DE10317731A1

DE10317731A1 - Transponder und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10317731A1
Application number: DE10317731A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Halik; Hagen Dr. Klauk; Günter Dr. Schmid; Ute Dipl.-Ing. Zschieschang
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-18
Also published as: WO2004093002A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transponder mit einer Antenne und einer mit der Antenne verbundenen Transponderschaltung. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder anzugeben, der sich besonders einfach und kostengünstig herstellen lässt. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Transponderschaltung (30) durch auf einem Substrat (50) angeordnete, strukturierte Schichten (60, 110, 130) gebildet ist, von denen mindestens eine Schicht (60) zumindest teilweise auch die Antenne (20) ausbildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transponder mit einer Antenne und einer mit der Antenne verbundenen Transponderschaltung. Unter einem Transponder wird nachfolgend eine Einrichtung verstanden, die mit einer Antenne aus einem elektromagnetischen Feld Energie entnimmt und mit dieser Energie eine Transponderschaltung betreibt. Nach bzw. mit der Inbetriebnahme der Transponderschaltung kann die Einrichtung Datensignale eines externen Lesegeräts empfangen und "Antwortsignale" zurücksenden.

Vorbekannte Transponder werden auf der Basis der Siliziumtechnologie hergestellt. Konkret wird zunächst eine Silizium-Transponderschaltung hergestellt, die anschließend auf einem mit einer Metallantenne versehenen Substrat – beispielsweise einer Polymerfolie – befestigt wird. Dabei wird die Silizium-Transponderschaltung elektrisch mit der Antenne verbunden. Das Positionieren der Silizium-Transponderschaltung auf dem Substrat erfolgt dabei beispielsweise mit Hilfe eines in der Leiterplattentechnik üblichen Bestückautomaten, also in „pick and place"-Technik. Die elektrische Verbindung der Silizium-Transponderschaltung mit der Metallantenne erfolgt beispielsweise über Bonden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder anzugeben, der sich besonders einfach und kostengünstig herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Transponders sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Transponderschaltung durch auf einem Substrat angeordnete strukturierte Schichten gebildet ist, von denen mindestens eine Schicht zumindest teilweise auch die Antenne ausbildet.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Transponders ist darin zu sehen, dass dieser eine Schicht aufweist, die sowohl zu der Transponderschaltung als auch zu der Antenne gehört. Dadurch kann bereits während der Herstellung der Transponderschaltung die Antenne "mit hergestellt" werden, so dass separate Herstellungsschritte zur Herstellung der Antenne vollkommen oder aber zumindest teilweise eingespart werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Transponders ist darin zu sehen, dass aufgrund der "integrierten" bzw. zeitgleichen Herstellung der Transponderschaltung und der Antenne in einer gemeinsamen Schicht außerdem zusätzliche Verfahrensschritte zum Verbinden der Transponderschaltung und der Antenne entfallen. Beispielsweise entfällt das "Bestücken" des Substrats mit einer separat hergestellten Transponderschaltung – z. B. in der bereits eingangs erwähnten „pick and place"-Technik -; außerdem entfällt das elektrische Verbinden – beispielsweise durch Bonden – der Transponderschaltung mit der Antenne.

Zusammengefasst wird aufgrund des "integrierten Designs" des erfindungsgemäßen Transponders eine Mehrzahl an Herstellungsschritten – im Vergleich zu vorbekannten Transpondern – eingespart.

Um mit der Transponderschaltung logische Schaltungen bilden zu können, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Transponderschaltung zumindest zwei leitende Schichten, eine zwischen den beiden leitenden Schichten angeordnete Isolationsschicht und eine Halbleiterschicht aufweist. In einer der beiden leitenden Schichten ist dann bevorzugt die Antenne ausgebildet.

Die Einführung von RF-ID-Systemen (RF-ID: radio frequency identification) als potentieller Ersatz für den allgemein bekannten, relativ störanfälligen und nur in direktem Sichtkontakt zu einem Scanner anwendbaren Barcode oder als Sicherheitsmerkmal auf Verpackungen oder anderen Gütern gilt als zukunftsweisende Anwendung für preiswerte bzw. kostengünstig herstellbare Elektronikschaltungen. Aufgrund der Flexibilität und der großen Variationsbreite von Verpackungsmaterialien sind besonders Schaltungen auf flexiblen Substraten, die in hohen Stückzahlen beispielsweise im "Rolle-zu-Rolle"-Verfahren gefertigt werden können, von Interesse. Der hohe Preisdruck solcher Anwendungen, insbesondere aufgrund der Konkurrenz zum aufgedruckten Barcode, erlaubt den Einsatz (kristalliner) siliziumbasierter Schaltungen aus wirtschaftlichen Gründen fast ausschließlich nur für Spezialanwendungen, die besonders hohe Leistungsanforderungen stellen; für den Massenmarkt sind kristalline siliziumbasierte Schaltungen aufgrund der entstehenden Herstellungskosten eher weniger geeignet. Wesentliche Gründe hierfür sind neben der sehr preisintensiven Herstellung von (kristallinen) Siliziumchips die – wie eingangs ausgeführt – auftretenden, relativ hohen Kosten für das Positionieren und Verbinden der Siliziumchips mit der Antenne (packaging-Problematik). Auf eine Antenne kann jedoch bei RF-ID-Transpondern nicht verzichtet werden, da – wie oben bereits erläutert – die Antennen für die Leistungsaufnahme aus dem elektromagnetischen Feld (RF-Feld) und die Kommunikation mit einem mit dem Transponder in Verbindung stehenden Lesegerät unverzichtbar sind.

Um nun die für Massenanwendungen gewünschten niedrigen Herstellungskosten zu erreichen, ist im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Halbleiterschicht der Transponderschaltung eine organische Halbleiterschicht ist; denn organische Halbleiterschichten lassen sich relativ einfach herstellen und preisgünstig aufbringen.

Anstelle von organischen Halbleiterschichten können vorteilhaft auch andere Halbleiterschichten eingesetzt werden, die auf flexiblen Folien aufbringbar sind; denkbar sind beispielsweise amorphe Schichten, insbesondere amorphe Silizium-Schichten.

Bevorzugt sind in der organischen Halbleiterschicht organische Feldeffekttransistoren gebildet; denn mit Feldeffekttransistoren auf der Basis organischer Halbleiter lassen sich elektronische Schaltungen für Massenanwendungen sehr preisgünstig herstellen.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Antenne um eine Rahmenantenne, da Rahmenantennen gute Empfangseigenschaften bieten.

Bevorzugt weist die Antenne eine Vielzahl an Antennenwindungen auf; die Anzahl der Antennenwindungen bestimmt dabei u. a. die Resonanzfrequenz des Transponders. Um die Anordnung einer Vielzahl an Antennenwindungen in einer Ebene zu ermöglichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Antennenwindungen spiralförmig ausgestaltet sind. Darüber hinaus kann die Antenne auch "doppelt gewundene" Antennenwindungen aufweisen.

Im Hinblick auf eine optimale Platzausnutzung bzw. im Hinblick auf eine möglichst kleine Größe des Transponders wird es als vorteilhaft ansehen, wenn die Transponderschaltung in einem von der Antenne eingeschlossenen Innenbereich des Substrats angeordnet ist.

Zur Verbindung des außen liegenden elektrischen Anschlusses der spiralförmigen Antenne mit der im Innenbereich der Antenne liegenden Transponderschaltung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein die Antennenwindungen der Antenne kreuzender Antennenanschlussleiter vorhanden ist, mit dem der außen liegende Anschluss der Antenne mit der Transponderschaltung verbunden wird.

Vorzugsweise ist der die Antennenwindungen kreuzende Antennenanschlussleiter in einer anderen leitenden Schicht als die Antennenwindungen – also isoliert von den Antennenwindungen – angeordnet, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Wie bereits oben angesprochen, lassen sich elektronische Schaltungen besonders einfach und damit vorteilhaft mit organischen Feldeffekttransistoren ausbilden; es wird daher als vorteilhaft angesehen, wenn die Transponderschaltung mindestens einen Feldeffekttransistor aufweist, dessen Drain- und Source-Anschluss in der einen leitenden Schicht und dessen Gate-Anschluss in der anderen leitenden Schicht gebildet ist.

Die Antenne kann dabei bevorzugt in der den Drain- und den Source-Anschluss bildenden leitenden Schicht ausgebildet sein; alternativ kann die Antenne auch in der den Gate-Anschluss bildenden elektrisch leitenden Schicht angeordnet sein.

Wie bereits eingangs erwähnt, sollte das Substrat flexibel sein, damit der Transponder auf beliebigen Verpackungen bzw. auf beliebigen Oberflächen befestigt werden kann; ein geeignetes Substratmaterial zur Herstellung eines Transponders sind kommerzielle Plastikfolien, wie beispielsweise PEN- oder PET-Folien (PEN: Polyethylennaphthalat; PET: Polyethylenterephthalat). Alternativ können als Substratmaterial auch Papier oder Glas eingesetzt werden, so dass die Transponder direkt auf Verpackungen "prozessiert" werden können.

Zur Bildung des den Gate-Anschluss der Feldeffekttransistoren bildenden, elektrisch leitenden Schicht sind Metalle, wie Kupfer, Aluminium, Titan, Nickel, Chrom, Gold, Silber, Palladium und Platin sowie leitfähige Polymere wie beispielsweise PEDOT:PSS Baytron P^® oder Polyanilin geeignet.

Die zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten angeordnete Isolationsschicht kann vorzugsweise durch anorganische Materialien wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, TaN_x oder durch organische Polymere als Dielektrikum gebildet sein.

Die die Drain- und Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren bildende Kontaktlage kann aus den gleichen Materialien wie die den Gate-Anschluss bildende Gatelage bestehen; zu berücksichtigen ist jedoch, dass das für die Kontaktlage verwendete Material mit dem jeweiligen Halbleitermaterial kompatibel sein muss.

Als Halbleitermaterial kommen vorzugsweise organische Halbleiter in Betracht; geeignete organische Halbleitermaterialien sind beispielsweise Pentazen, Tetrazen, Polythiophene oder Oligothiophene.

Im Übrigen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Antenne und die Transponderschaltung für Frequenzen im Bereich von 13,56 MHz und für Frequenzen im Bereich von 125 kHz geeignet sind, da diese Frequenzen derzeit Standardfrequenzen für den Einsatz von Transpondern sind.

Der bzw. die Feldeffekttransistoren der Transponderschaltung können beispielsweise einen Bottom-Gate-Aufbau oder einen Top-Gate-Aufbau aufweisen:
Unter einem Bottom-Gate-Aufbau wird dabei ein Aufbau verstanden, bei dem die Gate-Elektroden der Feldeffekttransistoren unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sind. Auf dieser "Gate-Lage" ist dann die elektrisch isolierende Dielektrikum-Schicht angeordnet, auf der wiederum die die Source- und Drain-Kontakte bildende "Kontaktlage" aufliegt.

Bei einem Top-Gate-Aufbau ist die Schichtreihenfolge umgekehrt; dies bedeutet, dass die die Source- und Drain-Kontakte bildende Kontaktlage unmittelbar auf dem Substrat aufliegt. Auf der Kontaktlage ist die Isolationsschicht angeordnet, auf der dann wiederum die die Gate-Anschlüsse bildende Gate-Lage aufliegt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen eines Transponders, bei dem eine Antenne und eine mit der Antenne verbundene Transponderschaltung hergestellt werden.

Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein besonders einfaches und preisgünstiges Herstellungsverfahren für Transponder anzugeben.

Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf ein Substrat zumindest eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird, die zumindest teilweise sowohl die Antenne als auch die Transponderschaltung bildet.

Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Transponder verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Transponders im wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Transponder in der Draufsicht,
2 den Transponder gemäß 1 in einem schematischen Querschnitt und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Transponder in der Draufsicht.
In den 1 bis 3 werden für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugzeichen verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Transponders wird anhand der 1 bis 3 ebenfalls erläutert.
In der 1 erkennt man einen Transponder 10 mit einer Antenne 20 und einem Polymerchip 30. Unter dem Begriff "Polymerchip" wird dabei eine elektronische Schaltung verstanden, die zumindest einen organischen Halbleiter aufweist; dies bedeutet jedoch nicht, dass der Polymerchip 30 ausschließlich nur polymere Materialien aufweisen muss. Vielmehr kann der Polymerchip 30 sowohl aus organischem Halbleitermaterial als auch aus anorganischen Materialien gebildet sein.
Die Antenne 20 ist für einen Frequenzbereich von 125 kHz und/oder für 13,56 MHz ausgelegt. Die Antenne 20 dient zum Empfangen elektromagnetischer Energie, die mittels der Antenne 20 in elektrische Energie umgewandelt und in den Polymerchip 30 zu dessen Betrieb eingespeist wird. Mit Hilfe der von der Antenne 20 eingespeisten Energie wird der Polymerchip in Betrieb genommen, so dass dieser mit der Antenne 20 Daten empfangen sowie senden kann.
Wie nachfolgend erläutert werden wird, ist der Transponder 10 derart ausgebildet, dass seine Antenne 20 und der Polymerchip 30 gleichzeitig hergestellt werden können; dies bedeutet, dass die Antenne 20 „mit hergestellt" wird, während der Polymerchip 30 gebildet wird. Zur Herstellung der Antenne 20 ist somit kein zusätzlicher Prozessschritt nötig.
In der 2 ist der Transponder 10 gemäß der 1 in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Man erkannt in der 2 den Polymerchip 30, der elektrisch mit der Antenne 20 verbunden ist.
Der Polymerchip 30 besteht aus zumindest einem organischen Feldeffekttransistor 40, der durch mehrere übereinander angeordnete Schichten gebildet ist. Die unterste Schicht wird durch ein Substrat bzw. eine isolierende Substratlage 50 gebildet, bei der es sich beispielsweise um eine kommerzielle Plastikfolie, um Papier oder Glas handeln kann.
Auf der Substratlage 50 ist eine erste elektrisch leitende Schicht 60 aufgebracht, die strukturiert ist. Die elektrisch leitende Schicht 60 bildet einen Gate-Anschluss 70 des organischen Feldeffekttransistors 40, einen inneren Antennenanschluss 80, einen äußeren Antennenanschluss 90 sowie Antennenwindungen 100 der Antenne 20.
Der innere Antennenanschluss 80 sowie der äußere Antennenanschluss 90 sind zusätzlich auch in der 1 mit ihren Bezugszeichen gekennzeichnet; man erkennt, dass der innere Antennenanschluss 80 im Inneren des Antennenbereichs der Antenne 20 angeordnet ist, wohingegen der äußere Antennenanschluss 90 außerhalb dieses Innenbereiches der Antenne 20 liegt.
Wie sich in der 2 erkennen lässt, ist die elektrisch leitende Schicht 60 strukturiert; dies bedeutet, dass die Antennenwindungen 100, der äußere und der innere Antennenanschluss 90 bzw. 80 sowie der Gate-Anschluss 70 elektrisch voneinander durch eine Isolationsschicht 110 getrennt sind.
Die Isolationsschicht 110 ist dabei derart ausgestaltet, dass sie sich über den Gate-Anschluss 70, über die Antennenwicklungen 100 und über den inneren und den äußeren Antennenanschluss 80 bzw. 90 der Antenne 20 erstreckt. Auch die Isolationsschicht 110 ist wiederum strukturiert und weist Öffnungen auf, in denen elektrische Verbindungskontakte 120 ausgebildet sind. Die elektrischen Verbindungskontakte 120 dienen dazu, die elektrisch leitende Schicht 60 mit einer auf der Isolationsschicht 110 aufgebrachten zweiten elektrischen Schicht 130 zu verbinden. Diese zweite elektrisch leitende Schicht 130 bildet die Source- und Drain-Anschlüsse des organischen Feldeffekttransistors 40 und wird somit nachfolgend als „Kontaktlage" bezeichnet. In entsprechender Weise wird die erste elektrisch leitende Schicht 60, die den Gate-Anschluss 70 des organischen Feldeffekttransistors 40 kennzeichnet, nachfolgend als „Gate-Lage" bezeichnet.
Die Kontaktlage 130 bildet einen Source-Anschluss 140 und einen Drain-Anschluss 150 des organischen Feldeffekttransistors 40 sowie einen Antennenanschlussleiter 160. Der Antennenanschlussleiter 160 dient dazu, den äußeren Antennenanschluss 90 mit dem Polymerchip 30 zu verbinden; für die elektrische Verbindung wird dabei von den Verbindungskontakten 120 und einem Hilfspad 85 Gebrauch gemacht. Mit dem Antennenanschlussleiter 160 ist somit eine elektrische Verbindung des äußeren Antennenanschlusses 90 mit dem organischen Feldeffekttransistor 40 und damit mit dem Polymerchip 30 möglich. Auch der innere Antennenanschluss 80 der Antenne 20 ist an den Polymerchip 30 angeschlossen; diese Verbindung ist jedoch in der Querschnittsebene gemäß der 2 nicht sichtbar.
Wie sich in der 2 darüber hinaus erkennen lässt, ist auf der Kontaktlage 130 eine organische Halbleiterschicht 170 angeordnet, die den Source-Anschluss 140 und den Drain-Anschluss 150 des organischen Feldeffekttransistors 40 miteinander verbindet. Die Steuerung des organischen Feldeffekttransistors 40 erfolgt dabei durch Anlegen einer Steuerspannung an den Gate-Anschluss 70 des organischen Feldeffekttransistors 40, wodurch ein Stromfluss von dem Source-Anschluss 140 zu dem Drain-Anschluss 150 (oder umgekehrt) des organischen Feldeffekttransistors 40 beeinflusst wird.
Wie sich in den 1 und 2 erkennen lässt, weist die Antenne 20 eine Vielzahl an Antennenwindungen 100 auf, die in einer Fläche spiralförmig angeordnet sind und eine Art „Spule" bilden. Die Antenne 20 ist dabei für die heutzutage für RF-ID-Transponderanwendungen üblichen Standardfrequenzen von 125 kHz und 13,56 MHz ausgelegt; stattdessen kann die Antenne 20 aber auch für andere Frequenzen optimiert sein.
Die Antennenwindungen 100 sowie die Antennenanschlüsse 80 und 90 – und damit die Gatelage 60 – können aus Metall wie Aluminium oder Kupfer bestehen; alternativ ist aber auch der Einsatz gut leitender Polymere denkbar.
Die Ausgestaltung der Antenne bzw. der Spule 20 hängt von der gewünschten Resonanzfrequenz und von der von dem Polymerchip 30 bzw. von den organischen Feldeffekttransistoren 40 benötigten elektrischen Leistung ab:
Die Resonanzfrequenz der Antenne wird durch die Anzahl der Windungen 100 der Antenne 20 bestimmt. Die Leistungsaufnahme der Antenne 20 wird im wesentlichen von der vom elektromagnetischen Wechselfeld durchströmbaren Antennenfläche bestimmt; dies bedeutet, dass um so mehr elektromagnetische Energie von der Antenne 20 aufgenommen werden kann, je größer die Antennenfläche der Antenne ist.
In der 2 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass der Antennenanschlussleiter 160 von den Antennenwindungen 100 durch die Isolationsschicht 110 getrennt ist; dies bedeutet, dass durch den Antennenanschlussleiter 160 kein Kurzschluss zwischen den Antennenwindungen 100 herbeigeführt werden kann.
An den Kreuzungspunkten zwischen den Antennenwindungen 100 und dem Antennenanschlussleiter 160 bilden sich bedingt durch die relativ dünne Schichtdicke der Isolationsschicht 110 (Schichtdicke zwischen 50 nm und 500 nm) zusätzliche Kapazitäten aus. Aufgrund dieser zusätzlichen Kapazitäten benötigt die Antenne 20 des Transponders 10 weniger Antennenwindungen 100, um die gewünschte Resonanzfrequenz bzw. Arbeitsfrequenz des Transponders 10 zu erreichen, als dies der Fall wäre, wenn der Antennenanschlussleiter 160 auf der Substratrückseite der Substratlage 50 zu dem Polymerchip 30 geführt würde. Aufgrund der durch die dünne Isolationsschicht 110 hervorgerufenen Zusatzkapazitäten wird also ein optimales Antennendesign mit einer Minimalzahl an Antennenwindungen 100 erreicht.
Nachfolgend soll nun die Herstellung der Antenne 20 und des Polymerchips 30 im Detail erläutert werden:
In einem ersten Schritt wird auf die Substratlage 50 die Gate-Lage 60 aufgebracht. Als Material für die Gate-Lage kommen Metalle wie Kupfer, Aluminium, Titan, Nickel, Chrom, Gold, Silber, Palladium und/oder Platin sowie leitfähige Polymere wie PEDOT-PSS-Baytron P^® oder Polyanilin in Betracht. Das Aufbringen der Gate-Lage 60 kann dabei durch klassische Druck- oder Aufdampfprozesse erfolgen. Die Antenne 20 mit ihren Antennenwindungen 100 kann dabei in exakt identischer Weise wie die Gate-Anschlüsse 70 der organischen Feldeffekttransistoren 40 hergestellt werden.
Stattdessen ist es aber auch möglich, die relativ groben Strukturen (Größenordnung im Millimeterbereich) der Antenne 20 bzw. der Antennenwindungen 100 nach einem der oben genannten Verfahren aufzubringen, während die feinen Strukturen der Gate-Anschlüsse 70 (Größenordnung im μ-Bereich) durch ein hochauflösendes Druckverfahren – z.B. Mikrokontaktdruckverfahren – aufgebracht werden.
Alternativ können die Gate-Anschlüsse 70 auf einem simultan mit der Antennenstruktur abgeschiedenen Pad (in der Größe des späteren Polymerchips 30) definiert und nasschemisch herausgearbeitet (z. B. durch Ätzen) werden. Im Ergebnis sind aber auch bei dieser Variante des Abscheidungsverfahrens die Antenne 20 und die Gate-Anschlüsse 70 des Polymerchips 30 in einer einzigen Schicht, nämlich der Gatelage 60, enthalten.
Nachfolgend wird auf die Gate-Lage 60 eine Dielektrikum-Schicht als Isolationsschicht 110 abgeschieden und thermisch fixiert. Bei der Isolationsschicht 110 kann es sich beispielsweise um eine Poly-4-Venylphenol-Schicht handeln.
Das Abscheiden der Isolationsschicht 110 kann beispielsweise mittels einer Druckcoating- oder Spraycoating-Technik erfolgen. Die benötigten Öffnungen für die Verbindungskontakte 120 in der Isolationsschicht 110 können entweder direkt durch den Druckvorgang definiert werden oder aber nach einem ganzflächigen Abscheiden der Isolationsschicht 110 nachträglich in diese Schicht eingebracht werden.
Die in dieser Weise abgeschiedene Isolationsschicht 110 stellt zum einen die Dielektrikum-Schicht für den organischen Feldeffekttransistor 40 und damit für den Polymerchip 30 zur Verfügung; zum anderen dient die Isolationsschicht 110 als elektrische Isolation zwischen den Antennenwindungen 100.
Durch die Definition von Öffnungen in der Isolationsschicht 110 und durch die Verbindungskontakte 120 am Ende und am Anfang der Antenne 20 – bzw. am äußeren Antennenanschluss 90 und am inneren Antennenanschluss 80 – ergibt sich nun die Möglichkeit der Rückkontaktierung der Antenne 20 von außen nach innen und somit die Möglichkeit zum elektrischen Anschließen des durch die Antenne 20 gebildeten Schwingkreises ohne Kurzschluss zwischen den Antennenwindungen 100 an den Polymerchip 30.
Die Isolationsschicht 100 dient außerdem als Schutzbeschichtung für evtl. korrosionsanfällige Antennenmaterialien wie Kupfer oder Aluminium und erhöht deren Langzeitstabilität bzw. Lebensdauer.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird die Kontaktlage 130 aufgebracht. Dies kann wiederum durch justierte, hochauflösende Drucktechniken (z. B. Baytron P) erfolgen; alternativ kann ein ganzflächiges Abscheiden (z. B. thermische Verdampfung von Gold) und eine anschließende Strukturierung durchgeführt werden.
Die abgeschiedenen Kontaktmaterialien füllen dabei die zuvor geöffneten Kontaktlöcher in der Isolationsschicht 110 und bilden damit die Verbindungskontakte 120 zwischen der Gate-Lage 60 und der Kontaktlage 130.
Die strukturierte Kontaktlage 130 bildet die Source-Kontakte 140 und die Drain-Kontakte 150 der organischen Feldeffekttransistoren 40 des Polymerchips 30 sowie den Antennenanschlussleiter 160 für die Antenne 20, der als Rückkontaktleiter zwischen dem äußeren Antennenanschluss 90 und dem Polymerchip 30 dient. Der Antennenanschlussleiter 160 als Rückkontaktleiter schließt somit den äußeren Antenenanschluss 90 der Antenne 20 an den Polymerchip 30 an.
Die Fertigstellung des Transponders 10 erfolgt durch das Abscheiden des organischen Halbleiters 170 aus der Gasphase (z. B. durch Vakuumverdampfen von Pentazen oder Oligitiophene) oder durch Abscheiden des organischen Halbleiters aus einer Lösung (z. B. Polytiophen). Optional kann zusätzlich eine Strukturierung der organischen Halbleiterschicht 170 erfolgen, um Leckströme zwischen den einzelnen organischen Feldeffekttransistoren 40 zu reduzieren.
Das oben beschriebene "integrierte Design" von Polymerchip 30 und Antenne 20 und die Herstellungsmethoden zu dessen Herstellung eignen sich besonders für den beschriebenen Bottom-Gate-Aufbau (Gate-Dielektrikum-Source/Drain), bei dem die die Antennenwindungen 100 und die Gate-Anschlüsse 70 bildende Gate-Lage 60 als erste elektrisch leitende Schicht 60 auf der Substratlage 50 abgeschieden wird.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, einen sogenannten Top-Gate-Aufbau (Source/Drain-Anschluss-Dielektrikum-Gate) integriert zu realisieren. Hierbei ist jedoch die Anzahl der Materialien, welche für die erste elektrisch leitende Schicht 60, also für die Antennenwindungen 100 und den Source-Anschluss 140 bzw. den Drain-Anschluss 150 in Frage kommen, limitiert, da gute Antennenmaterialen wir Kupfer und Aluminium zum Teil als Source/Drain-Materialien je nach dem verwendeten organischen Halbleitermaterial 170 wenig oder gar nicht geeignet sind.
Um dieses Materialproblem zu lösen, können die Antennenwindungen 100 – statt unmittelbar auf der Substratlage 50 – beim Top-Gate-Aufbau in der Gate-Lage 60 untergebracht werden und im Rahmen des letzten Prozessschrittes abgeschieden werden; Kompatibilitätsprobleme mit dem organischen Halbleitermaterial 170 lassen sich so reduzieren bzw. vollkommen ausschließen.
In der 3 ist ein Transponder 10 mit einem Polymerchip 30 und einer Antenne 20 gezeigt, deren Antennenwindungen 100 "doppelt gewunden" sind. Eine solche Gestaltung der Antennenwindungen stellt eine Alternative zu einer ausschließlich spiralförmigen Formgebung der Antennenwindungen dar. Der Vorteil der "doppelt gewundenen" Antennenwindungen besteht u. a. darin, dass beide Antennenanschlussleiter innen liegen und somit kein separater bzw. zusätzlicher "Antennen-Rückkontaktleiter" 160 erforderlich ist.
Als Substratlage dient bei dem Transponder gemäß der 3 eine Polyethylenterephthalat(PET)-Schicht.
Die Gate-Lage, die die Gate-Anschlüsse der organischen Feldeffekttransistoren und die Antennenwindungen bildet, besteht aus Kupfer. Da die Gate-Anschlüsse sehr filigrane Strukturen aufweisen, sind diese mittels Photolithographie und Nassätzen mit Ammoniumperoxodisulfat gebildet. Für die Gate-Anschlüsse wird also zunächst ein relativ großes Kupfer-Pad abgeschieden, das dann anschließend zur Herstellung der Gate-Anschlüsse noch "fein" strukturiert wird. Da die Antennenwindungen im Vergleich zu den Gate-Anschlüssen recht grobe Strukturen aufweisen, können die Antennenwindungen bereits beim Abscheiden der Kupferschicht – also durch strukturiertes Abscheiden – gebildet werden.
Als Isolationsschicht bzw. als Dielektrikum ist bei dem Transponder gemäß der 3 Poly-4-Venylphenol eingesetzt, das thermisch vrernetzt ist. Die Schichtdicke beträgt 270 nm und die Dielektrizitätszahl beträgt 3,6.
Die Öffnungslöcher in der Isolationsschicht für die Verbindungskontakte sind durch Photolithographie und anschließendes Trockenätzen gebildet.
Die Kontaktlage bzw. die Source-Anschlüsse und die Drain-Anschlüsse bestehen aus einer durch thermisches Verdampfen aufgebrachten (Goldschicht mit einer Dicke von 40 nm. Diese Goldschicht wird im Rahmen eines Photolithographieschrittes und eines nachfolgenden Nassätz-Schrittes mit einer I₂/Kl-Lösung strukturiert, um eine elektrische Trennung der Source- und Drain-Kontakte zu erreichen.
Als organisches Halbleitermaterial ist eine Pentazenschicht mit einer Schichtdicke von 30 nm thermisch aufgedampft worden.

10: Transponder
20: Antenne
30: Polymerschip
40: organischer Feldeffekttransistor
50: Substratlage
60: Gate-Lage
70: Gate-Anschluss
80: innerer Antennenanschluss
85: Hilfspad
90: äußerer Antennenanschluss
100: Antennenwindungen
110: Isolationsschicht
120: Verbindungskontakte
130: zweite elektrische Schicht (Kontaktlage)
140: Source-Anschluss
150: Drain-Anschluss
160: Antennenanschlussleiter
170: organischer Halbleiter

Claims

Transponder (10) mit einer Antenne (20) und mit einer mit der Antenne (20) verbundenen Transponderschaltung (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) durch auf einem Substrat (50) angeordnete, strukturierte Schichten (60, 110, 130) gebildet ist, von denen mindestens eine Schicht (60) zumindest teilweise auch die Antenne (20) ausbildet.
Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) zumindest zwei leitende Schichten (60, 130), eine zwischen den beiden leitenden Schichten (60, 130) angeordnete Isolationsschicht (110) und eine Halbleiterschicht (170) aufweist und in einer der beiden leitenden Schichten (60) die Antenne (20) ausgebildet ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht eine organische oder amorphe Halbleiterschicht (170), insbesondere eine amorphe Silizium-Schicht, ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) organische Feldeffekttransistoren (40) aufweist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine Rahmenantenne ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (20) spiralförmig ist und eine Mehrzahl an Antennenwindungen (100) aufweist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschal tung (30) in einem von der Antenne (20) eingeschlossenen Innenbereich des Substrats angeordnet ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) und ein die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) kreuzender Antennenanschlussleiter (160) in unterschiedlichen leitenden Schichten (130) gebildet sind.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein außen liegender Anschluss (90) der Antenne (20) mittels des Antennenanschlussleiters (160) elektrisch mit der Transponderschaltung (30) verbunden ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) mindestens einen Feldeffekttransistor (40) aufweist, dessen Gate-Anschluss (70) in der einen elektrisch leitenden Schicht (60) und dessen Drain- und Source-Anschluss (150, 140) in der anderen leitenden Schicht (130) gebildet ist.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) in der den Drain- und den Source-Anschluss (150, 140) bildenden, elektrisch leitenden Schicht (130) ausgebildet sind.
Transponder nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) in der den Gate-Anschluss (70) bildenden, elektrische leitenden Schicht (60) ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Transponders (10), bei dem – eine Antenne (20) und eine mit der Antenne (20) verbundene Transponderschaltung (30) auf einem Substrat (50) angeordnet werden, wobei – auf dem Substrat (50) strukturierte Schichten (60, 110, 130) aufgebracht werden, von denen zumindest eine die Transponderschaltung und zumindest teilweise auch die Antenne (20) bildet.
Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Transponderschaltung (30) zumindest zwei durch zumindest eine Isolationsschicht (110) getrennte, leitende Schichten (60, 130) und zumindest eine Halbleiterschicht (170) auf dem Substrat (50) angeordnet werden und in einer der beiden leitenden Schichten (60) die Antenne (20) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterschicht eine organische Halbleiterschicht (170) auf dem Substrat (50) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) mit organischen Feldeffekttransistoren (40) ausgestattet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Antenne eine Rahmenantenne gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine spiralförmige Antenne (20) mit einer Mehrzahl an Antennenwindungen (100) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderschaltung (30) in einem von der Antenne (20) eingeschlossenen Innenbereich des Substrats (50) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) und ein die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) kreuzender Antennenanschlussleiter (160) in unterschiedlichen leitenden Schichten (130) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein außen liegender Anschluss (90) der Antenne (20) mittels des Antennenanschlussleiters (160) elektrisch mit der Transponderschaltung (30) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass für die Transponderschaltung (30) mindestens ein Feldeffekttransistor (40) hergestellt wird, wobei dessen Gate-Anschluss (70) in der einen elektrisch leitenden Schicht (60) und dessen Drain- und Source-Anschluss (150, 140) in der anderen leitenden Schicht (130) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) in der den Drain- und den Source-Anschluss (150, 140) bildenden elektrisch leitenden Schicht (130) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwindungen (100) der Antenne (20) in der den Gate-Anschluss (70) bildenden elektrische leitenden Schicht (60) ausgebildet werden.