使碳纳米管涂层形成图案的方法和碳纳米管布线技术

一种用于制造纳米复合电极或电路图案的方法，包括形成浸渍有粘合剂的连续碳纳米管层以及使用各种印刷或光成像技术使粘合剂树脂形成图案。另一种方法包括使用各种印刷或光成像技术使碳纳米管层形成图案以及随后将连续的粘合剂树脂应用到有图案的碳纳米管层上。从这些有图案的纳米复合涂层制备的制品包括用于平板显示、光电、触摸屏、电致发光灯和ＥＭＩ屏蔽的透明电极和电路。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于使碳纳米管涂层形成图案的方法以及由该方法制造的碳纳米管布线。
技术介绍
包括半导体基装置以及更大型的布线电路的当前电子设备依赖于使用在半导体基材上形成的金属线或高杂质区域的传统布线技术。半导体基装置具有在半导体基材上形成的金属布线层以及在半导体基材表面上形成的相互连接的装置元件。金属层本身经常通过贯穿分隔金属层的绝缘层的通孔而互相连接。此外，掺杂有杂质的半导体基材部分在半导体表面上形成的元件内或这些元件之间的起着布线线路(wiring line)的作用。虽然这些布线线路采用现代的光刻技术而制造得非常精美，因此半导体基装置都可制成小型的，但是该布线线路的制造需要膜形成以及只可在高真空下操作的处理技术。例如，金属如铝和铜在半导体基材上使用包括溅射和蒸发的物理汽相沉积技术形成。使用离子注入技术将杂质离子如硼和磷注射入半导体基材中以在基材上形成导电部分。无定形硅层通过化学气相沉积技术在基材上形成，然后通过退火转化成多晶硅以形成布线层。如上述形成的许多层和膜必需通过蚀刻工艺如反应性离子蚀刻获得的预定布线图案。真空程度可以取决于方法而不同，例如10-6托(溅射)到几个托(反应性离子蚀刻)。真空程度不管怎样，该仪器的安装和维护都很昂贵。此外，除由无机电极材料如氧化铟锡(ITO)制成的材料外，由上述方法形成的所有布线线路都不能很好传输光。非常薄的金属膜可以为半透明的，但是这些膜的叠加会导致形成实际上阻塞光的层的形成。透明ITO膜可以依靠高度真空的仪器而形成，但是由于是无机特性而没有柔韧性。此外，铟的供给有限。使用不需要制造仪器的昂贵安装或维护的方法可制备出大型布线电路。印刷电路板通过蚀刻敷铜箔叠层并结合印刷技术制备。当电路板是以环氧/玻璃叠层为基础时这些印刷板是坚硬的，而当它以聚酰亚胺叠层为基础时是柔软的。类似结构通过直接在基材上印刷导电膏剂而形成。膏剂的导电组分通常是金属填充物如银。该导电膏剂使用丝网印刷技术等印刷在基材上。当布线电路的性能要求非常低时，膏剂可以通过刷子施用。虽然这些制备方法非常廉价，但是依赖于这些方法不可能制备小型装置如半导体装置。此外，由这些方法制造的布线电路是不透明的。光被叠层结构中敷铜箔和应用在基材上的银膏剂阻塞。因此，由这些方法制造的布线结构不能应用到需要透明导电膜精细图案的装置上，如电致发光的显示装置和液晶显示装置上。人们已经致力于提供透明电极以取代ITO膜。典型实例是在聚合物粘合剂中的ITO颗粒的悬浮液。然而，该填充ITO的系统不能匹配连续ITO膜的电导率。此外，现在已开发出透明导电聚合物材料。这些聚合物通常需要掺杂剂以形成导电性质，并使用丝网印刷术或喷墨应用技术将材料应用到基材上。虽然它们仍然处于开发阶段，还未达到ITO膜的导电水平，但已预见到掺杂剂的加入对控制导电性能具有不利影响，而且它们不可能适合于小型装置。碳纳米管制备的膜已知具有低致102欧/平方的表面电阻。题为“Methodfor Disentangling Hollow Carbon Microfibers，Electrically ConductiveTransparent Carbon Microfibers Aggregation Film and Coating for FormingSuch Film”的美国专利5,853,877描述了该导电碳纳米管膜的形成，而题为“Processing for Producing Single Wall Nanotubes Using Unsupported MetalCatalysts”的美国专利6,221,330泛泛描述了用于形成导电膜的碳纳米管的生产。然而，在现有技术中还没有报道用于使由碳纳米管制备的膜形成图案的方法。包括碳纳米管的涂层如含有碳纳米管的膜已经有描述(参见美国专利申请10/105,623，该申请并入此处参考)。例如，该膜具有低致102欧/平方的表面电阻以及高致95％的总透光率。在膜中的碳纳米管的含量可以高达50％。很惊奇地发现，该材料可以通过两步法形成，这导致形成具有低电阻和高透光率的纳米管膜。首先，碳纳米管的稀水溶液喷雾到基材上，水蒸发而只将固结的碳纳米管留在表面上。然后，树脂应用到固结碳纳米管上并渗入固结碳纳米管的网络中。
技术实现思路
本专利技术克服了与当前的金属基和硅基的布线技术有关的问题和缺陷，并提供了使用碳纳米管膜形成布线线路和电极的新布线方法。本专利技术的一个具体实施方案涉及一种包括基材和位于基材上并有碳纳米管的有图案布线或电极的碳纳米管布线。本专利技术的另外一个具体实施方案涉及一种使碳纳米管涂层形成图案的方法。该方法包括提供一种碳纳米管溶液，将溶液应用到基材上以在基材上形成固结碳纳米管膜，选择性使用粘合剂浸泽碳纳米管，从基材上去除部分没有用粘合剂浸渍的碳纳米管膜。本专利技术的另外一个具体实施方案涉及一种使碳纳米管涂层形成图案的方法。该方法包括提供一种碳纳米管溶液，将溶液应用到基材上以在基材上形成固结碳纳米管膜，使用光致抗蚀剂浸渍碳纳米管膜，在采用光致抗蚀剂浸渍的碳纳米管膜上投影一个预定的图案以保护部分碳纳米管膜，再从基材上去除没有被投影保护的碳纳米管膜。本专利技术的另外一个具体实施方案涉及一种使碳纳米管涂层形成图案的方法。该方法包括提供一种碳纳米管溶液，将溶液应用到基材上以在基材上形成固结碳纳米管，将碳纳米管膜暴露在穿过掩模(mask)的光源中，以及采用粘合剂浸渍暴露的碳纳米管膜。本专利技术的另外一个具体实施方案涉及一种使碳纳米管涂层形成图案的方法。该方法包括提供具有碳纳米管和溶剂的涂敷混合液，并将涂敷混合液应用在基材上以形成一种预定图案，从印在基材上的涂敷混合物中去除溶剂而将固结碳纳米管的有图案膜留在基材上，再使用粘合剂浸渍碳纳米管膜。本专利技术的其它具体实施方案和优点在下面的说明书部分中描述，而部分具体实施方案和优点从该描述中是显而易见的或可以从本专利技术的实施中得悉。附图说明图1示出了本专利技术一个具体实施方案(实施例1)的碳纳米管膜形成图案的方法的工艺步骤。图2示出了本专利技术的另外一个具体实施方案(实施例2)的碳纳米管膜形成图案的方法的工艺步骤。图3示出了本专利技术的另外一个具体实施方案(实施例3)的碳纳米管膜形成图案的方法的工艺步骤。图4示出了本专利技术的另外一个具体实施方案(实施例4)的碳纳米管膜形成图案的方法的工艺步骤。具体实施例方式正如此处的具体体现和广泛描述的那样，本专利技术涉及制品和使碳纳米管涂层形成图案的方法，具体地，涉及由这些方法制备的碳纳米管布线。在本专利技术中，使用了上述形成碳纳米管膜的方法的独特性质。即，在基材上固结的碳纳米管在没有任何其它组分如粘合剂的情况下仍具有很强与基材表面的粘结力。因此，装置半成品即具有固结碳纳米管的基材与很多现有的装置加工技术相容。然而，粘结力太弱以至被中等强度的干扰而断裂。此外，在基材上固结的碳纳米管具有大量开气孔的网状结构。因此，具有足够低粘度以至渗入开气孔的材料可以应用到基材上，以便固结碳纳米管的开气孔中填入这些材料。树脂应用之前，的在这些基材上的固结碳纳米管的微观观察表明网络结构是以碳纳米绳的形成为基础并且由这些绳形成网状结构的框架。该结构提供低电阻并同时提供高透光率，这因为这些绳组成的框架可以承担大多数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管布线，包括：基材；和位于所述基材上并包含碳纳米管的有图案的布线线路或电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ阿瑟，PJ格拉特考斯基，
申请(专利权)人：艾考斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]