는 제목으로 2006년 7월 29일에 제출된 미국 예비특허출원 제60/820,786호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원은 그 전부가 여기에 참고로 편입되어 있다.

본 출원은 또한 "높은 허용전류(Current Carrying Capacity)를 갖는 전압 절환형 장치 및 유전체와 이를 전기 도금하는 공정"이라는 제목으로 2006년 9월 24일에 제출된 미국 예비특허출원 제60/826,746호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원은 그 전부가 여기에 참고로 편입되어 있다.

또한, 본 출원은 "전압 절환형 유전체용 바인더(Binder)"라는 제목으로 2007년 7월 11일에 제출된 미국 예비특허출원 제60/949,179호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이 출원은 그 전부가 여기에 참고로 편입되어 있다.

본 출원은 "전압 절환형 유전체를 이용한 RFID 태그"라는 제목으로 2005년 11월 22일에 제출된 미국 예비특허출원 제60/739,725호의 우선권을 주장하고 "ESD 특성을 갖는 발광 장치"라는 제목으로 2005년 11월 30일에 제출된 제60/740,961호 에 대한 우선권을 주장하는 2006년 11월 21일자 "전압 절환형 유전체를 이용하는 발광 장치"라는 제목의 미국 특허출원 제11/562,289호의 CIP(Continuation-in-part) 출원이며, 상기 언급한 우선권 출원 전부는 그 각각이 전부 여기에 참고로 편입되어 있다.

본 출원은 "전압 절환형 유전체를 이용한 RFID 태그"라는 제목으로 2005년 11월 22일에 제출된 미국 예비특허출원 제60/739,725호의 우선권을 주장하고 "ESD 특성을 갖는 발광 장치"라는 제목으로 2005년 11월 30일에 제출된 제60/740,961호의 우선권을 주장하는 2006년 11월 21일자 "전압 절환형 유전체를 이용한 무선 통신 장치"라는 제목의 미국 특허출원 제11/562,222호의 CIP 출원이며, 상기 언급한 우선권 출원 전부는 그 각각이 전부 여기에 참고로 편입되어 있다.

본 출원은, 지금은 포기된 1999년 11월 10일자 미국 출원 제09/437,882호의 CIP 출원이고 1999년 8월 27일자 미국 예비출원 제60/151,188호의 우선권을 주장하는 "전압 절환형 유전체를 이용한 전류 반송(Current Carrying) 구조"라는 제목의 2004년 9월 28일자 미국 출원 제6,797,145호의 CIP 출원이며, 상기 언급한 우선권 출원 전부는 그 각각이 전부 여기에 참고로 편입되어 있다.

본 개시된 실시형태들은 일반적으로는 전자 장치 분야에 관련되어 있으며, 더욱 자세하게는 전압 절환형 유전체(Voltage Switchable Dielectric Material, VSD Material, VSDM)를 포함하는 장치에 관련되어 있다.

전압 절환형 유전(VSD) 물질은 그 응용예의 수가 증가하고 있다. 여기에는 예컨대 이것을 과도 전압과 정전기 방전 현상(Electrostatic Discharge Event, ESD)에 대처하기 위하여 인쇄 회로 보드와 장치 패키지에 사용하는 것을 포함한다.

종래의 VSD 물질에는 다양한 유형이 존재한다. 전압 절환형 유전체의 예들은 미국특허 제4,977,357호, 미국특허 제5,608,634호, 미국특허 제5,099,380호, 미국특허 제5,142,263호, 미국특허 제5,189,387호, 미국특허 제5,248,517호, 미국특허 제5,807,509호, WO 96/02924호 및 WO 97/26665호와 같은 참고문헌에 제시되어 있다. VSD 물질은 SURGX사(Littlefuse사 소유)에 의해 제조된 "SURGX" 물질일 수 있다.

VSD 물질이 많은 용법과 응용예를 가지고 있으나, 이 물질에 대한 종래의 조성물(Composition)들은 많은 결점들을 포함하고 있다. 전형적인 종래의 VSD 물질은 잘 깨지고(Brittle), 스크래치나 다른 표면 손상을 받기 쉬우며, 접착 강도가 부족하고, 고도의 열 팽창성을 가지고 있다.

여기에 서술된 실시형태들은 유기 도전성 혹은 반도전성 물질을 포함하는 VSD 물질의 조성물을 통합하는 장치에 대해 제공된다. 여기에서 설명하는 바와 같이, 유기 도전성 혹은 반도전성 물질의 사용에 의하여, 종래의 VSD 제조에 의해 제공되지 않는 몇 가지 개선되거나 바람직한 특성을 갖는 VSD 물질의 제조가 가능하다.

따라서 하나 이상의 실시형태는, 종래의 VSD 물질에 비하여, 예컨대 다음, (ⅰ) 높은 압축 강도(Compression Strength), 스크래치 저항성 및 깨어지지 않는 성질(Non-brittleness)의 고유한 특성을 갖는 것을 포함하는 개선된 기계적인 특성을 갖는 것, (ⅱ) 개선된 열적 특성을 갖는 것, (ⅲ) 높은 접착 강도를 갖는 것, (ⅳ) 구리에 부착하는 우수한 능력을 갖는 것, 혹은 (ⅴ) 열 팽창도가 낮은 것 중 하나 이상을 포함하는 이점을 가지는 VSD 물질을 포함하거나, 통합하거나, 혹은 제공하는 장치를 제안한다.

이러한 장치 상에서의 VSD 제조에 관해서는, 하나 이상의 실시형태가 (ⅰ) 도전성 혹은 반도전성인 유기 물질 및 (ⅱ) 유기 물질 외의 도체 및/또는 반도체 입자를 포함하는 조성물을 제공한다. 이 도전성/반도전성 유기 물질은 VSD 물질의 조성물 내에서 나노급으로 분산되거나, 용매 가용성일 수 있다. 유기 물질과 도체 및/또는 반도체 입자들은 (ⅰ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시 유전성(Dielectric)이고, (ⅱ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 인가 시에는 도전성인 것을 포함하는 VSD 물질의 전기적 특성을 가진 조성물을 제공하도록 결합된다.

여기에 설명한 실시형태에 따르면, 유기 도전성/반도전성 물질은 VSD 혼합물(Mixture)의 바인더로 균일하게 혼합될 수 있다. 일 실시형태에서, 이 혼합물은 나노급으로 분산되는데, 이는 유기 도전성/반도전성 물질을 포함하는 입자들이 적어도 하나의 치수(Dimension, 예컨대 단면)에서는 나노급이며, 해당 부피 내의 전체적인 분산 양을 포함하는 수많은 입자들이 (함께 응고되거나 압축되지 않도록) 개별적으로 분리되어 있다는 것을 의미한다.

나아가, 하나 이상의 실시형태는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)를 갖는 VSD 물질을 포함한다. 일 실시형태에서, 나노급으로 분산되도록 VSD 물질의 바인더는 거의 균일하게 혼합된 탄소 나노튜브를 포함한다.

다른 실시형태에서는, 전압 절환형 유전체를 생성하는 방법이 제공된다. (ⅰ) 유전성 바인더, (ⅱ) 금속성 및/또는 무기(Inorganic) 도체나 반도체 입자 및 (ⅲ) 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하는 혼합물을 생성한다. 이 혼합물의 생성 시, 바인더 각각과, 금속성 및/또는 무기 도체나 반도체 입자와 유기 물질이 많이 사용된다. 이 혼합물은, 경화되었을 때, (ⅰ) 고유 전압을 초과하는 전압의 부재 시 유전성이고, (ⅱ) 고유 전압을 초과하는 전압이 존재할 경우에는 도전성이다. 이후 이 혼합물은 VSD 물질을 형성하도록 경화될 수 있다.

이와 같이 설명한 실시형태에 있어서, 상기 고유 전압은 해당 회로나 장치의 동작 전압 레벨을 몇 배 초과하는 값의 범위일 수 있다. 실시형태에서는 계획된 전기적 이벤트를 포함할 수 있지만, 이러한 전압 레벨은 정전기 방전에 의해 생성되는 것과 같이 대략 과도 조건일 수 있다. 또한, 하나 이상의 실시형태는 고유 전압을 초과하는 전압의 부재 시 해당 물질이 바인더와 유사하게 동작하는 것을 제안한다.

또한, 일 실시형태는 상기 설명한 공정이나 방법으로부터 형성된 VSD 물질을 제공한다.

또한, 전자 장치에는 여기에 기술한 실시형태 중 하나에 따른 VSD 물질이 제공될 수 있다. 이러한 전자 장치는 인쇄 회로 보드와 같은 기판 장치, 반도체 패키지, 개별 소자, 발광 다이오드(LED) 및 무선주파수(RF) 부품들을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 유기 물질은 풀러렌(Fullerene)이다. 일 실시형태에 따르면, 상기 유기 물질은 단일 혹은 다중 벽(Single or Multi-walled) 탄소 나노튜브이다.

여기에서 사용되는 바와 같이, "전압 절환형 물질" 혹은 "VSD 물질"은, 해당 물질의 고유 전압 레벨을 초과하는 전압이 해당 물질에 적용되어 그 물질이 도전형으로 되는 경우가 아닌 한, 유전성이거나 비도전형인 특성을 갖는 모든 조성물이나 조성물들의 조합이다. 따라서, VSD 물질이 도전형이 되도록 고유 레벨을 초과하는 전압(예컨대, ESD 이벤트에 의해 제공되는 경우)이 물질에 가해지지 않는다면, VSD 물질은 유전체이다. VSD 물질은 또한 비선형적인 저항 물질로서 특징지어질 수 있는 어떠한 물질로도 특성화할 수 있다.

VSD 물질은 또한 전술한 바와 같은 전기적 특성을 나타내면서 그 조성물 내에서 레이어화되지 않고(Non-layered) 균일한 것으로서 특징지어질 수도 있다.

나아가, 일 실시형태는 VSD 물질이 도체나 반도체 입자와 부분적으로 혼합된 바인더를 포함한 물질로서 특징지어질 수 있다는 점을 제시한다. 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시, 이 물질은 바인더의 유전적 특성을 전체적으로 채용한다. 고유 레벨을 초과하는 전압의 적용으로, 이 물질은 전체적으로 도전형 특성을 채용한다.

일반적으로, VSD 물질의 고유 전압은 볼트/길이(예컨대, 5밀리당)로 측정된다. 하나 이상의 실시형태는 VSD 물질이 동작 회로의 전압 레벨을 초과하는 고유 전압 레벨을 갖는 경우를 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따라 VSD 물질을 제조하는 공정에 사용하기 위한 구성요소들을 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서 유기 물질을 갖는 VSD 물질의 조성물을 제조하기 위한 공정을 나타내는 도면.

도 3a는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 VSD 물질이 제조되는 경우 VSD 물질의 단면도.

도 3b는 도 3a와 다른 부분에 도시한 바와 같은 실시형태에 따라 VSD 물질을 위한 클램프(Clamp) 및 트리거(Trigger) 전압의 기본적인 전기적 특성의 그래프를 나타내는 도면.

도 3c 내지 도 3e는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 있어서 전압 이벤트의 발생에 응답하여 VSD 물질의 상이한 예들에 대한 전류 동작 그래프에 의하여 전압을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서 VSD 물질이 도체나 반도체를 코팅하는 유기 물질을 포함할 수 있도록 하는 다른 공정을 나타내는 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시형태에 있어서 금속/무기 도체나 반도체의 표면을 코팅하기 위한 유기 물질의 적용에 의해 그러한 입자들의 담지량을 줄이는 방법을 나타내는 도면.

도 5c는 본 발명의 실시형태에 있어서 VSD 물질의 바인더 내에서 나노 단위로 분포된 유기 필러(Filler)의 효과를 반영하고, 유기 필러의 비교적 무질서한 분포를 나타내는 도면.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시형태에 있어서 유기 성분을 갖는 VSD 물질("유기 VSD")로 구성된 기판 장치에 대한 상이한 구성들을 각각 나타내는 도면.

도 7은 도 1 내지 도 5c에 도시한 실시형태 중 하나에 따라 유기 VSD 물질을 이용하여 전기 도금하는 공정을 나타내는 도면.

도 8은 여기에서 설명한 실시형태에 따라 VSD 물질이 제공될 수 있는 전자 장치에 관한 간략도.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 VSD 물질을 제조하는 공정에 사용하기 위한 구성요소(Component)들을 나타내는 블록도이다. 일 실시형태에 따르면, 도전성 혹은 반도전성 유기 물질("유기 물질")(110)은 도체 (및/또는) 반도체 입자(120)와 결합하여 VSD 물질(140)을 형성한다. 선택적인 부가사항으로서, 유전성 입자들이 도체/반도체 입자들(120)과 결합할 수도 있다. 일 실시형태에서, 유기 물질(110)은 무기성인 도체/반도체 입자들(120)과 결합된다. 바인더 물질(130)은 유기 물질(110) 및 도전성 입자와 결합하여 VSD 물질(140)을 형성할 수 있다. VSD 제조 공정(150)은 VSD 물질(140)의 다양한 성분을 결합하는데 사용 가능하다. VSD 물질을 유기 물질과 결합하기 위한 제조 공정은 예컨대 도 2의 실시형태와 함께 후술한다.

일 실시형태에서, 바인더(130)는 도전성/반도전성 유기 물질(110)과 도체/반도체 입자(120)를 보유하는 바인더이다. 일 실시형태에서, 이 유기 물질(110)은 나노급의 입자로서 분산되어 있다. 분산된 나노급 입자로서, 유기 물질(110)은 접착 되거나 덩어리로 되기보다는 서로 개별적으로 분리되고 나노급인 입자들을 포함하고 있다. 이 제조 공정(150)은 바인더(130)의 바인더 내 입자들을 균일하게 분산시킬 수 있다.

도 1의 실시형태에 있어서, 유기 물질은 분산형(Dispersed) 풀러렌이다. 여기에 설명한 하나 이상의 실시형태와 함께 사용하기에 적당한 풀러렌의 예로는 벅키볼(Buckyball)이라고도 불리우는 C60이나 C70 풀러렌(112)이 포함된다. 이러한 풀러렌은 공유 결합된 화학 그룹이나 일부를 제공하도록 관능화(Functionalize)될 수 있다. 다른 실시형태에서는, 원통형 풀러렌인 탄소 나노튜브(114)를 사용할 수 있다. 탄소 나노튜브(114)는 단일 혹은 다중 벽의 종류 중 하나일 수 있다. 또한, 하나 이상의 실시형태는 탄소 나노튜브를 포함하여 다양한 종류의 풀러렌의 조합으로부터 형성된 것 다수를 감안하고 있다.

대안 혹은 변경사항으로서, 다른 실시형태는 순수한 탄소 나노튜브(도 1에 도시한 것 이외)의 형태인 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 제공한다. 예컨대, 도전성 혹은 반도전성 유기 물질은 탄소 그래파이트(Graphite), 탄소 섬유 혹은 다이아몬드 파우더 중 하나에 대응할 수 있다.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 제조 공정(150)에 사용되는 다른 성분이나 구성요소는 용매와 촉매를 포함한다. 용매는 입자를 분리하기 위하여 바인더(130)의 바인더에 부가될 수 있다. 분리된 입자를 균일하게 이격하기 위하여 혼합 공정을 사용할 수 있다. 일 실시형태에서, 혼합 공정의 결과 이 혼합물은 나노급으로 입자를 분산시키도록 균일하게 혼합되어 있다. 따라서, 탄소 나노튜브와 같은 입자 는 물질 내에서 비교적 균일하게 분산되거나 개별적으로 격리될 수 있다. 나노급 분산을 구현하기 위하여, 하나 이상의 실시형태는 수시간이나 그 이상 지속되는 기간에 걸쳐서 초음파 교반기(Sonic Agitator)와 정교한 혼합 장비(예컨대, 로터-스테이터 믹서(Rotor-Stator Mixer), 볼밀(Ball Mill), 미니밀(Mini-mill) 및 기타 고 전단(Shear) 혼합 기술)를 사용하는 것을 제안한다. 혼합되고 나면, 산출되는 혼합물은 경화되거나 건조될 수 있다.

나노급으로 분산된 입자의 사용에 대한 대안 혹은 부가사항으로서, 하나 이상의 실시형태는 상기 도전성/반도전성 유기 물질(110)이 용매에 녹는 것을 제안한다. 일 실시형태에서, 이 도전성/반도전성 유기 물질(110)은 바인더에 부가되고 용매와 혼합되어 있다. 건조 공정 중에, 이 용매를 제거하고 경화된 물질 내에 균일하게 혼합된 채로 남은 도전성/반도전성 유기 물질(110)을 남긴다. 용매 가용성 물질의 예로는 폴리-3-헥실티오펜(Poly-3-Hexylthiophene)이 있다. 이 용매는 톨루엔에 대응할 수 있다. 제조 공정(150)의 경화 단계의 결과, 폴리-3-헥실티오펜은 VSD 물질(140) 내에 잔존한다.

따라서, 풀러렌에 대한 대안 혹은 부가사항으로서, 본 발명의 실시형태에서는 도전성/반도전성 유기 물질의 수많은 다른 종류들이 VSD 물질과 함께 사용되는 것으로 고려된다. 이것으로는, 폴리-3-헥실티오펜(상술한 바와 같음), 폴리티오펜, 폴리아세틸렌(Polyactetylene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리(스티렌술포네이트), 펜타센, (8-히드록시퀴놀리노라토) 알루미늄(Ⅲ), N,N'-Di-[(나프탈레닐)-N,N'디페닐]-1, 1'-바이페닐-4,4'-디아민[NPD, 도전형 탄소 그래파이트 혹은 탄소 섬유, 다이아몬드 파우더 및 도전성 폴리머(Polymer)가 포함된다.

따라서, 상술한 실시형태에 대한 대안 혹은 변경사항으로서, 유기 물질은 가용성인 컴파운드(Compound)에 대응할 수 있다.

다른 실시형태에 따르면, 도전성 혹은 반도전성 유기 물질의 다른 종류를 사용할 수 있다. 이들로는 도전성/반도전성 모노머(Monomer), 올리고머(Oligomer) 및 폴리머가 포함된다. 분류에 의해, 이 도전성 혹은 반도전성 유기 물질은 티오펜의 폴리머(폴리-3-헥실티오펜이나 폴리티오펜 등), 모노머 및 올리고머의 변형물, 아닐린(Aniline), 페닐렌, 비닐렌, 플루오렌(Flourene), 나프탈렌, 피롤, 아세틸렌, 카르바졸(Carbazole), 피롤리돈, 시아노 물질, 안트라센, 펜타센, 루브렌, 페릴렌, 혹은 옥사디졸(Oxadizole)에 대응할 수 있다. 나아가, 도전성 혹은 반도전성 유기 물질은 폴리(3,4에틸렌다이옥시티오펜)/폴리(스티렌술포네이트), (8-히드록시퀴놀리노라토) 알루미늄(Ⅲ), N,N'-Bis(3-메틸페닐-N,N'-디페닐벤지딘[TPD], N,N'-Di-[(나프탈레닐)-N,N'디페닐]-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민[NPD]에 대응할 수 있다.

도체/반도체 입자(120)는 도체나 반도체에 대응할 수 있다. 하나 이상의 실시형태는 실리콘, 실리콘 카바이드, 이산화티타늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화니켈, 산화아연, 황화아연, 산화비스무트, 산화세륨, 산화철, 금속 또는/및 산화물, 금속 질화물, 금속 카바이드, 금속 붕소화물, 금속 황화물이나 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 컴플렉스(Complex)를 포함하는 무기 반도체 입자의 사용을 제안한다.

바인더(130) 또한 다양한 타입일 수 있다. 바인더(130)는 도체/반도체 유기 물질(110)과 도체/반도체 입자(120)를 보유하는 바인더의 형태로 제공될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 바인더(130)는 실리콘 폴리머, 에폭시, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 산화물, 폴리술폰, 졸겔(Solgel) 물질 및 세라머(Ceramer)로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 형성된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 바인더(130)는 VSD 물질(140)을 구성하는 다른 입자나 컴파운드는 물론이고, 유기 물질(110)과 도체/반도체 입자(120)를 부유(浮遊, Suspend) 및/또는 보유하는 바인더이다. 부가적으로, 바인더(130)는 용매 및 기타 여기에 자세하게 기술하지 않은 성분을 포함할 수 있다.

유기 물질에 의한 VSD 의 제법

넓게 말하자면, 본 실시형태에서는 백분율 부피를 기준으로 5 내지 99% 바인더, 0 내지 70% 도체, 0 내지 90% 반도체 및 0.01 내지 95% 유기 도전성 혹은 반도전성 물질을 포함하는 VSD 물질의 사용을 제안한다. 하나 이상의 실시형태는 백분율 부피로 20 내지 80% 바인더, 10 내지 50% 도체, 0 내지 70% 반도체 및 0.01 내지 40% 범위에서 조성물의 부피를 갖는 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하는 VSD 물질의 사용을 제안한다. 또한, 일 실시형태에서는 백분율 부피로 30 내지 70% 바인더, 15 내지 45% 도체, 0 내지 50% 반도체 및 0.01 내지 40% 범위로 조성물의 부피를 갖는 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하는 VSD 물질의 사용을 제안한다. 바인더 물질의 예로는, 실리콘 폴리머, 에폭시, 폴리이미드, 페놀수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 산화물, 폴리술폰, 졸겔 물질, 세라머 및 무기 폴리머가 포함된다. 도체의 예로는, 구리, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 스테인리 스 스틸, 크롬 및 기타 합금과 같은 금속이 포함된다. 반도체의 예로는, 유기 및 무기 반도체 모두가 포함된다. 일부 무기 반도체로는 실리콘, 실리콘 카바이드, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화니켈, 산화아연, 황화아연, 산화비스무트 및 산화철이 포함된다. 유기 반도체의 예로는, 폴리-3-헥실티오펜, 펜타센, 페릴렌(혹은 그 파생물), 탄소 나노튜브, C60 풀러렌 및 다이아몬드가 포함된다. VSD 물질의 특정한 적용에 최적인 기계적, 전기적 특성을 위해 특정한 제법과 조성물을 선택할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 유기 물질을 갖는 VSD 물질의 조성물을 제조하는 공정을 나타낸다. 먼저, 스텝 210에서, 도전성 및 반도전성 유기 입자(혹은 선택적으로는 용매 가용성 물질)를 갖는 수지 혼합물을 생성한다. 수지 혼합물은 제조가 완료될 때 VSD 물질의 바인더로서 기능할 수 있다. 일 실시형태에서, 이 유기 물질은 탄소 나노튜브에 대응할 수 있다. 혼합물에 부가되는 유기 물질의 양은 제조되는 VSD 물질 내 유기 물질의 부피당 필요한 중량이나 부피에 따라서 달라질 수 있다. 탄소 나노튜브를 사용하는 일 실시형태에서, 수지에 부가된 탄소 나노튜브의 양에 의해 전체 조성물 중 10%보다 적은, 더욱 상세하게는 제조된 VSD 물질의 0.01%와 10% 사이에서 백분율 중량을 갖는 탄소 나노튜브가 얻어진다. 더욱 일반적으로는, 수지에 부가된 유지 물질의 양은 혼합물의 삼투(Percolation) 임계값보다 적은 제조 VSD 물질의 백분율 중량을 갖는 유기 물질을 이용하는 것에 기초할 수 있다.

스텝 220에서, 금속성 및/또는 무기 도체/반도체를 혼합물에 부가한다. 도 1 의 실시형태로 설명한 바와 같이, 수많은 종류의 도체나 반도체를 사용할 수 있다. 하나 이상의 유기/반도체 입자 종류를 부가할 수 있다. 일 실시형태에서, 부가적인 도체 입자들과 함께 이산화티타늄(TiO₂)을 도전성/반도전성 입자의 제1종이나 그 중 하나로서 사용한다. 부가적인 경화제나 촉매 성분과 절연성(Insulative) 입자를 이 혼합물에 부가할 수도 있다.

스텝 230에서, 혼합 공정을 정해진 기간에 걸쳐서 수행할 수 있다. 일 실시형태에서, 이 혼합 공정은 초음파 교반기를 포함하는 혼합 장비로 수분이나 수시간 동안 연장하는 기간 동안에 수행된다.

스텝 240에서, 혼합물을 원하는 대상물에 적용한다. 예컨대, 혼합물은 특정 장치의 2개의 주어진 전극 간 5밀리 갭(Gap)에 걸쳐서 적용될 수 있다. 대상물의 위치에서, 혼합물은 VSD 물질로 경화된다.

도 1의 실시형태로 설명한 바와 같이, 산출된 VSD 물질은 종래의 VSD 물질에 비하여 수많은 개선된 기계적 특성을 가지고 있다. 예컨대, 얻어질 수 있는 기타 개선사항들 중에서도, 상술한 바와 같이 실시형태에 따라 제조된 VSD 물질은 잘 깨어지지 않고, 더 우수한 압축 강도를 가지며, 금속(특히 구리)에 더 잘 부착하고, 그리고/또는 더 나은 미적 특성을 가질 수 있다.

제법과 조성물의 예

여기에서 설명한 실시형태에 따른 컴파운드는 다음과 같이 제조될 수 있다. 탄소 나노튜브(CNT)와 같은 유기 물질을 적당한 수지 혼합물에 부가한다. 일 실시 형태에서, 이 수지 혼합물은 에폰828(Epon828)과 실란 결합제(Silane Coupling Agent)를 포함한다. NMP(N-메틸-2피롤리돈)를 수지 혼합물에 부가할 수 있다. 이후에, 도체나 반도체 입자를 혼합물에 부가할 수 있다. 일 실시형태에서, 이산화티타늄을 질화티타늄, 티타늄 이붕화물(Titanium Diboride), 경화성 컴파운드나 에이전트(Agent) 및 촉매제와 함께 수지에 혼합한다. 이 혼합물은 예컨대 초음파 분해(Sonication)로 로터-스테이터 혼합기를 이용하여 수시간(예컨대, 8시간) 지속하는 혼합 기간 동안 균일하게 혼합될 수 있다. 혼합 기간 동안 필요에 따라 NMP를 부가할 수 있다. 산출되는 혼합물은 50번 와이어로 감은 로드(#50 Wire Wound Rod)를 이용한 코팅이나 스크린 프린트(Screen Print)로서 원하는 대상물 상에 적용될 수 있다. 일 실시형태에서, 이러한 코팅은 2개의 전극 간에 5밀리 갭에 걸쳐서 적용될 수 있다. 이후, 경화 공정이 이루어질 수 있으며 이는 달라질 수 있다. 적당한 경화 공정 중 하나로는 75℃에서 10분, 125℃에서 10분, 175℃에서 45분, 그리고 187℃에서 30분 동안 경화하는 것이 있다.

특정한 제법들은 설계 기준과 응용예에 따라 달라질 수 있다. 탄소 나노튜브가 유기 물질(110)로 사용되는 제법의 한가지 예를 들면 다음과 같다.

에폭시 타입 중량(g)

칩튜브(CheapTube) 5.4

에폰828 100

겔리스트(Gelest) 아미노프로필트리에톡시실란 4

총 에폭시 104

나노페이즈(NanoPhase) 산화비스무트 98

HC 스탁(HC Starck) TiN 164

데구사 다이하드(Degussa Dyhard) T03 4.575

NMP 25.925

경화 용액 30.5

1-메틸이미다졸 0.6

HC 스탁 TiB2 149

밀레니엄 케미칼(Millenium Chemical) 도핑형 TiO2 190

NMP 250

총 용액 986.1

총 고형분 715.575

에폭시 : 아민 당량비 % 고형분 72.6%

(Epoxy : Amin Equiv Ratio % Solids)

* 경화 용액은 NMP에 용해된 다이하드 T03의 15% 중량 용액임.

탄소 나노튜브는 높은 종횡비(Aspect Ratio)의 유기 필러라는 이점을 갖는다. 길이 혹은 종횡비는 물질의 스위칭 전압과 같이 원하는 특성을 얻기 위해 달라질 수 있다.

도 3a는 장치(302) 상에 제공되는 VSD 물질의 단면도이며, 여기서 VSD 물질 은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 제조된다. 일 실시형태에서, 소정 두께의 레이어나 VSD 물질(300)은 금속 입자(310), 바인더 물질(315) 및 탄소 나노튜브(320)의 기본 성분을 포함한다. 탄소 나노튜브(320)를 사용하는 것에 대한 대안 혹은 부가사항으로서, C60이나 C70 풀러렌과 같은 다른 유기 물질을 사용할 수 있다(관능화되지는 않을 수 있음). 부가적으로는, 유기 도체나 반도체를 사용하여 전자 도너(Donor)나 전자 억셉터(Acceptor) 분자를 사용하는 능력을 제공한다.

그러나, 실시형태에서는 탄소 나노튜브가 상당한 길이 대 폭의 비를 가진다는 점을 고려하고 있다. 이러한 치수적인 특성(Dimensional Property)은 고유 전압을 초과하는 과도 전압의 발생 시에 바인더가 전자를 도전성 입자로부터 도전성 입자로 전달하는 능력을 강화할 수 있다. 이러한 방식으로, 탄소 나노튜브는 VSD 물질에 존재하는 금속의 담지량을 줄일 수 있다. 금속 담지량을 줄임으로써, 레이어의 물리적 특성을 개선할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 다른 실시형태에서 언급한 바와 같이, 금속 담지량의 감소는 VSD 물질(300)의 깨어짐성(Brittleness)을 감소시킨다.

또한, 도 3a의 실시형태에서는 유기 물질을 VSD 물질의 레이어를 갖는 미립자의 형태로 설명하였지만, 하나 이상의 실시형태는 유기성 용매 가용물질을 바인더(315) 내에서 사용하는 것도 감안하고 있다.

도 2의 실시형태에서 설명한 바와 같이, VSD 물질(300)은 장치(302)의 대상 위치 상에서 혼합물로서 데포지션(Deposition)됨으로써 장치(302) 상에 형성될 수 있다. 이 대상 위치는 제 1 및 제 2 전극(322, 324) 사이의 간격(312)에 대응할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 이 간격(312)은 인쇄 회로 보드와 같은 어플리케이션용으로는 3.0밀리, 5.0밀리, 혹은 7.5밀리 정도이다(즉, 60% 이내임). 그러나, 간격(312)의 정확한 거리는 설계 사양에 따라 달라질 수 있다(예컨대, 인쇄 회로 보드 어플리케이션용으로 갭 거리는 2 내지 10밀리의 범위일 수 있음). 나아가, 반도체 패키징과 같은 일부 어플리케이션에서는 예컨대 훨씬 더 작은 갭 거리를 사용할 수 있다. 갭에 VSD 물질을 적용할 경우, VSD 물질의 고유 전압을 초과하는 과도 전압으로부터 유발되는 전류에 대처할 수 있다.

장치(302)는 많은 종류의 전기 장치 중 어느 것에도 대응할 수 있다. 일 실시형태에서, 장치(302)는 인쇄 회로 보드의 일부로서 구현된다. 예컨대, VSD 물질(300)은 해당 보드의 표면 상에 존재하는 두께로서 제공되거나, 해당 보드의 두께 내에 제공될 수 있다. 장치(302)는 또한 반도체 패키지의 일부나 개별 소자로서 제공될 수 있다.

선택적으로는, 장치(302)는 예컨대 발광 다이오드, 무선주파수 태그나 장치, 혹은 반도체 패키지와 함께 사용 가능하다.

다른 실시형태에서 설명한 바와 같이, VSD 물질은 장치의 대상 위치에 적용될 때 고유(혹은 트리거) 전압, 클램프 전압, 누설 전류 및 허용 전류와 같은 전기적 특성에 의해 특징지어질 수 있다. 여기에 설명한 실시형태들은 이 어플리케이션 이외에서 기술된 몇 가지 바람직한 기계적 특성들을 유지하면서도 상술한 바와 같은 전기적 특성들을 조정할 수 있는 혼합물에 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 사용하는 것을 제안한다.

도 3b는 도 3a와 본 명세서의 다른 부분에서 설명한 바와 같은 실시형태에 따라 VSD 물질에 대한 클램프 및 트리거 전압의 기본적인 전기적 특성 그래프를 나타내고 있다. 일반적으로, 고유 혹은 트리거 전압은 VSD 물질이 온으로 되거나 도전성을 띠게 되는 전압 레벨(단위 길이별로 달라짐)이다. 클램프 전압은 보통 트리거 전압보다 작거나 같으며, VSD 물질을 온 상태로 유지하기 위하여 요구되는 전압이다. VSD 물질이 2개 이상의 전극 사이에 제공되는 몇몇 경우에, 이 트리거 및 클램프 전압은 VSD 물질 자체에 걸친 출력으로서 측정될 수 있다. 따라서, VSD 물질의 온 상태는 파괴(Break-down) 임계 에너지나 시간 미만의 기간 동안 클램프 전압보다 높은 입력 전압 레벨을 유지함으로써 지속될 수 있다. 어플리케이션에 있어서, 이 트리거 및/또는 클램프 전압은 스파이크형, 펄스형, 쉐이핑형(Shaped) 혹은 더 나아가서 몇 가지 펄스에 걸친 변조형인 입력 신호의 결과에 따라 변할 수 있다.

또한, 실시형태들은 해당 장치의 동작 전압을 통해 전류를 측정함으로써 결정되는 오프 상태의 저항이 또 다른 관심 있는 전기적 특성에 포함된다는 점을 고려하고 있다. 오프 상태의 고유저항(Resistivity)은 누설 전류에 대응할 수 있다. VSD 물질이 온되고 오프되기 전과 후에 비하여 오프 상태의 고유저항에 변화가 생기는 것은 VSD 물질의 성능 열화를 의미한다. 대부분의 경우에는 이를 최소화해야 한다.

또한, 다른 전기적 특성은 온으로 된 후에 오프될 때 해당 물질이 그 자체를 견딜 수 있는 능력으로서 측정되는 허용 전류에 대응할 수 있다.

표 1과 표 2는 여기에 설명한 하나 이상의 실시형태에 따른 탄소 나노튜브로 구성된 VSD 물질을 포함해서 VSD 물질을 몇 가지 예시한 것이다. 표 1과 표 2는 각각 상술한 구성요소에 따른 VSD 물질을 사용하여 얻어진 클램프 및 트리거 전압에 의해 정량화된 바와 같이 일반적으로 측정된 전기적 특성들(입력 신호의 형태 및/또는 전기적 특성을 위한 데이터가 결정되는 방식 사이에 아무런 차이도 제공되지 않음을 의미함)을 열거하고 있다.

<표 1>

물질	예 1	예 2	예 3	예 4	예 5	예 6
	중량(g)	중량(g)	중량(g)	중량(g)	중량(g)	중량(g)
하이페리온(Hyperion) CP-1203	0	31.29	0	40.86	40.36	40.67
니켈(Nickel) INP400	216.27	221.49	0	0	71.07	71.02
모멘티브(Momentive) TiB2 (예전 GE)	0	0	55.36	55.4	36.25	36.18
세인트고바인(Saint Gobain) BN	0	0	0	0	11.26	11.35
에폰828 (헥시온, Hexion)	40.13	10.09	51.06	12.18	0	0
데구사 다이하드 T03	1.83	1.83	2.34	2.33	1.73	1.73
1-메틸이미다졸	0.1	0.13	0.3	0.3	0.05	0.05
이미다졸디카르보니트릴(Imidazoledicarbonitrile)	0	0	0	0	6	0
메틸아미노안트라센(Methylaminoantracene)	0	0	0	0	0	6.02
밀레니엄 케미칼 TiO2	0	0	85.03	85.79	68.62	68.15
N-메틸피롤이디논	80.37	80.46	83.5	123.4	108.8	98.9
갭	5밀리	5밀리	5밀리	5밀리	5밀리	5밀리
트리거 전압	250	170	1475	775	530	550
클램프 전압	100	70	1380	220	210	255

<표 2>

물질	예 7	예 8	예 9
	중량(g)	중량(g)	중량(g)
니켈 INP400	0	0	160.28
알드리치(Aldrich) 풀러렌 C60 숫(Soot)	0	0	1.5
칩튜브 탄소 나노튜브	5.4	5.44	4.0
나노페이즈 Bi2O3	98	98.36	1.5
HC 스탁 TiN	164	164.3	0
에폰828 (헥시온)	100	100	100.1
데구사 다이하드 T03	4.56	4.56	4.65
1-메틸이미다졸	0.6	0.6	0.3
세인트고바인 BN	0	0	19.67
모멘티브 TiB2 (예전 GE)	0	0	85.26
HC 스탁 TiB2	149	149	0
밀레니엄 케미칼 TiO2	190	190	150.59
겔리스트 SIA610.1	4	4.05	0
섹시티오펜(Sexithiophene)	0	1.03	0
N-메틸피롤이디논	275.9	275.9	226.4
갭	5밀리	5밀리	5밀리
트리거 전압	460	520	700
클램프 전압	348	413	380

표 1을 참조하면, 예 1은 다른 예와의 비교를 위한 기본이 되는 VSD 물질의 조성물을 나타낸다. 예 1에서, 도전성이나 반도전성 유기 물질은 VSD 물질에 사용되어 있지 않다. 나아가, 이 VSD 물질은 상대적으로 높은 금속 담지량을 갖는다. 예 2는 탄소 나노튜브를 도입한 것을 제외하고는 예 1과 유사한 조성물을 나타낸다. 그 결과는 트리거 및 클램프 전압의 감소이다. 트리거 및 클램프 전압은 소정의(일정한) 니켈 담지량에 탄소 나노튜브를 부가함으로써 감소시킬 수 있다.

또한, 예 3은 유기 도전성/반도전성 물질이 결여된 VSD 조성물을 나타내며, 그 반면에 예 4는 혼합물에 탄소 나노튜브를 포함시킨 경우의 효과를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 트리거 및 클램프 전압에 있어서 상당한 감소가 관찰된다. 예 3과 예 4를 참조하면, 양쪽 조성물은 오프 상태의 고유저항과 허용 전류(이들은 차트에 참조되어 있지 않음)의 특성은 물론이고 기계적인 특성까지 바람직한 조성물을 보 여준다. 그러나, 예 3의 클램프 및 트리거 전압값을 살펴보면, 이 조성물은 탄소 나노튜브 없이는 온으로 되거나 온 상태를 유지하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다. 따라서, 비정상적으로 높은 트리거 및 클램프 전압은 조성물의 유용성을 감소시킨다.

예 5 및 6은 탄소 나노튜브를 갖는 유기 반도체를 사용한 경우를 나타낸다. 예 5에서, 이 유기 반도체는 이미다졸디카르보니트릴이다. 예 6에서, 해당 유기 반도체는 메틸아미노안트라센이다.

예 7 내지 10은 VSD 물질의 다양한 조합을 나타낸다. 예 8은 유기 반도체(섹시티오펜)와 탄소 나노튜브를 사용한 경우를 나타내며, 예 10은 상이한 VSD 조성물들의 복수 타입의 탄소 나노튜브를 갖는 VSD 조성물을 나타내며, 본 발명의 실시형태에 따라 도전성 혹은 반도전성 유기 물질의 사용에 의한 다양한 효과를 보여준다.

도 3c 내지 3e에 나타낸 성능 도표는 펄스형 전압 입력을 가정하고 있다. 이 성능 도표는 다음의 표에 제시된 예에 참조될 수 있다.

<표 3>

물질	예 11	예 12	예 13
	중량(g)	중량(g)	중량(g)
하이페리온 CP1203	21.0	0	1.0
헥시온 에폰828	50.25	0	5
Cab-O-Sil 코팅형 알루미늄	40.33	26.33	0
ATA5669 알루미늄	0	0	13.76
데구사 다이하드 T03	3.22	0.8	0.6
메톡시에탄올	25.8	6.39	4.68
1-메틸이미다졸	0.06	0.04	0.04
헥시온 에폰 SU-8	0	19.55	14.32
메틸 에틸 케톤(Methyl ethyl ketone)	0	11.73	6.6
Cab-O-Sil 코팅형 알루미나	0	15.31	0

도 3c는 예 11에 나타낸 바와 같이 VSD 물질의 바인더에 비교적 많은 양의 탄소 나노튜브 농도를 갖는 VSD 물질에 대한 성능 도표를 나타내는 도면이다. 도 3c에 나타낸 바와 같이, 500 내지 1000 볼트 범위의 초기 전압 이벤트(372)의 발생 시 해당 물질을 온으로 하여 전류가 흐르게 한다. 첫번째 이벤트 이후 장치가 오프된 뒤에 두번째 전압 이벤트(374)를 적용하면, 초기 이벤트(372)와 유사한 효과가 일어나서 해당 물질이 비교적 동일한 전압 레벨에서 전류를 흐르게 한다. 장치가 두번째로 오프된 이후 세번째 전압 이벤트(376)가 발생한 경우 앞선 2개의 경우와 유사하게 VSD 물질에 흐르는 암페어수가 얻어진다. 이와 같이, 도 3c는 예 11의 조성물을 갖는 VSD 물질이 상대적으로 높은 허용 전류를 갖는다는 점을 나타내며, 따라서 VSD 물질은 온과 오프를 스위칭하는 2번의 경우 이후에 유효하게 남는다(Effective).

도 3d는 예 12에 관한 것으로, VSD 조성물이 도전성이나 반도전성 유기 물질을 포함하지 않는 경우이다. 이 VSD 물질은 제 1 전압 이벤트(382)에서 유효하지만, 후속의 제 2 전압 이벤트(384)가 발생할 때 비선형 동작(즉, 턴온(Turn-on) 전 압)이 관찰되지 않는다.

도 3e는 예 13에 관한 것으로, 탄소 나노튜브가 더 적은 경우이다. 제 1 전압 이벤트(392)의 암페어수와 제 2 전압 이벤트(394)에서의 더 적은 암페어수(존재하기는 존재함)로 알 수 있는 바와 같이, 이러한 도전성/반도전성 유기 물질을 약간 부가함으로써 VSD 물질의 허용 전류가 개선된다.

코팅형 도전성 혹은 반도전성 입자

하나 이상의 실시형태는 금속 입자의 주변 상에서 코팅되거나 그렇지 않으면 결합된 도전성 혹은 반도전성 마이크로필러(Micro-filler)를 사용하는 것을 포함하는 VSD 물질의 제법을 제안한다. 이러한 제법에 의할 경우, 이 제법을 이용하지 않았을 때에 금속 입자가 차지하게 될 부피 및/또는 금속 입자의 크기를 추가적으로 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 다른 실시형태에서 설명한 방식으로 VSD 물질의 전체적인 물리적 특성을 개선할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 하나 이상의 실시형태는 금속이나 다른 무기 도체 성분을 코팅하거나 결합하는 마이크로필러와 같은 도전성 유기 물질의 사용을 제안한다. 일반적으로 이 무기/금속 입자를 유기 입자로 코팅하는 한가지 목적은 사용 중인 금속 입자의 부피를 줄이면서도 VSD 물질의 바인더 내 도전성 물질의 전체적인 유효 부피(Effective Volume)를 유지하기 위함이다.

도 4는 본 발명의 실시형태에서 VSD 물질이 제조될 수 있는 더 자세한 공정을 나타낸다. 스텝 410에 따르면, 먼저 VSD 제조용 바인더에 담지되어야 할 도전성 성분(혹은 반도전성)을 준비한다. 이 스텝은 최종 혼합물이 경화될 때 바람직한 효 과를 얻기 위하여 코팅되어야 할 입자들과 유기 물질(예컨대, 탄소 나노튜브)을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

일 구현예에 있어서, 금속과 금속 산화물 입자에 대하여 별도의 준비 스텝을 수행한다. 일 실시형태에서, 스텝 410은 알루미늄과 알루미나 파우더를 필터링하는 하위 스텝을 포함할 수 있다. 파우더 세트들 각각은 이후 도전성/반도전성 성분을 형성하기 위하여 유기 도체로 코팅된다. 일 구현예에서, 알루미늄에 대해 다음 공정을 사용할 수 있다. (ⅰ) 알루미늄(유기 용매에 분산됨)의 그램 당 1 내지 2밀리몰의 실란을 부가하고, (ⅱ) 입자를 분산시키기 위하여 초음파 어플리케이터(Applicator)를 적용하고, (ⅲ) 뒤섞으며(Stirring) 24시간 반응하도록 두고, (ⅳ) Cab-O-Sil 혹은 유기 도체를 용액으로 웨이아웃(Weight out)하고, (ⅴ) 적당한 용매를 Cab-O-Sil 및/또는 유기 도체 믹스(Mix)에 부가하고, (ⅵ) 알루미늄을 가진 콜렉션(Collection)에 Cab-O-Sil 및/또는 유기 도체를 부가하며, (ⅶ) 하루 동안 30 내지 50℃에서 건조한다.

마찬가지로, 알루미나에 대하여 다음 공정을 사용할 수 있다. (ⅰ) 알루미나(유기 용매에 분산됨)의 그램 당 1 내지 2밀리몰의 실란을 부가하고, (ⅱ) 입자를 분산시키기 위하여 초음파 어플리케이터를 적용하고, (ⅲ) 뒤섞으며 24시간 반응하도록 두고, (ⅳ) Cab-O-Sil 혹은 유기 도체를 용액으로 웨이아웃하며, (ⅴ) 알루미나를 갖는 콜렉션에 Cab-O-Sil 혹은 유기 도체를 부가하고, (ⅵ) 하루 동안 30 내지 50℃에서 건조한다.

일 실시형태에 따르면, 도전성 성분을 코팅하거나 마련하는데에는 탄소 나노 튜브를 사용할 수 있다. 탄소 나노튜브는, 필요한 전체적인 금속의 부피를 줄이면서도 동시에 입자들의 도전성 길이(Conductive Length)를 연장하도록, 금속 입자와 결합되었을 때 종단(End)에 서도록 바이어스(Bias)될 수 있다. 이는 VSD 물질 내에 도체를 형성하기 위한 금속 입자의 표면 주변 상에 화학적인 반응제를 배치함으로써 구현할 수 있다. 일 실시형태에서, 이 금속 입자는 탄소 나노튜브의 세로방향 끝에 위치하는 다른 화학물에 반응하는 화학물질로 처리될 수 있다. 예컨대, 이 금속 입자는 실란 결합제로 처리될 수 있다. 탄소 나노튜브의 끝은, 금속 입자의 표면에 대한 탄소 나노튜브의 엔드와이즈(End-wise) 결합을 가능하게 하도록, 반응 에이전트로 처리될 수 있다.

스텝 420에서, 혼합물을 마련한다. 바인더 물질은 적절한 용매에 용해될 수 있다. 용매를 더 많이 혹은 더 적게 부가함으로써 바람직한 점도를 얻을 수 있다. 도전성 성분(혹은 스텝 410으로부터의 반도전성 성분)은 바인더 물질에 부가된다. 이 용액은 균일한 분포를 형성하도록 혼합될 수 있다. 적절한 경화제가 이후에 부가될 수 있다.

스텝 430에서, 스텝 420으로부터의 용액이 대상 어플리케이션(즉, 기판, 혹은 개별 소자나 발광 다이오드 또는 유기 LED) 상에서 통합되거나 제공되며, 이후 고형 VSD 물질을 형성하도록 가열되거나 경화된다. 가열 이전에, VSD 물질은 VSDM의 특정한 어플리케이션용으로 쉐이핑되거나 코팅될 수 있다. 금속성 혹은 무기 도체/반도체를 코팅한 유기 물질을 갖는 VSD 물질에 대한 다양한 어플리케이션이 존재한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시형태에서 금속/무기 도체나 반도체의 표면을 코팅하거나 결합하기 위한 유기 물질의 적용이 어떻게 이러한 입자들의 담지량을 감소시킬 수 있는지를 나타낸다. 도 5a는 VSD 물질의 바인더의 도체 및/또는 반도체 입자가 탄소 나노튜브로 어떻게 표면 코팅될 수 있는지를 간략하게 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도전성 성분(500)은 금속 입자(510)와 금속 산화물 혹은 기타 선택적인 무기 반도체 입자(520)를 포함한다. 이 금속 입자(510)는 직경 dl로 표시한 크기를 가질 수 있으며, 금속 산화물 입자(520)는 d2로 표시한 크기를 가질 수 있다. 도 5a에 나타낸 실시형태에서, 도전성 유기 필러(530)(예컨대, 탄소 나노튜브)는 각 입자들(510, 520)의 주변부와 본딩(Bonding)되거나 결합된다. 결합된 유기 필러(530)가 도전성 혹은 반도전성이기 때문에, 그 결과 VSD 물질의 바인더 내 이들 입자들의 부피를 증가시키지는 않으면서 입자들(510, 520)의 크기를 증가시킬 수 있다. 유기 필러의 존재로, 고유 전압을 초과하는 전압이 발생한 경우에 전도, 전자 호핑(Hopping) 혹은 분자로부터 분자로의 터널링이 가능하게 된다. 도전성 성분(500)은, 이 도전성 성분(500)이 고유 전압의 초과 시 집단적으로 도전성이 되는 특성을 가질 수 있다는 점에서, 실제로는 반도전성일 수 있다.

도 5b에서, 유기 물질의 부가가 없는 종래의 VSD 물질이 도시되어 있다. 금속 입자는 고유 전압을 초과하는 전압이 인가될 때 전하를 전달하기 위하여 비교적 가까이 이격되어 있다. 더욱 가깝게 이격된 도체의 결과로서, 도체 상태로 장치를 스위칭하기 위해서는 더 많은 금속 담지량이 요구된다. 도 5a에 나타낸 바와 같은 실시형태와 비교할 때, 도 5b에 나타낸 종래의 접근법의 경우에는, 입자들(510, 520)이 유리 입자 스페이스(Space)(예컨대, Cab-O-Sil)로 이격되어 있고, 도 5a에 나타낸 바와 같은 실시형태는 도전성이고 바람직한 물리적 특성을 가지며 금속을 적절히 대용하기 위한 치수를 갖는 도전성 필러(530)로 금속 부피를 대체한다.

도 5c는 유기 필러(예컨대, 탄소 나노튜브)의 비교적 무질서한 분포를 나타내며, 이는 유기 필러가 나노급으로 균일하게 분산되었을 때 도 5a의 간략도로부터 요구되는 것들과 유사한 결과들을 어떻게 내재적으로 생성하는지를 반영하고 있다. 도 5c가 확장하기 위한 것은 아니지만, 도 5c의 설명은 도 3으로 설명하고 나타낸 바와 같은 실시형태들을 반영할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 수많은 균일하게 분포된 도전성/반도전성 필러(530)는 전자 터널링과 호핑을 통하는 경우를 포함하여 전류를 관리하기 위한 도전성 경로를 가능하기에 충분하게 접근 및/또는 근사해 있다. 이것은 특히 VSD 물질의 바인더 내 금속 담지량의 감소와 관련해서는 전기적 및 물리적 특성의 개선을 가능하게 한다. 나아가, 입자들이 바인더 내에 나노급으로 균일하게 분산되어 있을 때, 바람직한 전기적 도전성 효과를 얻기 위해 더 적은 유기 물질(530)이 필요하다.

VSD 물질의 응용예

여기에 설명한 실시형태 중 어느 것에 따른 VSD 물질에 대해서도 수많은 응용예가 존재한다. 특히, 실시형태는 VSD 물질이 LED와 무선주파수 장치(예컨대, RFID 태그)와 같은 더 세부적인 응용예는 물론이고 인쇄 회로 보드, 반도체 패키지, 개별 소자와 같이 기판 장치 상에 제공될 것을 제안한다. 나아가, 다른 응용예에서는 액정 디스플레이, 유기 발광 디스플레이, 전기변색(Electrochromic) 디스플 레이, 전기영동(Electrophoretic) 디스플레이, 혹은 이러한 장치를 위한 후판(Back-plane) 드라이버와 함께 여기에 설명한 바와 같은 VSD 물질을 사용하는 것을 제안할 수 있다. VSD 물질을 포함하는 목적은 ESD 현상으로 발생할 수 있는 것과 같이 과도 및 과전압 상태의 대처력을 강화하기 위함일 수 있다. VSDM용의 다른 응용예로는 L.Kosowsky의 미국특허 제6,797,145호(여기에 그 전부가 참조로 편입됨)에 기술된 바와 같은 금속 데포지션이 포함된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시형태에 있어서 유기 구성요소를 갖는 VSD 물질("유기 VSD")로 구성된 기판 장치에 대한 상이한 구성들을 각각 나타내고 있다. 도 6a에서, 기판 장치(600)는 예컨대 인쇄 회로 보드에 대응할 수 있다. 이러한 구성에서, 유기 VSD(610)는 접속된 소자를 접지시키기 위하여 표면(602) 상에 제공될 수 있다. 대안 혹은 변경사항으로서, 도 6b는 유기 VSD가 기판의 두께(610) 내에 접지 경로를 형성하는 구성을 나타낸다.

전기 도금

예컨대 ESD 현상에 대처하기 위해 장치에 VSD 물질을 포함시키는 것에 부가하여, 하나 이상의 실시형태는 바이아스(Vias)와 같은 상호 접속된 소자와 기판 상의 트레이스 소자(Trace Element)를 포함하여 기판 장치를 형성하기 위해 VSD 물질을 사용하는 경우를 고려한다. 미국특허 제6,797,145호(그 전부가 여기에 편입됨)는 VSD 물질을 이용하여 기판, 바이아스 및 기타 장치들을 전기 도금하는 수많은 기술을 언급하고 있다. 여기에 설명한 실시형태들은 본 명세서의 실시형태들 전부로 설명한 바와 같이 유기 VSD 물질의 사용을 가능하게 한다.

도 7은 도 1 내지 5로 설명한 실시형태 중 하나에 따른 유기 VSD 물질을 이용하여 전기 도금하는 공정을 나타낸다. 여기서 설명한 실시형태에 의해 제공되는 강화된 물리적 및 전기적 특성은 미국특허 제6,797,145호에서 설명한 바와 같은 전기 도금 공정을 용이하게 한다. 도 7은 미국특허 제6,797,145호에서 설명한 바와 같이 간략화된 전기 도금 공정을 나타내고 있으며, 여기서 사용되는 VSD 물질은 도 1 내지 도 5로 설명한 실시형태 중 하나에 따른 것이다.

도 7에서, 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 기본적인 전기 도금 기법이 설명된다. 스텝 710에서, 장치(예컨대, 기판)의 대상 영역을 유기 VSD 물질을 이용하여 패터닝한다. 이 패터닝은 예컨대 기판 위에 VSD의 연속적인 레이어를 적용한 뒤 VSD 레이어 위에 마스크를 배치함으로써 수행될 수 있다. 이 마스크는 원하는 전기적/트레이스 패턴의 음각 패턴을 정의할 수 있다. 다른 대안도 가능하다. 예컨대, VSD 물질을 전체 영역에 적용하고, 이후 전류를 통하는 소자를 가지지 않도록 의도된 영역들을 노출하도록 선택적으로 제거할 수 있다. 나아가, 이 VSD 물질은 대상 영역 상에 미리 패터닝될 수 있다.

스텝 720은 전해질 용액에 기판을 침지(浸漬, Immerse)시키는 것을 제안한다.

스텝 730은 고유 전압을 초과하는 전압이 장치의 패터닝된 영역에 인가되는 것을 제안한다. 이러한 전압의 적용은 파괴 시간보다 적은 시간의 정해진 기간 동안 이루어지도록 펄스형일 수 있다. 파괴 시간은 소정의 전압이 인가될 때 유기 VSD 물질이 파괴되는 것으로 알려진 최소의 기간에 대응할 수 있다. 파괴 시, 유기 VSD 물질은 절환형 특성을 포함하여 그 전기적 특성을 상실할 수 있다. 전류를 운반하는 트레이스와 소자들의 패턴은 유기 VSD 물질의 것과 실질적으로 매칭할 수 있다. 전해질 영역에서, 대전된 소자는 서로 이끌려서 유기 VSD 물질의 노출된 영역에 결합하여, 장치 상에 전류를 전달하는 트레이스 및 소자를 형성한다.

특히, 장치 상에서 전기 도금하는 하나 이상의 실시형태는 탄소 나노튜브와 같이 유기 물질을 사용함으로써 금속 담지량을 감소시킨 VSD 물질을 이용하는 경우를 포함한다. 이러한 제법은 종래의 VSD 물질에 비하여 720 및 730의 도금 스텝들을 수행하기 위한 펄스 시간을 더 길게 할 수 있다. 또한, 유기 VSD 물질의 사용에 의하여 도금 공정 이후 VSD 물질이 그 무결성(Integrity)을 보유할 가능성이 높아진다. 이는 트레이스 소자가 장치 상에 집적될 수 있는 고유한 접지 능력을 갖추게 될 수 있다는 점을 의미한다.

도 7의 실시형태와 마찬가지로, 여기서 설명한 실시형태에 따른 VSD 물질의 사용은 미국특허 제6,797,145호에 기재된 전기 도금 기법 중 어느 것에도 적용 가능하다. 설명한 바와 같이 유기 VSD 물질을 이용한 전기 도금 기술은 (ⅰ) 기판 장치 상에 바이아스를 형성하고, (ⅱ) 각 측 상에 전류 전달 패턴을 갖는 다측 기판 장치 및/또는 (ⅲ) 각 측 상에 전류 전달 패턴을 갖는 다측 기판 장치 간에 바이아스를 상호 접속하는데 사용될 수 있다.

다른 응용예

도 8은 여기서 설명한 실시형태에 따른 VSD 물질이 제공될 수 있는 전자 장치의 간략도이다. 도 8은 기판(810), 구성요소(Component, 컴포넌트, 820) 및 선택 적으로 케이스나 하우징(830)을 포함하는 장치(800)를 나타낸다. VSD 물질(805)은 표면(802) 위, 표면(802) 아래(트레이스 소자 아래 혹은 구성요소(820) 아래), 혹은 기판(810)의 두께 내의 위치를 포함하는 다수의 위치 중 어느 하나 이상에 통합될 수 있다. 선택적으로는, VSD 물질은 케이스(830)에 통합될 수 있다. 각각의 경우, VSD 물질(805)은 고유 전압을 초과하는 전압이 존재할 때 트레이스 리드(Lead)와 같은 도전성 소자와 결합하도록 통합될 수 있다. 따라서, VSD 물질(805)은 특정한 전압 조건의 존재 시 도전성 소자이다.

여기서 설명한 응용예 중 어느 것에 관해서도, 장치(800)는 디스플레이 장치일 수 있다. 예컨대, 구성요소(820)는 기판(810)으로부터 발광하는 LED에 대응할 수 있다. 기판(810) 상의 VSD 물질(805)의 배치와 구성은 전기적 리드, 터미널(즉, 입력이나 출력) 및 발광 장치에 통합되거나 그것에 의해 사용되도록 제공되는 기타 도전성 소자를 수용하도록 선택될 수 있다. 대안으로서, VSD 물질은 기판으로부터 떨어져서 LED 장치의 양극 및 음극 리드 사이에 통합될 수 있다. 나아가, 하나 이상의 실시형태는 유기 LED의 사용을 제안하며, 이 경우 VSD 물질은 예컨대 OLED 아래에 제공될 수 있다.

LED의 경우, 미국특허출원 제11/562,289호(여기에 참조로 편입됨)에 기재된 실시형태 중 어느 것을 어느 것에 따라서도 도전성/반도전성 유기 물질과 함께 바인더를 포함하는 VSD 물질로 구현할 수 있다.

선택적으로는, 장치(800)는 무선주파수 식별 장치와 같은 무선 통신 장치에 대응할 수 있다. 무선주파수 식별 장치(RFID)와 같은 무선 통신 장치 및 무선 통신 컴포넌트의 경우, VSD 물질은 예컨대 과충전이나 ESD 이벤트로부터 구성요소(820)를 보호할 수 있다. 이 경우, 구성요소(820)는 해당 장치의 칩이나 무선 통신 부품에 대응할 수 있다. 선택적으로는, VSD 물질(805)의 사용으로 구성요소(820)에 의해 유발될 수 있는 전하로부터 다른 구성요소들을 보호할 수 있다. 예컨대, 구성요소(820)는 배터리에 대응할 수 있으며, VSD 물질(805)은 배터리 이벤트로부터 발생하는 전압 조건으로부터 보호하도록 기판(810)의 표면 상에 트레이스 소자로서 제공될 수 있다.

미국특허출원 제11/562,222호(여기에 참조로 편입됨)에 기술된 실시형태 중 어느 것도 여기서 설명한 실시형태 중 하나에 따라 도전성/반도전성 유기 물질과 함께 바인더를 포함하는 VSD 물질로 구현할 수 있다.

대안 혹은 변경사항으로서, 구성요소(820)는 예컨대 개별 반도체 장치에 대응할 수 있다. VSD 물질(805)은 해당 물질을 온으로 하는 전압의 존재 시 그 구성요소에 전기적으로 결합하도록 배치되거나 구성요소와 함께 집적될 수 있다.

나아가, 장치(800)는 패키징된 장치, 혹은 선택적으로는 기판 구성요소를 수용하기 위한 반도체 패키지에 대응할 수 있다. VSD 물질(805)은 장치에 포함되는 구서요소(820)나 기판(810) 이전에 케이스(830)와 결합될 수 있다.

결론

도면을 참조하여 설명한 실시형태는 예시적으로 고려되며, 출원인의 청구범위는 그러한 예시적인 실시형태의 세부사항들에 국한되어서는 안된다. 상이한 예시적인 실시형태들과 개별적으로 설명한 특징들의 조합을 포함해서 다양한 변경 및 개조가 설명한 실시형태들과 함께 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 정의되는 것으로 의도된다. 또한, 다른 특징들이나 실시형태가 특정한 구성에 관하여 언급하지 않았다고 하더라도, 개별적으로 혹은 실시형태의 일부로서 설명한 특정한 구성은 다른 개별적으로 설명한 구성이나 다른 실시형태의 일부와 결합될 수 있다.

Claims

도전성 혹은 반도전성이고, 용매 가용성이거나 나노급으로 조성물 내에 분산되어 있는 유기 물질; 및

상기 유기 물질 이외의 도체 및/또는 반도체 입자를 포함하는 조성물로서,

상기 유기 물질과 상기 도체 및/또는 반도체 입자는, 상기 조성물이 (ⅰ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시 유전성(Dielectric)으로 되고, (ⅱ) 상기 고유 전압 레벨을 초과하는 상기 전압의 인가 시 도전성으로 되는 특성을 갖도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,

바인더를 더 포함하며,

상기 유기 물질과 상기 도체 및/또는 반도체 입자는 상기 바인더에서 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
바인더;

도전성 혹은 반도전성이고, 상기 바인더에서 용매 가용성이거나 상기 바인더 내에 나노급 입자로서 분산되어 있는 유기 물질; 및

상기 유기 물질 이외의 도체 및/또는 반도체 입자를 포함하는 조성물로서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자는 상기 바인더에서 분포되어 있고,

상기 유기 물질과 상기 도체 및/또는 반도체 입자는, 상기 조성물이 (ⅰ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시 유전성으로 되고, (ⅱ) 상기 고유 전압 레벨을 초과하는 상기 전압의 인가 시 도전성으로 되는 특성을 갖도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 도전성 유기 물질과 상기 도체 또는 반도체 입자는 상기 바인더의 전체적인 두께 내에 실질적으로 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 단일 및/또는 다중 벽 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 C60 또는 C70 풀러렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 도전성 혹은 반도전성 모노머, 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 전자 도너 및/또는 전자 억셉터 분자나 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 티오펜, 아닐린, 페닐렌, 비닐렌, 플루오렌, 나프탈렌, 피롤, 아세틸렌, 카르바졸, 피롤리돈, 시아노 물질, 안트라센, 펜타센, 루브렌 또는 페릴렌의 클래스로부터 선택된 컴파운드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술포네이트),(8-히드록시퀴놀리노라토) 알루미늄(Ⅲ), N,N'-비스(3-메틸페닐-N,N'-디페닐벤지딘[TPD],N,N'-디-[(나프탈레닐)-N,N'디페닐]-1,1'-비페닐-4,4'-디아민[NPD]로부터 선택된 컴파운드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 탄소 그래파이트, 탄소 섬유 또는 다이아몬드 파우더 중 하나에 대응하는 순수한 탄소 컴파운드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자는 금속 혹은 금속 컴플렉스를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 12 항에 있어서,

상기 금속 컴플렉스는 산화물, 금속 질화물, 금속 카바이드, 금속 붕소화물, 금속 황화물 또는 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자는 티타늄 컴파운드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 14 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 14 항에 있어서,

상기 티타늄 컴파운드는 티타늄 이붕화물이나 질화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 바인더에 분산된 무기 반도체 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 무기 반도체 입자는 실리콘, 실리콘 카바이드, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화니켈, 산화아연, 황화아연, 산화비스무트, 산화세륨, 산화철로 구성된 그룹으로부터 선택된 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자 중 적어도 일부는 상기 유기 물질에 의해 표면 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 19 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자를 표면 코팅하는 상기 유기 물질은 탄소 나노튜브인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 20 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자는 이산화티타늄, 질화티타늄, 티타늄 이붕화물 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 19 항에 있어서,

상기 도체 및/또는 반도체 입자를 표면 코팅하는 상기 유기 물질은 상기 바인더 내 개개의 도전성 입자 표면 상에 융합되는(Grafted) 유기 도전 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 바인더 물질은 실리콘 폴리머, 에폭시, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 페놀수지, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 산화물, 폴리술폰, 졸겔 물질, 세라머로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 물질은 상기 바인더에 공유결합하는 화학물질 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
분포된 다량의 탄소 나노튜브를 갖는 전압 절환형 유전체.
제 25 항에 있어서,

바인더를 더 포함하며,

상기 다량의 탄소 나노튜브는 상기 바인더의 일부로서 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 절환형 유전체.
제 26 항에 있어서,

상기 바인더에 분포된 이산화티타늄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 절환형 유전체.
조성물에 있어서,

상기 조성물의 바인더의 적어도 일부를 구성하고, 조성물 부피의 20 내지 80% 범위에 있는 상기 조성물 내 부피를 갖는 바인더;

상기 조성물 부피 중 10% 내지 60% 범위의 상기 조성물의 부피를 갖는 도체 입자; 및

0.01 내지 40% 범위의 조성물 부피를 갖는 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하며,

상기 바인더, 도체 입자 및 유기 물질은, 상기 조성물이 (ⅰ) 고유 전압 레벨을 초과하는 전압의 부재 시 유전성으로 되고, (ⅱ) 상기 고유 전압 레벨을 초과하는 상기 전압의 인가에 의해 도전성으로 되는 특성을 갖도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 28 항에 있어서,

상기 유기 물질은 상기 바인더에서 용매 가용성 물질인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 28 항에 있어서,

상기 유기 물질은 상기 바인더에서 나노급 입자로서 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
전압 절환형 유전체를 형성하는 방법에 있어서,

(ⅰ) 유전성인 바인더, (ⅱ) 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자 및 (ⅲ) 용매 가용성 물질이나 나노급 입자로서 혼합물에 분포되어 있는 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하는 상기 혼합물을 형성하는 단계; 및

상기 혼합물을 경화하는 단계를 포함하며,

상기 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물이 경화되었을 때 (ⅰ) 고유 전압을 초과하는 전압의 부재 시 유전성이고, (ⅱ) 상기 고유 전압을 초과하는 상기 전압의 존재 시 도전성으로 되도록, 상기 바인더, 상기 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자 및 상기 유기 물질의 소정 양을 각각 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 혼합물을 장치 상의 대상 위치에 도포하는 단계를 더 포함하며,

상기 혼합물을 경화하는 단계는 상기 대상 위치에서 상기 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 32 항에 있어서,

상기 혼합물을 형성하는 단계는 상기 유기 물질로서 풀러렌을 사용하여 상기 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 풀러렌은 관능화된 C60 혹은 C70인 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 풀러렌은 탄소 나노튜브인 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자는 구리, 알루미늄, 니켈 및 스틸, 실리콘, 실리콘 카바이드, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화니켈, 산화아연, 황화아연, 산화비스무트, 산화세륨, 산화철로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자는 티타늄 컴파운드를 포함 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자는 이산화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
전압 절환형 유전체로서,

(ⅰ) 유전성인 바인더, (ⅱ) 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자 및 (ⅲ) 용매 가용성 물질이나 나노급 입자로서 혼합물에 분포되어 있는 도전성 혹은 반도전성 유기 물질을 포함하는 상기 혼합물을 형성하는 단계; 및

상기 혼합물을 경화하는 단계에 의해 형성되고,

상기 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물이 경화되었을 때 (ⅰ) 고유 전압을 초과하는 전압의 부재 시 유전성이고, (ⅱ) 상기 고유 전압을 초과하는 상기 전압의 존재 시 도전성으로 되도록, 상기 바인더, 상기 금속성 및/또는 무기 도체 혹은 반도체 입자 및 상기 유기 물질의 소정 양을 각각 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 절환형 유전체.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 조성물을 포함하는 전자 장치.
제 40 항에 있어서,

상기 장치는 개별 소자, 반도체 패키지, 디스플레이 장치나 후판, 발광 다이오드 및 무선주파수 식별 장치로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치인 것을 특징으로 하는 전자 장치.