BRPI0703700B1 - Method for providing a composition, process for manufacturing an electronic device and fine film transistor - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA FORNECER UMA COMPOSIÇÃO, PROCESSO PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO ELETRÔNICO E TRANSISTOR DE PELÍCULA FINA".

Antecedentes da Invenção [001] A presente invenção refere-se a fabricação de elementos de circuito eletrônico usando técnicas de deposição de liquido que é de profundo interesse uma vez que tais técnicas provêem alternativas potencial mente de custo baixo para tecnologias de silício amorfo predominantes atuais para aplicações eletrônicas tal como transistores de película fina (TFTs), d iodos de emissão de luz (LEDs), RFID, fotovoltáicos, etc. No entanto, a deposição e/ou padronização de eletrodos funcionais, "pixel pads", traços, linhas e trilhas condutores que satisfaçam às necessidades de condutivídade, processamento e custo para aplicações práticas tem sido um grande desafio. A prata é de interesse particular como elementos condutores para dispositivos eletrônicos porque a prata é de custo muito menor do que o ouro e ela possui estabilidade ambiental muito melhor do que o cobre. Existe então uma necessidade crítica, endereçada pelas modalidades da presente invenção, quanto a métodos de custo menor para preparação de composições em nanopartícula contendo prata estáveis, processáveis em líquido, que sejam adequadas para fabricação de elementos eletricamente condutores de dispositivos eletrônicos.

[002] Os documentos que seguem provêem informação de base: [003] Yiliang Wu e outros, "Printed Silver Ohmic Contacts for High-mobilíty Organic Thin-film Transistors*', J. Am. Chem. Soc. Vol. 128, pp. 4202-4203 (Publicado na Web em 03/09/2006).

[004] Pozarnsky e outros, Patente U.S. 6.688.494.

[005] Lee e outros, Patente U.S, 6.572.673 descreve hidrazida como um agente de redução na, por exemplo, coluna 1, linhas 52-53.

[006] Heath e outros, Patente U,S. 6.103.868.

[007] Wilcoxon, Patente U.S. 5.147,841 descreve hidrazina como um agente de redução na, por exemplo, coluna 4, linha 44.

[008] G. Blanchet e J. Rodgers, "Printed Techniques for Plastíc Eletronics", Journal of Imaging Science and Technology, Vol. 47, N° 4, pp. 296-303 (Julho/Agosto 2003).

[009] P. Buffat e J.P. Borel, "Size effect on the melting temperature of gold particles", Physíca! Review A., Vol. 13, N° 6, pp. 2287-2298 (Junho 1976).

[0010] G. Hayashi, "Ultrafine Particles", J. Vacuum Sei. Technol., A. Vol. 5, N° 4, pp, 1375-1384 (Julho/Agosto 1987).

[0011] S.B. Fuller, E.J. Wilhelm e J.M. Jacobson, "Ink-Jet Printed Nanoparticle Microelectromechanical Systems", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 11, N° 1, pp. 54-60 (Fevereiro 2002).

[0012] X.Z. Lin, X. Teng e H. Yang, "Direct Synthesis of Narrowly Dispersed Sílver Nanoparticles Using a Síngle-Source Precursor", Langmuir, Vol. 19, pp. 10081-10085 (Publicado na Web em 1 de novembro de 2003).

Sumário da Descrição [0013] É provido em modalidades um processo compreendendo: provisão de uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata e moléculas de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contento prata; e mistura de um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico com a composição para substituir pelo menos uma porção do estabilizador inicial com o estabilizador de substituição, resultando em moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas contendo prata.

[0014] Em modalidades adicionais, é provido um processo para fabricar um dispositivo eletrônico compreendendo: a) deposição de líquido de uma composição compreendendo um líquido, nanopartículas contendo prata, um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico sobre a superfície das nanopartículas contendo prata e uma quantidade residual de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, resultando em uma composição depositada; e (b) aquecimento da composição depositada para formar uma camada eletricamente condutora compreendendo prata.

[0015] Em modalidades adicionais, é provido um transistor de película fina compreendendo em qualquer disposição eficaz: a) uma camada de isolamento; b) um eletrodo de porta; c) uma camada se mi condutora; d) um eletrodo de fonte; e e) um eletrodo de dreno, onde pelo menos um do eletrodo de fonte, do eletrodo de drenagem e do eletrodo de porta compreende ingredientes de partida incluindo nanopartículas contendo prata, um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico sobre a superfície das nanopartículas contendo prata e uma quantidade residual de um estabilizador sobre a superfície das nanopartículas contendo prata.

[0016] Em modalidades, o presente processo produz nanopartículas contendo prata estabilizadas com ácidos carboxílicos que podem ser fabricadas em elementos condutores tendo condutividade suficientemente alta para dispositivos eletrônicos em uma baixa temperatura tal como abaixo de cerca de 300Ό, particularmente menor do que cerca de 250Ό. As nanopartículas contendo prata preparadas de acordo com o presente procedimento possuem em modalidades boa estabilidade ou vida de prateleira, e podem ser transformadas em composições em nanopartícula contendo prata com líquidos adequados para fabricação de elementos condutores processados líquidos para dispositivos eletrônicos.

[0017] Em modalidades, as vantagens do presente processo para preparação de nanopartículas contendo prata são, por exemplo, uma ou mais das que seguem: (i) tempos de reação curtos; (ii) temperaturas de reação na ou próximo da temperatura ambiente (isto é, cerca de 20-25*0); (iii) composição em nanopartícula contendo prata estável e processável líquida; (iv) materiais de partícula relativamente econômicos; e (v) aplicáveis a vários ácidos carboxílicos. As composições em nanopartícula contendo prata e os métodos preparativos para sua preparação são adequados para produção em grande escala e diminuiriam significantemente o custo de nanopartículas contendo prata.

[0018] As composições em nanopartícula contendo prata preparadas usando o presente processo podem ser facilmente depositadas sobre substratos através de técnicas de processamento de líquido tal como impressão de tela, impressão de estêncil, impressão a jato de tinta, impressão por microcontato, revestimento com giro e similares para formar características depositadas sobre tais linhas, trilhas e outros padrões após os líquidos serem evaporados. Em modalidades, as características de nanopartícula contendo prata resultantes neste estágio são eletricamente isolantes ou com condutividade muito baixa. Essas características ou padrões de isolamento ou condutores muito baixos compreendendo as nanopartículas contendo prata são então aquecidos para uma temperatura de, por exemplo, abaixo de cerca de 3000, particularmente menores do que cerca de 2500 para coalescer ou fundir as nanopartículas contendo prata nas características ou padrões depositados para formar elementos condutores tendo condutívidade de película fina maior do que cerca de 100 S/cm» particularmente maior do que cerca de 2000 S/cm. Os elementos altamente condutores resultantes podem ser usados como eletrodos, pads condutores, linhas e similares em dispositivos eletrônicos tal como um transistor de película fina, d iodos de emissão de luz orgânicos, marcadores RFID, fotovoltáicos e outros dispositivos eletrônicos.

Breve Descricão dos Desenhos [0019] A figura 1 representa uma primeira modalidade de um transistor de película fina fabricado de acordo com o presente processo.

[0020] A figura 2 representa uma segunda modalidade de um transistor de película fina fabricado de acordo com o presente processo.

[0021] A figura 3 representa uma terceira modalidade de um transistor de película fina fabricado de acordo com o presente processo, [0022] A figura 4 representa uma quarta modalidade de um transistor de película fina fabricado de acordo com o presente processo, [0023] A menos que de outro modo mencionado, o mesmo numeral de referência em Figuras diferentes refere-se à mesma característica ou uma similar.

Descricão Detalhada [0024] O presente processo compreende: provisão de uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata e moléculas de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata; e mistura de um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílíco com a composição para substituir pelo menos uma porção do estabilizador inicial com o estabilizador de substituição, resultando em moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas contendo prata.

[0025] O termo "nano" conforme usado em "nanopartículas contendo prata" indica um tamanho de partícula de menos do que cerca de 1000 nm. Em modalidades, as nanopartículas contendo prata têm um tamanho de partícula de, por exemplo, a partir de cerca de 0,5 nm a cerca de 1000 nm, de a partir de cerca de 1 nm a cerca de 500 nm, de a partir de cerca de 1 nm a cerca de 100 nm e particularmente de a partir de cerca de 1 nm a cerca de 20 nm. A menos que de outro modo indicado, os tamanhos de partícula descritos aqui são para nanopartículas contendo prata tendo moléculas do estabilizador inicial sobre a sua superfície e para nanopartículas contendo prata tendo moléculas do estabilizador de substituição sobre a sua superfície. No presente processo, o tamanho de partícula das nanopartículas contendo prata pode ou não mudar após mistura do estabilizador de substituição. O tamanho de partícula é aqui definido como o diâmetro médio das partículas contendo prata, excluindo o estabilizador inicial/estabilizador de substituição, conforme determinado através de TEM (microscopia eletrônica de transmissão).

[0026] Nanopartículas contendo prata podem ser preparadas através de qualquer método adequado tal como métodos químicos e métodos físicos. Por exemplo, nanopartículas coloidais de prata de cerca de 5-7 nm de tamanho podem ser feitas através de métodos físicos tal como aqueles descritos em C. Hayashi, "Ultrafine Particles", J. Vacuum Sei. Technol. A., Vol. 5, N° 4, pp. 1375-1384 (Julho/Agosto 1987), cuja descrição é aqui totalmente incorporada a título de referência.

[0027] Métodos químicos de fabricação de uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata em modalidades podem envolver mistura de um sal de prata com um estabilizador inicial em um meio aquoso ou não-aquoso com agitação vigorosa, seguido pela adição de um agente de redução. Quaisquer métodos químicos adequados podem ser usados para fabricação de uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata com moléculas de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata tal como os métodos representativos mostrados nos documentos que seguem (cujas descrições são aqui total mente incorporadas a título de referência).

[0028] Yiliang Wu e outros, Pedido de Patente U.S. N° de Série 11/187.552 (Attorney Docket N° 20041534-US-NP), depositado em 22 de julho de 2005, intitulado "METHODS TO MINIMIZE CONTACT RESISTANCE".

[0029] Y. Wu, Y. Li e B.S. Ong, "Printed Silver Ohmic Contacts for High-Mobility Oganic Thin-Film Transistors", J, Am. Chem. Soc., Vol. 128, 4202-4203 (2006).

[0030] X.Z. Lin, X. Teng, H. Yang, "Direct Synthesis of Narrowly Dispersed Silver Nanoparticles Using a Single-Source Precursor", Langmuir, Vol. 19, 10081-10085 (2003), onde X.Z. Lin e outros descreveram síntese de nanopartículas de prata estabilizadas com ácido oléico através de aquecimento de trifluoracetato de prata na presença de ácido oléico em isoamilamina a 160Ό.

[0031] Y. Wu, Y. Li e B.S. Ong, "Printed Silver Ohmic Contacts for High-Mobility Organic Thin-Film Transistors", J. Am. Chem. Soc., Vol. 128, 4202-4203, (2006), onde Y. Wu e outros descreveram um método de preparação de nanopartículas de prata estabilizadas com ácido oléico através da redução de acetato de prata usando fenilidrazina na presença de ácido oléico em tolueno em uma temperatura menor (6QQ).

[0032] Em modalidades, as nanopartículas contendo prata são compostas de prata elementar ou um compósito de prata. Além da prata, o compósito de prata inclui ou um ou ambos (i) um ou mais outros metais e (ii) um ou mais não-metais. Outros metais adequados incluem, por exemplo, Al, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In e Ni, particularmente os metais de transição, por exemplo, Au, Pt, Pd, Cu, Cr, Ni e suas misturas. Compósitos de metal exemplares são Au-Ag, Ag-Cu, Au-Ag-Cu e Au-Ag-Pd. Não-metais adequados no compósito de metal incluem, por exemplo, Si, C e Ge. Os vários componentes do compósito de prata podem estar presentes em uma quantidade variando, por exemplo, de a partir de cerca de 0,01% a cerca de 99,9% em peso, particularmente de a partir de cerca de 10% a cerca de 90% em peso. Em modalidades, o compósito de prata é uma liga de metal composto de prata e um, dois ou mais outros metais, com prata compreendendo, por exemplo, pelo menos cerca de 20% das nanopartículas em peso, particularmente mais do que cerca de 50% das nanopartículas em peso. A menos que de outro modo mencionado, as porcentagens em peso mencionadas aqui para os componentes das nanopartículas contendo prata não incluem o estabilizador, isto é, estabilizador inicial e/ou estabilizador de substituição.

[0033] Quaisquer procedimentos adequados podem ser usados para fabricação de nanopartículas compósitas de prata tal como os procedimentos descritos em S. Link, Z.L. Wang e M.A. El-Sayed, "Alloy Formation of Gold-Silver Nanoparticles and the Dependence of the Plasmon Absorption on Their Composition", J. Phys. Chem., Vol. 103, 3529-3533 (1999), cuja descrição é aqui totalmente incorporada a título de referência, onde S. Link e outros descrevem um método de preparação de nanopartículas de liga de prata-ouro com um diâmetro médio de 17-18 nm através de refluxo de ácido cloráurico (HAuCI4) e nitrato de prata (AgN03) em solução de citrato de sódio aquosa.

[0034] O estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata pode ser qualquer composto adequado tal como composto compreendendo uma porção selecionada do grupo consistindo em -NH2 tal como butilamina, pentilamina, hexilamina, heptilamina, octilamina, nonilamina, decilamina, undecilamina, dodecilamina, tridecilamina, tetradecilamina, pentadecilamina, hexadecilamina, oleilamina, octadecilamina, diaminopentano, diaminoexano, diaminoeptano, diaminooctano, diaminononano, diaminodecano, diaminooctano, -NH- tal como dipropilamina, dibutilamina, dipentilamina, diexilamina, dieptilamina, dioctilamina, dinonilamina, didecilamina, metilpropilamina, etilpropilamina, propilbutilamina, etilbutilamina, etilpentilamina, propilpentilamina, butilpentilamina, polietilenoimina, um sal de amônio tal como brometo de tributilamônio, brometo de didodecildimetilamônio, cloreto de benziltrietilamônio, -SH tal como butanotiol, pentanotiol, hexanotiol, heptanotiol, octanotiol, nonanotiol, decanotiol, undecanotiol, dodecanotiol, -S02M (M é Li, Na, K ou Cs) tal como octilsulfato de sódio, dodecilsulfato de sódio, -OH (álcool) tal como terpinol, amido, glicose, álcool polivinílico, -C5H4N (piridila) tal como poli(vinilpiridina), poli(vinilpiridina-co-estireno), poli(metacrilato de vinilpiridina-co-butila), -COOH tal como ácido butírico, ácido pentanóico, ácido hexanóico, ácido heptanóico, ácido octanóico, ácido nonanóico, ácido decanóico, ácido undecanóico, ácido dodecanóico, ácido tridecanóico, ácido mirístico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico, ácido heptadecanóico, ácido esteárico, ácido oléico, ácido nonadecanóico, ácido icosanóico, ácido eicosenóico, ácido elaídico, ácido linolênico, ácido palmitoléico, poli(ácido acrílico), -COOM (M é Li, Na ou K) tal como oleato de sódio, elaidato, linoleato, palmitoleato, eicosenoato, estearato, ácido poliacrílico, sal de sódio), R'R"P- e R'R"P(=0) - (R\ R" e R'" são independentemente uma alquila tendo, por exemplo, 1 a 15 átomos de carbono ou arila tendo, por exemplo, 6 a 20 átomos de carbono) tal como trioctilfosfina ou oxido de trioctilfosfina, e similares, ou sua mistura.

[0035] O estabilizador de substituição é diferente do estabilizador de inicialização e o estabilizador de substituição pode ser qualquer ácido carboxílico adequado tal como, por exemplo, ácido butírico, ácido pentanóico, ácido hexanóico, ácido heptanóico, ácido octanóico, ácido nonanóico, ácido decanóico, ácido undecanóico, ácido dodecanóico, ácido tridecanóico, ácido mirístico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico, ácido palmitoléico, ácido heptadecanóico, ácido esteárico, ácido oléico, ácido elaídico, ácido linoléico, ácido nonadecanóico, ácido icosanóico, ácido eicosenóico e similares ou sua mistura.

[0036] A quantidade de estabilizador de substituição usada no presente processo pode ser, por exemplo, de a partir de cerca de 0,01 a cerca de 100 equivalentes molares por mol de prata, ou de a partir de cerca de 0,1 a cerca de 10 equivalentes molares por mol de prata, ou particularmente de a partir de cerca de 0,2 a cerca de 5 equivalentes molares por mol de prata. A quantidade do estabilizador de substituição presente na superfície da nanopartícula contendo prata varia, por exemplo, de a partir de cerca de 1% a cerca de 90% em peso, particularmente de a partir de cerca de 5% a cerca de 80% em peso, com base no peso das nanopartículas contendo prata, do estabilizador de substituição sobre a sua superfície e qualquer quantidade residual do estabilizador inicial sobre a sua superfície.

[0037] É compreendido que os termos "estabilizador inicial", "estabilizador de substituição" e quaisquer substâncias discutidas aqui para o "estabilizador inicial" e "estabilizador de substituição" são ingredientes de partida que podem ou não ser quimicamente transformados no presente processo. Por exemplo, as nanopartículas contendo prata resultantes com estabilizador de substituição podem conter uma quantidade residual do estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, como a forma livre do estabilizador inicial, ou como um complexo ou um composto que é formado com o estabilizador de substituição.

[0038] Qualquer(quaisquer) líquido(s) adequado(s) pode(m) ser usado(s) no presente processo (para ajudar a dispersar ou dissolver) para facilitar, por exemplo, aqueles aspectos do presente processo para: (a) provisão de uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata e moléculas de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata; e (b) mistura de um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico com a composição para substituir pelo menos uma porção do estabilizador inicial com o estabilizador de substituição, resultando em moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas contendo prata. Líquidos adequados incluem, por exemplo, solventes orgânicos e/ou água. Os solventes orgânicos incluem, por exemplo, solventes de hidrocarbono tal como pentano, hexano, cicloexano, heptano, octano, nonano, decano, undecano, dodecano, tridecano, tetradecano, tolueno, xileno, mesitileno e similares, álcoois tal como metanol, etanol, propanol, butanol e similares, tetraidrofurano, clorobenzeno, diclorobenzeno, triclorobenzeno, nitrobenzeno, cianobenzeno, acetonitrila e suas misturas. A quantidade de líquido usada pode ser, por exemplo, de a partir de cerca de 5% a cerca de 98% em peso, particularmente de a partir de cerca de 10% a cerca de 95% em peso da composição em (a) e/ou a mistura de reação em (b).

[0039] A mistura de um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico com uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata com um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata para substituir pelo menos uma porção do estabilizador inicial com o estabilizador de substituição, resultando em moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, é realizada em uma temperatura adequada de, por exemplo, a partir de cerca de -50*0 a cerca de 200*0, particularmente de a partir de cerca de 200 a cerca de 10OO.

[0040] Em modalidades, processamento adicional da composição compreendendo as nanopartículas contendo prata (com estabilizador de substituição sobre a sua superfície) pode acontecer tal como, por exemplo, tornando a composição compatível com uma técnica de deposição de líquido (por exemplo, para fabricação de um dispositivo eletrônico). Tal processamento adicional da composição compreendendo as nanopartículas contendo prata (com o estabilizador de substituição sobre a sua superfície) pode ser por exemplo: (i) adição da mistura de reação (opcionalmente concentrada através da remoção de solvente parcial) a um não-solvente para precipitar as nanopartículas contendo prata; (ii) coleta das nanopartículas contendo prata através de filtragem ou centrifugação; (iii) secagem das nanopartículas contendo prata em ar ou a vácuo; (iv) dissolução ou dispersão das nanopartículas contendo prata isoladas em líquidos apropriados.

[0041] Não-solventes adequados que podem ser usados para a precipitação de nanopartículas contendo prata incluem quaisquer líquidos que possam ser misturados com os solventes que são usados para dissolver as nanopartículas contendo prata na etapa (iv) acima tal como, por exemplo, metanol, etanol, propanol, acetona e similares, ou uma mistura deles para as nanopartículas contendo prata que são solúveis em solventes não-polares tal como, por exemplo, hexano, cicloexano e similares. Se um líquido particular é considerado um solvente ou não-solvente pode mudar dependendo de vários fatores incluindo, por exemplo, o tipo de estabilizador de substituição e o tamanho das nanopartículas contendo prata.

[0042] Em modalidades, as nanopartículas contendo prata resultantes com estabilizador de substituição contêm uma quantidade residual do estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, como uma forma livre do estabilizador inicial, ou como um complexo ou um composto que é formado com o estabilizador de substituição. Se presente, a quantidade residual do estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata varia de a partir de cerca de 0,01% a cerca de 30% em peso, particularmente de a partir de cerca de 0,01% a cerca de 10% em peso, com base no peso do estabilizador inicial residual e no estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas. A quantidade residual do estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas pode ser determinada através de análise elementar.

[0043] Quaisquer líquido(s) adequado(s) incluindo, por exemplo, solventes orgânicos e água, pode(m) ser usados para dispersar ou dissolver nanopartículas contendo prata para formar uma composição de nanopartícula contendo prata. Solventes orgânicos adequados incluem solventes de hidrocarbono tal como pentano, hexano, cicloexano, heptano, octano, nonano, decano, undecano, dodecano, tridecano, tetradecano, tolueno, xileno, mesitileno e similares; álcoois tal como metanol, etanol, propanol, butanol, pentanol e similares, cetonas tal como acetona, butanona, pentanona, cicloexanona e similares, tetraidrofurano, clorobenzeno, diclorobenzeno, triclorobenzeno, nitrobenzeno, cianobenzeno, acetonitrila e suas misturas.

[0044] As nanopartículas contendo prata tendo moléculas do estabilizador de substituição sobre a sua superfície estão presentes em uma quantidade variando, por exemplo, de a partir de cerca de 0,3% a cerca de 90% em peso, ou de a partir de cerca de 1% a cerca de 70% em peso de composição (por exemplo, peso de líquido, nanopartículas contendo prata, estabilizador de substituição, qualquer estabilizador residual, etc.).

[0045] A fabricação de elementos condutores a partir das presentes composições em nanopartícula contendo prata (em modalidades essas composições podem ser referidas como "tintas"), que inclui moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície de nanopartícula, pode ser realizada em modalidades usando qualquer técnica de deposição líquida adequada incluindo i) impressão tal como impressão de tela/estêncil, estampagem, impressão por microcontato, impressão a jato de tinta e similares, e ii) revestimento tal como revestimento com giro, revestimento com imersão, revestimento com lâmina e similares. As características de nanopartícula contendo prata depositadas neste estágio podem ou não exibir condutividade elétrica.

[0046] Aquecimento da composição ou características depositadas em uma temperatura abaixo de cerca de 300Ό, de pre ferência em ou abaixo de cerca de 250Ό faz com que as nanopartículas contendo prata coalesçam para formar camadas eletricamente condutoras que são adequadas para uso como elementos condutores em dispositivos eletrônicos. O aquecimento é realizado por um tempo variando de, por exemplo, cerca de 5 minutos a cerca de 10 horas, particularmente de a partir de cerca de 10 minutos a cerca de 1 hora.

[0047] A condutividade dos elementos contendo prata resultantes produzidos através de aquecimento da composição em nanopartícula contendo prata é, por exemplo, mais do que cerca de 100 S/cm, mais do que cerca de 500 S/cm, mais do que cerca de 2000 S/cm, mais do que cerca de 5000 S/cm, mais do que cerca de 10 000 S/cm, e mais do que cerca de 20 000 S/cm conforme medido através do método de quatro ensaios.

[0048] Os elementos condutores resultantes podem ser usados como eletrodos condutores, pads condutoras, linhas condutoras, trilhas condutoras, e similares em dispositivos eletrônicos tal como transistor de película fina, diodos de emissão de luz orgânicos, marcadores RFID (identificação por radiofreqüência), fotovoltáicos e outros dispositivos eletrônicos que requerem elementos ou componentes condutores.

[0049] Na figura 1, é esquematicamente ilustrada uma configuração de transistor de película fina ("TFT") 10 compreendida de um wafer de silício pesadamente dopado com n 18 que age com ambos um substrato e um eletrodo de porta, uma camada isolante de óxido de silício termicamente criada 14 na parte superior da qual são depositados dois contatos de metal, eletrodo de fonte 20 e eletrodo de drenagem 22. Sobre e entre os contatos de metal 20 e 22 está uma camada semicondutora 12 conforme aqui ilustrado.

[0050] A figura 2 ilustra esquematicamente uma outra configuração de TFT 30 compreendida de um substrato 36, um eletrodo de porta 38, um eletrodo de fonte 40 e um eletrodo de drenagem 42, uma camada isolamento 34 e uma camada semicondutora 32.

[0051] A figura 3 ilustra esquematicamente uma configuração de TFT adicional 50 compreendida de um wafer de silício pesadamente dopado com n 56 que age ambos como um substrato e um eletrodo de porta, uma camada isolante de óxido de silício termicamente criada 54 e uma camada semicondutora 52, na parte de cima da qual são depositados uma fonte de eletrodo 60 e um eletrodo de drenagem 62.

[0052] A figura 4 ilustra esquematicamente uma configuração de TFT adicional 70 compreendida de substrato 76, um eletrodo de porta 78, um eletrodo de fonte 80, um eletrodo de drenagem 82, uma camada semicondutora 72 e uma camada isolamento 74.

[0053] O substrato pode ser composto de, por exemplo, silício, placa de vidro, película plástica ou folha. Para dispositivos estruturalmente flexíveis, substrato plástico, tal como, por exemplo, poliéster, policarbonato, folhas de poliimida e similares, pode ser usado. A espessura do substrato pode ser de a partir de 10 micrometros a mais de 10 milímetros com uma espessura exemplar sendo de a partir de cerca de 50 micrometros a cerca de 2 milímetros, especialmente para um substrato plástico flexível e de a partir de cerca de 0,4 a cerca de 10 milímetros para um substrato rígido tal como vidro ou silício.

[0054] O eletrodo de porta, o eletrodo de fonte e o eletrodo de drenagem são fabricados através de modalidades da presente invenção. A espessura da camada do eletrodo de porta varia, por exemplo, de a partir de cerca de 10 a cerca de 2000 nm. Espessuras típicas de eletrodos de fonte e drenagem são, por exemplo, de a partir de cerca de 40 nm a cerca de 1 micrometro com a espessura mais específica sendo cerca de 60 a cerca de 400 nm.

[0055] A camada isolante geralmente pode ser uma película de material inorgânico ou uma película de polímero orgânico. Exemplos ilustrativos de materiais inorgânicos adequados como a camada isolamento incluem oxido de silício, nitreto de silício, oxido de alumínio, titanato de bário, titanato de bário zircônio e similares; exemplos ilustrativos de polímeros orgânicos para a camada de isolamento incluem poliésteres, policarbonatos, poli(vinil fenol), polimidas, poliestireno, poli(metacrilato)s, poli(acrilato)s, resina epóxi e similares. A espessura da camada isolante é, por exemplo, de a partir de cerca de 10 nm a cerca de 500 nm dependendo da constante dielétrica do material dielétrico usado. Uma espessura exemplar da camada isolante é de a partir de cerca de 100 nm a cerca de 500 nm. A camada isolante pode ter uma condutividade que é, por exemplo, menos do que cerca de 10-12 S/cm.

[0056] Situada, por exemplo, entre e em contato com a camada isolante e os eletrodos de fonte/drenagem está a camada semicondutora onde a espessura da camada semicondutora é geralmente, por exemplo, cerca de 10 nm a cerca de 1 micrometro, ou cerca de 40 a cerca de 100 nm. Qualquer material semicondutor pode ser usado para formar esta camada. Materiais semicondutores exemplares incluem politiofeno regiorregular, oligotiofeno, pentaceno e os polímeros semicondutores descritos em Beng Ong e outros, Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2003/0160230 A1; em Beng Ong e outros, Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2003/0160234 A1; em Beng Ong e outros, Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2003/0136958 A1; e "Organic Thin Film Transistor for Large Área Eletronics" de C.D. Dimitrakopoulos e P.R.L. Malenfant, Adv. Mater., Vol. 12, N° 2, pp. 99-117 (2002), as descrições de cada uma são aqui incorporadas a título de referência. Qualquer técnica adequada pode ser usada para formar a camada semicondutora. Um tal método é aplicar um vácuo de cerca de 133,32 x 10"5 a 133,32 x 10"7Pa (10-5 a 10-7 toor) a uma câmara contendo um substrato e um recipiente fonte que mantém o composto em forma de pó. Aquecer o recipiente até que o composto sublime sobre o substrato. A camada semicondutora pode ser também geralmente fabricada através de processos de solução tal como revestimento com giro, fundição, revestimento em tela, estampagem ou impressão a jato de uma solução ou dispersão do semicondutor.

[0057] A camada isolante, o eletrodo de porta, a camada semicondutora, o eletrodo de fonte e o eletrodo de drenagem são formados em qualquer seqüência, particularmente onde em modalidades o eletrodo de porta e a camada semicondutora ambos contatam a camada isolante, e o eletrodo fonte e o eletrodo de drenagem ambos contatam a camada semicondutora. A frase "em qualquer seqüência" inclui formações seqüencial e simultânea. Por exemplo, o eletrodo de fonte e o eletrodo de drenagem podem ser formados simultaneamente ou seqüencialmente. A composição, fabricação e operação dos transistores de película fina são descritas em Bao e outros, Patente U.S. 6.107.117, cuja descrição é aqui totalmente incorporada a título de referência.

[0058] A invenção será agora descrita em detalhes com relação às suas modalidades específicas, sendo compreendido que esses exemplos pretendem ser ilustrativos apenas e a invenção não pretende ser limitada aos materiais, condições ou parâmetros de processos mencionados aqui. Todas as porcentagens e partes estão em peso a menos que de outro modo indicado.

Exemplo 1 1) Preparação de nanopartículas de prata estabilizadas com oleilamina [0059] Acetato de prata (1,67g, 10 mmols) e oleilamina (6,69g, 25 mmols) foram primeiro dissolvidos em tolueno (20 ml_) a 60Ό. A esta solução foi adicionada em gotas uma solução de fenilidrazina (0,59g, 5,5 mmols) em tolueno (10 ml_) com agitação. A mistura de reação resultante que ficou de cor vermelho escura-marrom foi aquecida a 60Ό por 30 minutos. A mistura resultante foi verti da em uma mistura de metanol (100 mL) e acetona (100 mL) com agitação. O sólido precipitado foi coletado através de filtragem e seco em ar. Rendimento: 1,60g. 2) Troca de estabilizador de nanopartículas de prata estabilizadas com oleilamina com ácidos carboxílicos [0060] A síntese de nanopartículas de prata estabilizadas com ácido oléico é dada abaixo. Nanopartículas de prata estabilizadas com outros ácidos carboxílicos foram preparadas similarmente e os resultados são sumarizados na Tabela 1.

[0061] As nanopartículas de prata estabilizadas com oleilamína preparadas acima foram dissolvidas em toiueno (30 mL) e foram adicionadas em gotas a uma solução de ácido oléico (8,47g, 30 mmois) em toiueno (50 mL) em temperatura ambiente com agitação. Após 15 minutos, a mistura foi vertida em um metanol em agitação (350 mL). Após filtragem e secagem sob vácuo (temperatura ambiente por 30 minutos), um sólido cinza-escuro foi obtido. Rendimento: 1,48g. 3) Fabricação e anelamento de películas finas de partículas de prata estabilizadas com ácido carboxílico [0062] Nanopartículas de prata estabilizadas com ácido carboxílico preparadas acima foram dissolvidas em cicloexano (10-15% em peso) e filtradas (tamanho de poro do filtro: 1 pm). A solução foi revestida com giro em um substrato de vidro em uma velocidade de 1000 rpm por 120 segundos. O substrato com uma camada fina de nanopartículas de prata marrom-escura foi aquecido em uma placa quente a 220Ό por 10-20 minutos em ar, Uma película fina de prata foi então obtida, A espessura das películas finas de prata é cerca de 80-180 nm. A condutividade das películas finas de prata foi medida usando uma técnica de quatro ensaios convencional.

Tabela 1 Síntese e propriedades de nanopartículas de prata estabilizadas com vários ácidos carboxílicos 3 Obtido de 10 mmois de acetato de prata b em cicloexanona [0063] A Tabela 1 mostra que nanopartículas de prata com vários estabilizadores de substituição de ácidos carboxílicos foram preparadas em altos rendimentos. As películas finas feitas de nanopartículas de prata poderíam ser transformadas em películas finas altamente eletricamente condutoras quando do anelamento a 220Ό por 10-20 minutos em ar, com condutividade variando de 9 x 103 a 2,9 x 104 S/cm.

[0064] Será compreendido que várias das características e funções acima descritas e outras, ou suas alternativas, podem ser desejavelmente combinadas em muitos outros sistemas ou aplicações diferentes. Várias alternativas, modificações, variações ou aperfeiçoamentos não previstos ou não-antecipados aqui podem ser subseqüentemente feitas por aqueles versados na técnica que pretendem ser também compreendidas pelas reivindicações que seguem. A menos que especificamente mencionado em uma reivindicação, etapas ou componentes de reivindicações não devem ser implicados ou importados do relatório ou quaisquer outras reivindicações como para qualquer ordem, número, posição, tamanho, formato, ângulo, cor ou material particular.

REIVINDICAÇÕES

Claims (9)

1. Processo para fornecer uma composição, compreendendo: fornecer uma composição compreendendo nanopartículas contendo prata e moléculas de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata; e misturar um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico com a composição para substituir pelo menos uma porção do estabilizador inicial com o estabilizador de substituição, resultando em moléculas do estabilizador de substituição sobre a superfície das nanopartículas contendo prata; sendo que o estabilizador inicial é um composto compreendendo uma porção selecionada do grupo compreendendo -NH2, -NH-, -SH, -C5H4N, -COOM, R'R"P-, R'R"P(=0)- e mistura dos mesmos, na qual M é Li, Na ou K, e na qual R' e R" são independentemente alquila ou arila, sendo que o referido processo é caracterizado pelo fato de que: o estabilizador de substituição é diferente do estabilizador inicial, e o estabilizador de substituição é um composto selecionado do grupo compreendendo ácido butírico, ácido pentanóico, ácido hexanóico, ácido heptanóico, ácido octanóico, ácido nonanóico, ácido decanóico, ácido undecanóico, ácido dodecanóico, ácido tridecanóico, ácido mirístico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico, ácido pamitoleico, ácido heptadecanóico, ácido esteárico, ácido oléico, ácido elaídico, ácilo linoleico, ácido nonadecanóico, ácido icosanóico, ácido eicosenoico ou uma mistura dos mesmos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tamanho das nanopartículas contendo prata é de 0,5 nm a 1.000 nm.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tamanho das nanopartículas contendo prata é de 1 nm a 100 nm.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estabilizador inicial compreende uma amina orgânica.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estabilizador inicial é um composto selecionado do grupo que compreende octilamina, nonilamina, decilamina, undecilamina, dodecilamina, tridecilamina, tetradecilamina, pentadecilamina, hexadecilamina, oleilamina, octadecilamina e misturas dos mesmos.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico compreende de 4 a 20 átomos de carbono.

7. Processo para fabricar um dispositivo eletrônico, que compreende as seguintes etapas: (a) deposição líquida de uma composição compreendendo um líquido, nanopartículas contendo prata, um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, e uma quantidade residual de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, resultando em uma composição depositada; e (b) aquecimento da composição depositada para formar uma camada eletricamente condutiva compreendendo prata sendo que o estabilizador inicial é um composto compreendendo uma porção selecionada do grupo compreendendo -NH2, -NH-, -SH, -C5H4N, -COOM, R'R"P-, R!R!V(=0)- e mistura dos mesmos, na qual M é Li, Na ou K, e na qual R' e R" são independentemente alquila ou arila, sendo que o referido processo é caracterizado pelo fato de que: o estabilizador de substituição é diferente do estabilizador inicial, e o estabilizador de substituição é um composto selecionado do grupo compreendendo ácido butírico, ácido pentanóico, ácido hexanóico, ácido heptanóico, ácido octanóico, ácido nonanóico, ácido decanóico, ácido undecanóico, ácido dodecanóico, ácido tridecanóico, ácido mirístico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico, ácido pamitoleico, ácido heptadecanóico, ácido esteárico, ácido oléico, ácido elaídico, ácilo linoleico, ácido nonadecanóico, ácido icosanóico, ácido eicosenoico ou mistura dos mesmos.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma ou mais das seguintes etapas: (i) adição da mistura de reação, opcionalmente concentrada através da remoção de solvente parcial, a um não-solvente para precipitar as nanopartículas contendo prata; (ii) coleta das nanopartículas contendo prata através de filtragem ou centrifugação; (iii) secagem das nanopartículas contendo prata em ar ou a vácuo; (iv) dissolução ou dispersão das nanopartículas contendo prata isoladas em líquidos apropriados.

9. Transistor de película fina que compreende em qualquer disposição eficaz: a) uma camada de isolamento; b) um eletrodo de porta; c) uma camada semicondutiva; d) um eletrodo de fonte; e e) um eletrodo de dreno, em que pelo menos um dentre eletrodo de fonte, eletrodo de drenagem e eletrodo de porta compreende ingredientes de partida incluindo nanopartículas contendo prata, um estabilizador de substituição compreendendo um ácido carboxílico sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, e uma quantidade residual de um estabilizador inicial sobre a superfície das nanopartículas contendo prata, sendo que o estabilizador inicial é um composto compreendendo uma porção selecionada do grupo compreendendo -NH2, -NH-, -SH, -C5H4N, -COOM, R'R"P-, R!R"P(=0)- e mistura dos mesmos, na qual M é Li, Na ou K, e na qual R' e R" são independentemente alquila ou arila, sendo que o referido transistor é caracterizado pelo fato de que: o estabilizador de substituição é diferente do estabilizador inicial, e o estabilizador de substituição é um composto selecionado do grupo compreendendo ácido butírico, ácido pentanóico, ácido hexanóico, ácido heptanóico, ácido octanóico, ácido nonanóico, ácido decanóico, ácido undecanóico, ácido dodecanóico, ácido tridecanóico, ácido mirístico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico, ácido pamitoleico, ácido heptadecanóico, ácido esteárico, ácido oléico, ácido elaídico, ácilo linoleico, ácido nonadecanóico, ácido icosanóico, ácido eicosenoico ou mistura dos mesmos.