柔性电子器件及其制备方法技术

本申请提供了柔性电子器件及其制备方法。柔性电子器件包括：柔性基底，所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔；以及电子器件，位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准，其中，所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。该柔性电子器件实现带空腔或通孔的柔性基底和电子器件的稳固连接。

Flexible electronic devices and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
柔性电子器件及其制备方法
本申请一般地涉及半导体
，更具体地，柔性电子器件及其制备方法。
技术介绍
传统的电子器件无论是元器件还是连接导体均制造在刚性电路板上，刚性基底虽然能够很好地保护电子器件不受损伤，但限制了电子器件向适应性和便携性的发展。柔性电子器件是一种将无机或有机电子器件制造在柔性载体(也成为柔性基板)上的，可变形或可弯曲的电子装置。它不仅保留传统硅晶电子设备的电学性能，还加入了柔性基底的延展性，使得器件在拉、压、弯、扭等变形下依然能保持良好的性能。柔性电子器件具有重量轻、可伸展、可挠曲、可适应复杂起伏表面、携带方便等特点。基于柔性电子工艺设计和制造的传感器和执行器等电子器件的适用范围相比传统电子器件将显著扩大，这些新型电子器件在消费电子、生物医疗、信息通信、航空航天、军事国防等领域有重要作用。在柔性电子器件中，柔性微机电系统(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)器件是重要的一个分支。柔性MEMS具有功耗低、性能可靠、生物相容性好等特点，已经被广泛应用到医疗领域中。实现电子器件柔性化的一种一般方法是直接利用柔性材料制作柔性电子器件。这种方法的优点是工艺简单便利，但由于柔性功能材料的介电系数、压电系数等较小，因此器件性能并不理想。实现电子器件柔性化的另一种一般方法是在一层柔性基底，例如二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(parylene)、等高分子聚合物上直接制造电子器件。这样的方法虽然简化了制造流程，但传统电子设备采用的材料，如硅、金属等，与高分子有机物之间很难形成稳固连接，且硅基电子工艺的加工设备和方法并不完全适用于柔性材料的加工。尽管如此，采用以上两种方法所制造出的柔性电子器件在适用范围上仍受较大限制。这是因为对于更高性能的柔性设备而言，其对制造条件的要求也更高。器件的性能保证是实现高性能柔性设备的必要条件之一，因此必须优先满足。为了评估器件性能，通常引入品质因数Q值和机电耦合系数Kt。品质因数Q值反映器件内部阻尼性质，即声损耗大小，其值越大声损耗越小，声损耗主要与压电材料种类有关，Q值一般在10～2000范围内；机电耦合系数Kt则描述器件整体的机电能量转换效率，其值越大器件性能就越好，主要与压电材料的压电系数有关，比较典型的Kt值在0.2％～20％之间。以高性能FBAR(FilmBulkAcousticResonator，薄膜体声波谐振器)为例，其制造过程涉及压电材料的选取、各层成膜条件控制等。按照上述要求，应尽量选择压电系数合适且声损耗较小的压电材料用于制造压电层。除此之外，在压电层成膜时还应严格控制沉积条件如提供晶向引导的种子层取向、沉积温度等，以便获得具有高晶体质量的压电薄膜。以上所述内容需要在特定工艺环境下完成，而柔性衬底往往与该类型工艺不兼容。综上，如何在保证电子器件与柔性基底稳固连接的基础上制作高性能的电子器件，特别是高性能的MEMS器件成为本领域技术人员亟待解决的一个技术难题。
技术实现思路
本申请针对现有技术中所存在的等缺陷，提供了能够解决上述问题的柔性电子器件及其制备方法。针对高性能柔性电子器件的制造，本申请利用的一种可行做法是用传统CMOS工艺将高性能器件单独制造出来，然后再使之与柔性衬底结合，并由此获得高性能柔性电子器件。根据本专利技术的一方面，提供了一种柔性电子器件，包括：柔性基底，所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔；以及电子器件，位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准，其中，所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。优选地，所述电子器件为第一电容器的上极板，其中，当所述电子器件为第一电容器的上极板时，所述第一电容器的下极板设置在所述空腔或通孔的底面上；或者所述电子器件为第二电容器，其中，所述第二电容器包括间隔开的上极板和下极板。优选地，柔性电子器件，其特征在于包括粘附层，所述粘附层设置在所述柔性基底与所述电子器件之间以将所述电子器件粘附至所述柔性基底。优选地，所述电子器件包括声波谐振器，所述声波谐振器包括：上电极、下电极以及介于所述上电极和所述下电极之间的压电层。优选地，所述压电层为压电薄膜，所述压电薄膜的材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。优选地，所述声波谐振器的机电耦合系数Kt大于3％，或其品质因数Q大于800。优选地，柔性电子器件包括覆盖层，设置在所述柔性基底以及所述电子器件上方，其中，所述覆盖层具有露出所述电子器件的工作区域的开口。优选地，所述电子器件包括超声波换能器，其中，所述超声波换能器包括顶电极、压电层和底电极。优选地，所述压电层为压电薄膜，材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。优选地，柔性电子器件还包括：保护层，设置在所述覆盖层以及所述开口上方以保护所述电子器件，其中，所述覆盖层用于支撑所述保护层以避免所述保护层与所述电子器件直接接触。优选地，所述柔性基底包括聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、和各种含氟聚合物(FEP)。优选地，所述空腔或通孔的横截面形状包括圆形、三角形、多边形或其任意组合。优选地，所述粘附层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。优选地，所述覆盖层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。优选地，所述保护层包括聚酰亚胺。根据本专利技术的另一方面，提供了一种柔性电子器件的制备方法，包括以下步骤：提供柔性基底和电子器件；在所述柔性基底中形成开口向上的空腔或通孔；以及将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准，其中，所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。优选地，在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前，在所述空腔或通孔的底面上形成第一电容器的下极板，并且所述电子器件为所述第一电容器的上极板。优选地，柔性电子器件的制备方法包括以下步骤：在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前，在具有所述空腔或通孔的柔性基底上方设置粘附层，以将所述电子器件的非工作区域粘附至所述柔性基底。优选地，其特征在于，在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之后，将覆盖层设置在所述柔性基底和所述电子器件上方；以及去除覆盖层的位于所述电子器件的工作区域上方的部分以形成开口。优选地，在所述覆盖层和所述开口上方形成保护层以保护所述电子器件并且避免所述保护层与所述电子器件直接接触。优选地，提供所述电子器件进一步包括：在硅衬底上制造所述电子器件；以及将所述电子器件转移至柔性基底。优选地，所述电子器件包括第二电容器、所述声波谐振器和超声波换能器。本申请所提供的柔性电子器件及其制备方法能够实现带空腔或通孔的柔性基底和电子器件的稳固连接。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电子器件，其特征在于，包括：柔性基底，所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔；以及电子器件，位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准，其中，所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电子器件，其特征在于，包括：柔性基底，所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔；以及电子器件，位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准，其中，所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。2.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述电子器件为第一电容器的上极板，其中，当所述电子器件为第一电容器的上极板时，所述第一电容器的下极板设置在所述空腔或通孔的底面上；或者所述电子器件为第二电容器，其中，所述第二电容器包括间隔开的上极板和下极板。3.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，包括粘附层，所述粘附层设置在所述柔性基底与所述电子器件之间以将所述电子器件粘附至所述柔性基底。4.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述电子器件包括声波谐振器，所述声波谐振器包括：上电极、下电极以及介于所述上电极和所述下电极之间的压电层。5.根据权利要求4所述的柔性电子器件，其特征在于，所述压电层为压电薄膜，所述压电薄膜的材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。6.根据权利要求4所述的柔性电子器件，其特征在于，所述声波谐振器的机电耦合系数Kt大于3％，或其品质因数Q大于800。7.根据权利要求1-3中的任一项所述的柔性电子器件，其特征在于，包括覆盖层，设置在所述柔性基底以及所述电子器件上方，其中，所述覆盖层具有露出所述电子器件的工作区域的开口。8.根据权利要求7所述的柔性电子器件，其特征在于，所述电子器件包括超声波换能器、微型扬声器或微型麦克风，其中，所述超声波换能器微型扬声器或微型麦克风包括顶电极、压电层和底电极。9.根据权利要求8所述的柔性电子器件，其特征在于，所述压电层为压电薄膜，所述压电薄膜的材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。10.根据权利要求7所述的柔性电子器件，其特征在于，还包括：保护层，设置在所述覆盖层以及所述开口上方以保护所述电子器件，其中，所述覆盖层用于支撑所述保护层以避免所述保护层与所述电子器件直接接触。11.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性基底包括聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，江源，庞慰，原毅，张林，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12