用于印刷柔性箔基層上電子電路的硅墨水近日問世。Kovio公司表示,用于薄膜晶體管(TFT)的“綠色”硅墨水能實現多晶硅晶體管的性能,而價格只有單晶硅的三分之一,消耗的化學物和能量分別只有單晶硅的5%和25%。到2008年Kovio開始量產其噴墨印刷式RFID標簽時,使用這種硅墨水的射頻識別標簽的價格將從現在的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全印刷式晶體管。我們的薄膜硅晶體管有非常高的活動性,而且我們可以制作用于CMOS電路的p類和n類兩種器件。目前我們的設計規則是20微米,但我們的10微米方案已經被英特爾用于其1971年創建的實驗室里。英特爾的第一款微處理器只采用了2000多個晶體管,同樣地,等明年年底我們的第一款用于RFID標簽的設備開始量產時,也將只使用了大概不到1000個晶體管。”

Kovio正在創建其自己的晶圓廠,雖然其采用的溫度對于塑料基層來說太高了(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備和凈室環境。硅墨水設備可以在連續卷軸式印刷裝置上制造,而Kovio正是通過這種方式來大大降低RFID標簽和所有采用各種柔性電子器件的類似應用的價格。

Mashkoori說:“從資本的角度來看,我們能以大約1000萬美元的資金建造一個可印刷硅晶圓廠,而不需要10億美元資金來建造一個傳統的硅晶圓廠。當然,隨著需量的增加,我們將需要更多晶圓廠,但問題是這是一個很項小得多的增量成本。而且我們只需要大約5%的材料(1%的基層費用和3%的周期時間)來制造新產品。”

相比之下,當前的單晶硅晶體管可以實現高達每伏秒600平方厘米(sq cm/Vs)的活動性,而液晶顯示器等產品中所用的多晶硅晶體管活動性只有大約100 sq cm/Vs。可惜的是,單晶硅和全世界眾多實驗室都有展示的可印刷有機晶體管之間有太大的差距。有機晶體管的電子活動性還不到1 sq cm/Vs,而相比之下,Kovio的硅墨水的電子活動性達到了和多晶硅相當的80 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議。

Kovio的硅墨水目前唯一的挑戰是Seiko Epson公司去年開展的一個研究項目,該項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,并以受激準分子激光器退火。可惜的是,這種方案在噴墨印刷時的電子活動性只有6.8 sq cm/Vs,對于RFID應用來說太慢了,而且比Kovio的電子活動性達到80 sq cm/Vs的方案慢了幾乎12倍。

速度達到RFID要求

Kovio公司業務開發副總裁Vik Pavate說:“我們的方案在電子活動性上確實比單晶硅慢,但已經比目前所有的有機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性速度已經足夠用于RFID應用,實際上我們的RFID標簽的速度已經超越了HF( MHz高頻)和UHF(900 MHz超高頻)頻段的規格要求。”

硅墨水是麻省理工學院(MIT)Joe Jacobso教授和他的學生Colin Bulthaup的發明 - 他也是Kovio在2001年脫離MIT時的創始人之一。Kovio的硅墨水除了具有足夠的速度以輕松集成到現有的RFID架構之外,還比單晶硅芯片要環保。硅墨水采用了附加法,唯一損耗的材料都進入電路中。傳統的硅制作要采用逆反法或消減法,將材料鋪滿整個晶片層,然后蝕刻掉不用的材料:讓大部分材料都成了廢品。Pavate說:“我們采用附加法來制作硅電路,無論是在成本還是資源保存上都更經濟。”

由于電路已經被Kovio的工藝印刷到柔性基板上,它可以通過連續卷軸式印刷設備被附加到一個RFID標簽的天線上,而不需要通過用于制作單晶硅RFID標簽的更昂貴的拾放式半導體芯片處理設備。

Kovio已經申請了超過86項專利,目前已經有12項專利被批準,使其通過硅墨水印刷式晶體管實現多晶硅晶體管性能的工藝在知識產權上得到了保護。Kovio還將其工藝的一部分留作商業秘密,并認為這將給其帶來特有的優勢,同時也讓其它公司很難對其工藝進行逆向工程。

目前Kovio已經和日本Toppan Forms公司和公交自動收費系統制造商Cubic Transportation Systems公司簽約 - 這兩家公司都和Kovio有聯合開發和供貨協議。

Kovio目前有31名雇員,其中22名是工程師,并有12個投資商,從大型風險資本公司Kleiner Perkins Caufield & Byers,到松下等工業巨頭。