“綠色”硅墨水面世 低成本低耗材受矚目

用于印刷柔性箔基層上電子電路的硅墨水近日問(wèn)世。Kovio公司表示，用于薄膜晶體管（TFT）的“綠色”硅墨水能實(shí)現(xiàn)多晶硅晶體管的性能，而價(jià)格只有單晶硅的三分之一，消耗的化學(xué)物和能量分別只有單晶硅的5％和25％。到2008年Kovio開(kāi)始量產(chǎn)其噴墨印刷式RFID標(biāo)簽時(shí)，使用這種硅墨水的射頻識(shí)別標(biāo)簽的價(jià)格將從現(xiàn)在的15美分降低到5美分， 

Kovio公司的CEO兼主席Amir Mashkoori表示：“我們有世界上第一個(gè)全印刷式晶體管。我們的薄膜硅晶體管有非常高的活動(dòng)性，而且我們可以制作用于CMOS電路的p類和n類兩種器件。目前我們的設(shè)計(jì)規(guī)則是20微米，但我們的10微米方案已經(jīng)被英特爾用于其1971年創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)室里。英特爾的第一款微處理器只采用了2000多個(gè)晶體管，同樣地，等明年年底我們的第一款用于RFID標(biāo)簽的設(shè)備開(kāi)始量產(chǎn)時(shí)，也將只使用了大概不到1000個(gè)晶體管?！?nbsp;

Kovio正在創(chuàng)建其自己的晶圓廠，雖然其采用的溫度對(duì)于塑料基層來(lái)說(shuō)太高了（這就是它采用不銹鋼箔基層的原因），但不需要單晶硅晶圓廠的昂貴處理設(shè)備和凈室環(huán)境。硅墨水設(shè)備可以在連續(xù)卷軸式印刷裝置上制造，而Kovio正是通過(guò)這種方式來(lái)大大降低RFID標(biāo)簽和所有采用各種柔性電子器件的類似應(yīng)用的價(jià)格。 

Mashkoori說(shuō)：“從資本的角度來(lái)看，我們能以大約1000萬(wàn)美元的資金建造一個(gè)可印刷硅晶圓廠，而不需要10億美元資金來(lái)建造一個(gè)傳統(tǒng)的硅晶圓廠。當(dāng)然，隨著需量的增加，我們將需要更多晶圓廠，但問(wèn)題是這是一個(gè)很項(xiàng)小得多的增量成本。而且我們只需要大約5％的材料（1％的基層費(fèi)用和3％的周期時(shí)間）來(lái)制造新產(chǎn)品?！?nbsp;

相比之下，當(dāng)前的單晶硅晶體管可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)每伏秒600平方厘米(sq cm/Vs)的活動(dòng)性，而液晶顯示器等產(chǎn)品中所用的多晶硅晶體管活動(dòng)性只有大約100 sq cm/Vs。可惜的是，單晶硅和全世界眾多實(shí)驗(yàn)室都有展示的可印刷有機(jī)晶體管之間有太大的差距。有機(jī)晶體管的電子活動(dòng)性還不到1 sq cm/Vs，而相比之下，Kovio的硅墨水的電子活動(dòng)性達(dá)到了和多晶硅相當(dāng)?shù)?0 sq cm/Vs。最重要的是，硅墨水可以制造足夠快的晶體管，用于RFID和大部分其它電子接口協(xié)議。 

Kovio的硅墨水目前唯一的挑戰(zhàn)是Seiko Epson公司去年開(kāi)展的一個(gè)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用了一種名為聚硅烷的氫硅硅烷混合物，這種混合物被噴墨印刷到含氮的空氣中，隨后以500攝氏度高溫烘烤，并以受激準(zhǔn)分子激光器退火?？上У氖?，這種方案在噴墨印刷時(shí)的電子活動(dòng)性只有6.8 sq cm/Vs，對(duì)于RFID應(yīng)用來(lái)說(shuō)太慢了，而且比Kovio的電子活動(dòng)性達(dá)到80 sq cm/Vs的方案慢了幾乎12倍。 

速度達(dá)到RFID要求 

Kovio公司業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁Vik Pavate說(shuō)：“我們的方案在電子活動(dòng)性上確實(shí)比單晶硅慢，但已經(jīng)比目前所有的有機(jī)和可印刷硅電路要快了。最重要的是，我們的可印刷硅的活動(dòng)性速度已經(jīng)足夠用于RFID應(yīng)用，實(shí)際上我們的RFID標(biāo)簽的速度已經(jīng)超越了HF（13.56 MHz高頻）和UHF（900 MHz超高頻）頻段的規(guī)格要求?！?nbsp;

硅墨水是麻省理工學(xué)院（MIT）Joe Jacobso教授和他的學(xué)生Colin Bulthaup的發(fā)明 － 他也是Kovio在2001年脫離MIT時(shí)的創(chuàng)始人之一。Kovio的硅墨水除了具有足夠的速度以輕松集成到現(xiàn)有的RFID架構(gòu)之外，還比單晶硅芯片要環(huán)保。硅墨水采用了附加法，唯一損耗的材料都進(jìn)入電路中。傳統(tǒng)的硅制作要采用逆反法或消減法，將材料鋪滿整個(gè)晶片層，然后蝕刻掉不用的材料：讓大部分材料都成了廢品。Pavate說(shuō)：“我們采用附加法來(lái)制作硅電路，無(wú)論是在成本還是資源保存上都更經(jīng)濟(jì)?！?nbsp;
由于電路已經(jīng)被Kovio的工藝印刷到柔性基板上，它可以通過(guò)連續(xù)卷軸式印刷設(shè)備被附加到一個(gè)RFID標(biāo)簽的天線上，而不需要通過(guò)用于制作單晶硅RFID標(biāo)簽的更昂貴的拾放式半導(dǎo)體芯片處理設(shè)備。 

Kovio已經(jīng)申請(qǐng)了超過(guò)86項(xiàng)專利，目前已經(jīng)有12項(xiàng)專利被批準(zhǔn)，使其通過(guò)硅墨水印刷式晶體管實(shí)現(xiàn)多晶硅晶體管性能的工藝在知識(shí)產(chǎn)權(quán)上得到了保護(hù)。Kovio還將其工藝的一部分留作商業(yè)秘密，并認(rèn)為這將給其帶來(lái)特有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也讓其它公司很難對(duì)其工藝進(jìn)行逆向工程。 

目前Kovio已經(jīng)和日本Toppan Forms公司和公交自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)制造商Cubic Transportation Systems公司簽約 － 這兩家公司都和Kovio有聯(lián)合開(kāi)發(fā)和供貨協(xié)議。