一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构

摘要

一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其中基本单元晶体管为底栅底接触结构，所述互联、封装结构包括有绝缘衬底、器件互联层、栅电极、栅极绝缘层、源漏电极、半导体层、缓冲层和封装层，其中，绝缘衬底位于所述互联、封装结构的底层，器件互联层位于绝缘衬底之上，栅电极位于器件互联层之上，栅极绝缘层覆盖器件互联层和栅电极，源漏电极位于栅极绝缘层之上，半导体层覆盖源漏电极电极之间的沟道区域，缓冲层覆盖栅极绝缘层、源漏电极和半导体层，封装层位于缓冲层之上且在整个互联、封装结构的顶层。本发明采用全溶液法制备，极大地节约了成本，同时具有散热性好、半导体层得到充分保护以及底栅底接触结构晶体管易于集成的优点。

权利要求

1.一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其中基本单元晶体管为底栅底接触结构，所述互联、封装结构包括有绝缘衬底(11)、器件互联层(12)、栅电极(13)、栅极绝缘层(14)、源漏电极(15)、半导体层(16)、缓冲层(17)和封装层(18)，其特征是：所述绝缘衬底(11)位于所述互联、封装结构的底层，所述器件互联层(12)位于所述绝缘衬底(11)之上，所述栅电极(13)位于所述器件互联层(12)之上，所述栅极绝缘层(14)覆盖所述器件互联层(12)和栅电极(13)，所述源漏电极(15)位于所述栅极绝缘层(14)之上，所述半导体层(16)覆盖所述源漏电极(15)电极之间的沟道区域，所述缓冲层(17)覆盖所述栅极绝缘层(14)、所述源漏电极(15)和所述半导体层(16)，所述封装层(18)位于所述缓冲层(17)之上且在整个互联、封装结构的顶层。

2.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述绝缘衬底(11)为玻璃或塑料薄膜。

3.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述器件互联层(12)由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为导电金属或导电有机物，该层间绝缘层是指采用可溶液法加工的绝缘层或者采用气相沉积、溅射或蒸镀工艺加工的绝缘层。

4.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述栅电极(13)的材料为导电金属或导电有机物。

5.根据权利要求3或4所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述导电有机物为PEDOT:PSS，所述导电金属为金、银、铜或铝。

6.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述栅极绝缘层(14)为采用可溶液法加工、紫外线交联的绝缘层或者采用气相沉积、溅射或蒸镀工艺加工的绝缘层。

7.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述源漏电极(15)的材料为导电金属并用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰。

8.根据权利要求7所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述导电金属为金、银或铜。

9.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述半导体层(16)为采用可溶液法加工的有机半导体。

10.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述缓冲层(17)为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层。

11.根据权利要求1所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述封装层(18)为导热性良好的聚合物材料。

12.根据权利要求11所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其特征是：所述聚合物材料为导热胶。

说明书

一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种集成电路结构，具体涉及一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，属于电子技术领域。

背景技术

[0002] 印刷电子由于其低成本、适用可溶液法低温制备、易于柔性和大面积集成等优点而取得了广泛的关注，在传感单元、射频标志识别标签、电子纸显示背板、医疗卫生等领域已经取得了实际应用。随着人们对于电子产品低成本和便携性要求的不断增长，印刷电子的发展势必会得到更大的推动和重视。

[0003] 与传统硅基集成电路类似，互联与封装对于印刷电子集成电路也非常重要。为了实现复杂的电子功能，印刷电子需要有合适的互联、封装结构才能与可印刷晶体管结构、材料体系、电压功耗和加工工艺等因素相兼容。

[0004] 与传统硅基集成电路不同，印刷柔性集成电路的基板通常是非热导性塑料材料，因而在散热上需要对结构有特殊的考虑，同时在实现印刷柔性集成电路的过程中要充分考虑到溶液法加工的特殊性。

发明内容

[0005] 本发明针对印刷电子柔性集成电路的特殊性，提供一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其能够达到上层散热与散热性差的塑料基板兼容、充分保护溶液法加工的半导体层以及底栅底接触结构晶体管易于集成的效果。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构，其中基本单元晶体管为底栅底接触结构，所述互联、封装结构包括有绝缘衬底、器件互联层、栅电极、栅极绝缘层、源漏电极、半导体层、缓冲层和封装层，其特征是：所述绝缘衬底位于所述互联、封装结构的底层，所述器件互联层位于所述绝缘衬底之上，所述栅电极位于所述器件互联层之上，所述栅极绝缘层覆盖所述器件互联层和栅电极，所述源漏电极位于所述栅极绝缘层之上，所述半导体层覆盖所述源漏电极电极之间的沟道区域，所述缓冲层覆盖所述栅极绝缘层、所述源漏电极和所述半导体层，所述封装层位于所述缓冲层之上且在整个互联、封装结构的顶层。

[0008] 所述绝缘衬底为玻璃或塑料薄膜。

[0009] 所述器件互联层由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为导电金属或导电有机物，所述导电有机物为PEDOT:PSS，所述导电金属为金、银、铜或铝。该层间绝缘层是指采用可溶液法加工的绝缘层或者采用气相沉积、溅射或蒸镀工艺加工的绝缘层。

[0010] 所述栅电极的材料为导电金属或导电有机物，所述导电有机物为PEDOT:PSS，所述导电金属为金、银、铜或铝。

[0011] 所述栅极绝缘层为采用可溶液法加工、紫外线交联的绝缘层或者采用气相沉积、溅射或蒸镀工艺加工的绝缘层。

[0012] 所述源漏电极的材料为导电金属并用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，所述导电金属为金、银或铜。

[0013] 所述半导体层为采用可溶液法加工的有机半导体。

[0014] 所述缓冲层为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层。

[0015] 所述封装层为导热性良好的聚合物材料。

[0016] 所述聚合物材料为导热胶。

[0017] 本发明所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构具有以下优点：

[0018] 第一、考虑到印刷电子采用散热性差的柔性基板的特殊性，将导热层放在结构的最上面，从上层散热，从而提高整个结构的散热性。

[0019] 第二、底栅底接触结构的有机薄膜晶体管更容易用于电路集成，能够更好的与现有硅基电子工艺兼容，同时该结构的晶体管能够通过对栅极绝缘层的界面修饰取得良好的载流子传输界面，以更方便的控制载流子传输界面，通过降低亚阈值摆幅的方法来降低电压功耗而不受限制于栅极绝缘层的厚度和介电常数。

[0020] 第三、将复杂的器件互联层的制备在半导体沉积之前完成，从而能够极大地保护溶液法加工的半导体层。

[0021] 第四、本发明能够采用全溶液法进行制备，从而极大地节约了成本。

附图说明

[0022] 图1为本发明的结构剖面示意图。

[0023] 图2为本发明中溶液法底栅底接触结构有机薄膜晶体管通过降低亚阈值摆幅得到低电压的转移特性曲线。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作详细说明。

[0025] 本发明所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构如图1所示，其中基本单元晶体管为底栅底接触结构，所述互联、封装结构包括有绝缘衬底11、器件互联层12、栅电极13、栅极绝缘层14、源漏电极15、半导体层16、缓冲层17和封装层18。

[0026] 所述绝缘衬底11位于所述互联、封装结构的底层，所述器件互联层12位于所述绝缘衬底11之上，所述栅电极13位于所述器件互联层12之上，所述栅极绝缘层14覆盖所述器件互联层12和栅电极13，所述源漏电极15位于所述栅极绝缘层14之上，所述半导体层16覆盖所述源漏电极15电极之间的沟道区域，所述缓冲层17覆盖所述栅极绝缘层14、所述源漏电极15和所述半导体层16，所述封装层18位于所述缓冲层17之上且在整个互联、封装结构的顶层。

[0027] 所述绝缘衬底11为玻璃或塑料薄膜，如PET、PEN等。

[0028] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，以实现器件互联的功能。该金属互联线的材料为金、银、铜、铝等导电金属，或者PEDOT:PSS等导电有机物，金属互联线的制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀或光刻，或者溶液法加工如喷墨打印、丝网印刷等方法；该层间绝缘层是指采用可溶液法(如刮涂、旋涂等)加工的绝缘层材料或者采用气相沉积、溅射或蒸镀等传统硅基半导体工艺加工的绝缘层。

[0029] 所述栅电极13的材料为金、银、铜、铝等导电金属或PEDOT:PSS等导电有机物，制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀或光刻，或者采用喷墨打印、丝网印刷等方法。

[0030] 所述栅极绝缘层14为采用可溶液法加工(如刮涂、旋涂等)、紫外线交联的绝缘层或者采用气相沉积、溅射或蒸镀等传统硅基半导体工艺加工的绝缘层。

[0031] 所述源漏电极15的材料为金、银、铜等导电金属并可用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀、光刻或可溶液法加工(如喷墨打印、丝网印刷等方法)。

[0032] 所述半导体层16为采用可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为旋涂、喷墨打印、丝网印刷或提拉法等可溶液法。

[0033] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，其具有很好的稳定性和水氧阻隔性，使用与有机半导体相正交的溶剂，起到保护有机半导体的作用；所用制备方法为旋涂、丝网印刷等可溶液法。

[0034] 所述封装层18为导热胶等导热性良好的聚合物材料，起到系统散热的作用；所用制备方法为旋涂、丝网印刷等可溶液法，或者气相沉积、溅射、蒸镀等传统硅基半导体工艺。

[0035] 以下通过一些实施例具体说明本发明的各种结构。

[0036] 实施例1：

[0037] 所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构中基本单元晶体管为底栅底接触结构，所述互联、封装结构包括有绝缘衬底11、器件互联层12、栅电极13、栅极绝缘层14、源漏电极15、半导体层16、缓冲层17和封装层18，其基本结构为：所述绝缘衬底11位于所述互联、封装结构的底层，所述器件互联层12位于所述绝缘衬底11之上，所述栅电极
13位于所述器件互联层12之上，所述栅极绝缘层14覆盖所述器件互联层12和栅电极13，所述源漏电极15位于所述栅极绝缘层14之上，所述半导体层16覆盖所述源漏电极15电极之间的沟道区域，所述缓冲层17覆盖所述栅极绝缘层14、所述源漏电极15和所述半导体层16，所述封装层18位于所述缓冲层17之上且在整个互联、封装结构的顶层。

[0038] 各结构层的具体结构如下：

[0039] 所述绝缘衬底11为玻璃。

[0040] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为金，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀；该层间绝缘层为用气相沉积工艺加工的绝缘层。

[0041] 所述栅电极13的材料为金，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀。

[0042] 所述栅极绝缘层14为用气相沉积工艺加工的绝缘层。

[0043] 所述源漏电极15的材料为金，用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行热蒸镀。

[0044] 所述半导体层16为可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为旋涂。

[0045] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，所用制备方法为旋涂。

[0046] 所述封装层18为导热胶，所用制备方法为气相沉积。

[0047] 实施例2：

[0048] 所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构的基本结构如实施例1。

[0049] 各结构层的具体结构如下：

[0050] 所述绝缘衬底11为玻璃。

[0051] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为银，其制备方法为丝网印刷；该层间绝缘层为用可溶液法的刮涂工艺加工的绝缘层。

[0052] 所述栅电极13的材料为银，其制备方法为丝网印刷。

[0053] 所述栅极绝缘层14为可溶液法加工、紫外线交联的绝缘层，制备方法为刮涂。

[0054] 所述源漏电极15的材料为银，用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，其制备方法为丝网印刷。

[0055] 所述半导体层16为可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为喷墨打印。

[0056] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，所用制备方法为丝网印刷。

[0057] 所述封装层18为导热胶，所用制备方法为丝网印刷。

[0058] 实施例3：

[0059] 所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构的基本结构如实施例1。

[0060] 各结构层的具体结构如下：

[0061] 所述绝缘衬底11为塑料薄膜PET。

[0062] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为铜，其制备方法为喷墨打印；该层间绝缘层为用可溶液法的旋涂工艺加工的绝缘层。

[0063] 所述栅电极13的材料为铜，其制备方法为喷墨打印。

[0064] 所述栅极绝缘层14为可溶液法加工、紫外线交联的绝缘层，制备方法为旋涂。

[0065] 所述源漏电极15的材料为铜，用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，其制备方法为喷墨打印。

[0066] 所述半导体层16为可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为丝网印刷。

[0067] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，所用制备方法为丝网印刷。

[0068] 所述封装层18为导热胶，所用制备方法为旋涂。

[0069] 实施例4：

[0070] 所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构的基本结构如实施例1。

[0071] 各结构层的具体结构如下：

[0072] 所述绝缘衬底11为塑料薄膜PEN。

[0073] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为铝，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行光刻；该层间绝缘层为用溅射工艺加工的绝缘层。

[0074] 所述栅电极13的材料为铝，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行光刻。

[0075] 所述栅极绝缘层14为采用溅射工艺加工的绝缘层。

[0076] 所述源漏电极15的材料为金，用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，其制备方法为使用具有一定图案的掩膜进行光刻。

[0077] 所述半导体层16为可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为提拉法。

[0078] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，所用制备方法为旋涂。

[0079] 所述封装层18为导热胶，所用制备方法为溅射。

[0080] 实施例5：

[0081] 所述的用于实现印刷柔性集成电路的互联、封装结构的基本结构如实施例1。

[0082] 各结构层的具体结构如下：

[0083] 所述绝缘衬底11为塑料薄膜PET。

[0084] 所述器件互联层12由金属互联线和层间绝缘层组成，该金属互联线的材料为导电有机物PEDOT:PSS，其制备方法为丝网印刷；该层间绝缘层为用蒸镀工艺加工的绝缘层。

[0085] 所述栅电极13的材料为导电有机物PEDOT:PSS，其制备方法为喷墨打印。

[0086] 所述栅极绝缘层14为采用蒸镀工艺加工的绝缘层。

[0087] 所述源漏电极15的材料为银，用含巯基的化学单分子自组装薄膜进行修饰，其制备方法为喷墨打印。

[0088] 所述半导体层16为可溶液法加工的有机半导体，所用制备方法为旋涂。

[0089] 所述缓冲层17为采用可溶液法加工的聚合物绝缘层，所用制备方法为旋涂。

[0090] 所述封装层18为导热胶，所用制备方法为蒸镀。

[0091] 图2给出了本发明实验性示例得到的有机薄膜晶体管的转移特性曲线，电学特性如下表所示：

[0092]

[0093] 本实验性示例得到的有机薄膜晶体管的亚阈值摆幅仅为110mV/decade，工作电压低于2V，在现阶段国内外报导的溶液法有机薄膜晶体管中处于领先水平，可以很好的应用于本发明所述的印刷柔性集成电路的互联、封装结构。