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(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)備開始量產(chǎn)時(shí),也將只使用了大概不到1000個(gè)晶體管。”
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(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正是通過這種方式來大大降低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:“從資本的角度來看,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)來制造新產(chǎn)品。”
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。可惜的是,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)用來說太慢了,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)開發(fā)副總裁Vik Pavate說:“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( MHz高頻)和UHF(900 MHz超高頻)頻段的規(guī)格要求。”
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:“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(jīng)濟(jì)。”
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86項(xiàng)專利,目前已經(jīng)有12項(xiàng)專利被批準(zhǔn),使其通過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)合開發(fā)和供貨協(xié)議。
Kovio目前有31名雇員,其中22名是工程師,并有12個(gè)投資商,從大型風(fēng)險(xiǎn)資本公司Kleiner Perkins Caufield & Byers,到松下等工業(yè)巨頭。
