[发明专利]导电复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及导电复合材料，特别是不仅仅涉及金属纳米粒子悬浮基体复合材料，制备导电复合材料的方法，和并入了导电复合材料的存储器件。

背景技术

在微电子领域中需要使导电元件在组件内和在组件之间。微电子产生了对于通过溶液加工，在器件水平和集成电路(IC)水平下可获得高品质组件的需求，以利用潜在的廉价方式在大区域上以及在非平面和/或非刚性介质上“印刷”组件。

应该将材料体系设计成具有所需电(和光电)性质，该材料体系在适当制剂中是可溶液处理的，并且可以将该材料体系进一步与适当溶剂和热特性一起集成到制备方案(manufacturing scheme)中。

半导体材料体系的功能及其器件结构根据预期用途而广泛不同。例如，如在WO 90/13148中公开的发光二极管，场效应晶体管，如在WO 96/16449中公开的光电二极管，如在US 5523555中公开的光电导体，存储器等，都具有广泛不同的结构。例如，在发光二极管技术中，半导体材料必须能够通过电子-空穴的复合而发光。在场效应晶体管中，半导体材料必须能够场效应传导。

但是，在所有情况中，存在对导电元件的需求。要求导电元件不仅在IC水平下作为互联线和通孔触点以电线连接并且传递适当的能量和信号到各种电路组件，而且在组件水平下作为器件的电极接头(例如，作为发光二极管和光电二极管的阴极和阳极，并且作为场发射晶体管和隧道-电介质基电可编程序存储器件的源极、漏极和栅极)。在一些情况中，需要具有由基本上相同导体材料体系制备的电路互联和器件电极。

达到此目的的一种方法是光刻图案化金属，如金、铜和铝。由于成本或集成问题，这在许多情况下在有机器件技术中是不现实的。

可替代的途径是使用可印刷的金属。基于在溶解于有机溶剂中的聚合物粘结剂中的大金属性金或银粒子的悬浮液的可印刷的金或银涂料已经为人知道了很长一段时间。随着有机溶剂蒸发，所述金属性的金或银粒子接触以提供所需的导电性。类似地，悬浮在醇溶剂中的导电石墨粒子的导电石墨浆料也是已知的。这些材料体系的一个特征是在所述制剂中存在显著分数的大于50微米直径的大粒子。这可能不特别适用于有机器件技术的未来应用。另外，在现有技术中所使用的聚合物粘结剂(如聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇和环氧化物)可能不与有机半导体技术相匹配。粒度大意味着不能实现在高性能半导体器件中所需的精细特征。这些聚合物粘结剂的存在导致半导体材料本身的污染问题，以及由于再溶解问题而产生的对多级集成的可能性的限制。最后，这种导电浆料不能耐受高于200℃的温度，该温度在有机器件和电路的运行中可能发生(暂时地)。例子是导电油墨40-3920，其由RhodeIsland的Epoxies Etc...销售。

作为选择，已经提出导电聚合物用于在有机半导体器件技术中的互联和电极[FJ.Touwslager，NP.Willard和D.M.de Leeuw，″1-linelithography of poly(3，4-ethylenedioxythiophene) electrodes andapplication in all-polymer integrated circuits″，Applied Physics Letter，81(2002)pp.4556-4558]。迄今为止，基于聚(3，4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)体系，可以由这种材料提供的最佳电导率约为1Scm^-1，通过掺杂高沸点多羟基增塑剂可以扩展到100Scm^-1。这样的电导率对于多数应用还不够。由于对器件性能的潜在有害影响，还很需要开发不含高沸点多羟基增塑剂的体系。