器件的图案形成制造技术

一种用于形成有机或部分有机开关器件的方法，包括：通过溶液处理和直接印刷来沉积导电层，半导体层，绝缘层，或表面改性层；并且通过暴露于聚焦激光束来定义这些层的高分辨率图案。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及设备例如有机电子器件和用于形成这种器件的方法。半导体共扼(conjugate)聚合物薄膜晶体管(TFT)最近变得有兴趣应用于集成在塑料衬底上的便宜的逻辑电路(C.Drury等人，APL 73，108(1998))以及高分辨率有效矩阵显示器中的光电子集成器件和像素晶体管开关(H.Sirringhaus等人，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur等人，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))中。在使用聚合半导体和无机金属电极和栅极绝缘层的测试器件配置中，高性能TFT已经说明。高达0.1cm2/Vs的载流子迁移率和106-108的开关电流比已经达到，这可与非晶硅TFT的性能相比较(H.Sirringhaus等人，Advances in Solid State Physics，39，101(1999))。聚合半导体的优点之一在于它们适用于简单且低成本的溶解处理。但是，全聚合物FFT器件和集成电路的制造要求能够形成聚合物导体，半导体和绝缘体的横移模式。各种图案形成技术例如照相平版印刷术(WO 99/10939 A2)，丝网印刷(Z.Bao等人，Chem.Mat.9，1299(1997))，软平版冲压(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))和微模塑法(J.A.Roger，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))以及直接喷墨印刷(H.Sirringhaus等人，UK 0009911.9)已经说明。许多直接印刷技术不能提供定义TFT的源极和漏极所要求的图案形成分辨率。为了获得足够的驱动电流和开关速度，低于10μm的沟道长度被要求。在喷墨印刷的情况下，可达到的分辨率由改变喷嘴处的喷射方向而引起的小滴飞行方向的偶然变异和由衬底上小滴的不受控喷散限制为20-50μm。分辨率限制通过在预先形成图案的衬底上印刷来满足，该衬底包含不同表面自由能的区域(H.Sirringhaus等人，UK 0009915.0)。当导电聚合物的基于水的墨滴印刷到衬底上时，该衬底包含排斥、憎水的表面结构的狭窄区域，小滴的喷散可以被限制并且沟道长度仅为5μm的晶体管沟道可以被定义，而没有源极和漏极之间的意外短路。憎水隔板可以以几种方法来定义，例如通过憎水聚合物的照相平版印刷，或者通过自组合单分子层的软平版冲压。本专利技术的实施方案涉及一种用于定义晶体管器件的电活化聚合物图案可以通过直接激光成像技术以微米分辨率印刷的方法。本方法基于扫描一系列聚焦在衬底上的激光光束。聚焦的光点引起电活化聚合物层或表面改性模板层的性质的局部变化。在这里说明几种方法，通过这些方法，这种局部变化用来产生电活化聚合物的高分辨率图案。在本专利技术的优选实施方案中，激光具有红外波长，并且引起局部热效应。作为选择，光可以是可见光或紫外波长，当吸收光子时，其引起化学结构的局部变化或分子的局部激活。当将要形成图案的薄膜的陡沿清晰度或小的光诱导的降解是必需的时候，红外光特别有用。另一方面，当要求高的空间分辨率接近相当于光波长的衍射极限时，可见光或紫外光特别有用。计算机印版(computer-to-plate，CTP)成像技术在制版印刷工业中使用，以产生胶印的印刷版。印刷版由铝或聚酯制成，并且涂敷有适当的光敏层。它们需要用排斥墨水的亲水非图像表面区域和吸收墨水的亲油图像区域来制备。在压锻时，亲水区域用基于水的喷水溶液弄湿。在典型的预压榨版上成像机中，板涂层使用一系列激光点来曝光。早期的CTP系统使用紫外光和可见光，近年来，使用红外激光点阵列(普通波长为830nm或1046nm)的热成像已经变得普遍，因为它更好的图像清晰度和减少的自然光和室内灯暴露的敏感性。几种技术用来将像图转换成光敏涂层。大多数基于可见光和紫外光的系统基于传统的卤化银显影。热成像基于光敏聚合物化学结构的热引起的改变，其使得图像在随后的碱性溶液定影液中显影。一个实例是Kodak彩色图像的热敏印刷版/830。热敏版的典型敏感度大约为100-150mJ/cm2，其在曝光过程中转化为超过650℃的衬底温度。无后处理版基于薄涂层例如亲油银层的消融/蒸发。无后处理版不需要随后的化学显影，但是典型地需要甚至更高的曝光温度。一个实例是Agfa的Mistral版。直接激光成像的版上成像机(platesetter)包括单独控制的激光二极管5，5’，5”的线性阵列，它们连接到光纤25并且聚焦到使用焦阑(telecentric)透镜系统4的印刷版的表面上(附图说明图10(a))。作为选择，连接到圆柱型透镜组4和空间光调制器24的未聚焦激光源5，例如数字镜设备的阵列或液晶阵列可以被使用。与致偏板连接的二维空间光调制器可以用来增强印刷速度(US 6208369)。直接激光成像广泛用于产生在报纸上印刷的印刷版。从上面的描述显然，热敏印刷技术直接应用于光活性晶体管电路的制造是不可能的。在热成像器中使用的曝光温度不能与聚合物晶体管电路的制造相容。大多数聚合物材料如果加热到高于250-300℃的温度则极大地降解。而且，在电活化电路的情况下，将形成图案的层形成电路的一部分，并且光束聚焦于其上的衬底可能已经包含沉积在其上的几层电活化聚合物材料。相反，印刷版是将转移到最终衬底上的墨水/墨粉的中间承运者，并且在印刷版上形成图案的牺牲层其自身不会变成最终图像的一部分。如下面讨论的，这些重要的差别利用制造有源电子电路的严格温度，稳定性和厚度需求，这比制造印制板具有更大的挑战。本专利技术及其优选方面在附随的权利要求书中陈述。本专利技术现在将通过实例参考附随附图来描述，其中图1显示通过使用光吸收层而热引起的溶解度变化来直接布线电活化聚合物图案的原理图。图2显示不使用光吸收层通过光诱导的溶解度变化来聚合物形成图案的原理图。图3显示通过光诱导的溶解度变化来对表面改性层形成图案，继之电活化聚合物的直接印刷的原理图。图4显示完成印刷的聚合物TFT器件的原理图。图5显示表面改性层的光诱导的解吸，继之电活化聚合物的直接印刷的原理图。图6显示光促进的表面化学反应，继之电活化聚合物的直接印刷的原理图。图7显示光诱导的厚度变化，继之自组合单分子层的选择性沉积和电活化聚合物的直接印刷的原理图。图8显示表面改性层的光诱导的转移，继之电活化聚合物的直接印刷的原理图。图9显示衬底在激光下的扫描移动以产生图案的原理图。图10显示发源于一系列单个激光二极管(a)或单个激光源(b)的一系列激光点的原理图。图11显示大型弹性衬底在激光点阵列下移动的卷到卷形成图案的原理图。图12说明通过热敏印刷而形成的表面能图案的细微特征定义和通过(a)使用不间断线和(b)使用互连线的中断来直接印刷而形成的粗糙图案形成的组合。图13显示具有从平行表面能隔板的单个阵列高分辨率定义的通道的晶体管的有效矩阵阵列。图14显示使用表面改性层来提供通过喷墨蚀刻制造小的通孔的限制的原理图。图15显示通过光检测移动衬底下的对准标记来对准衬底，以及使得绝对位置通过仅在X方向上移动来确定的对准标记设计的原理图。图16显示对于一定范围的焦点高度，激光成像的聚酰亚胺线宽的试验数据，并且比较水平和垂直印刷的线的宽度。除了一个数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在衬底上形成电器件的方法，其中该电器件包括至少一个形成图案的层，该方法包括选择性地将衬底上的材料暴露于光束，以便改变层的物理性质，并且引起层的图案形成。

【技术特征摘要】
GB 2001-5-23 0112611.9;GB 2001-7-2 0116174.41.一种用于在衬底上形成电器件的方法，其中该电器件包括至少一个形成图案的层，该方法包括选择性地将衬底上的材料暴露于光束，以便改变层的物理性质，并且引起层的图案形成。2.权利要求1的方法，其中所述形成图案的层包括有机材料。3.权利要求1或2的方法，其中该方法包括选择性地将衬底上的有机材料的第一层暴露于光束，以便改变暴露于光束的区域中的该层的溶解度参数。4.权利要求3的方法，其中第一层的溶解度参数被改变，使得材料不可溶解于在曝光之前可以溶解于其中的溶剂中。5.权利要求4的方法，包括清洗材料的第一层，以便清除没有暴露于光束的区域中的第一层的材料的步骤。6.权利要求3～5的任何一个的方法，其中溶解度参数的改变包括引起层的材料的相位分隔和/或第一层的材料的交联。7.权利要求1和2的任何一个的方法，其中该方法包括选择性地将衬底上的材料的第一层暴露于光束，以便改变暴露于光束的区域中的第一层的材料的表面自由能。8.权利要求7的方法，其中在暴露于光束之后，第一层从局部区域中的衬底上清除，以便暴露下面衬底的表面。9.权利要求7或8的方法，包括将有机材料的第二层沉积到第一层上，第二层从溶剂中的溶液沉积，使得材料的第二层的沉积的图案受材料的第一层的改变的表面自由能的区域所影响。10.权利要求9的方法，其中选择第二层的材料从其沉积的溶剂，使得第二层的材料禁止沉积在材料的第一层的改变的表面自由能的区域中。11.权利要求10的方法，其中选择第二层的材料从其沉积的溶剂，使得第二层的材料禁止沉积在材料的第一层中表面自由能没有被光束改变的区域中。12.权利要求1和2的任何一个的方法，其中该方法包括选择性地将衬底上的材料的第一层暴露于光束，以便清除暴露于光束的区域中的第一层的材料。13.权利要求12的方法，其中第一层的材料在暴露于光束的区域中解吸和/或蒸发。14.权利要求1和2的任何一个的方法，其中该方法包括使衬底上的材料的第一层与反应介质相接触，并且选择性地将材料的第一层暴露于光束，以便促进暴露于光束的区域中第一层的材料与反应介质之间的化学反应。15.权利要求14的方法，其中反应介质包含在第一层中。16.权利要求14的方法，包括将气态或液态的反应介质施加到第一层的表面的步骤。17.权利要求14～16的任何一个的方法，其中化学反应是这样的，以至于改变暴露于光束的区域中的第一层的材料的溶解度和/或表面自由能和/或电性能。18.权利要求1和2的任何一个的方法，其中该方法包括选择性地将衬底上的材料的第一层暴露于光束，以便改变暴露于光束的区域中的该层的体积。19.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束是聚焦光束。20.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束是这样的，以至于引起暴露于光束的区域中的第一层的局部加热。21.权利要求20的方法，其中暴露于光束的区域中的衬底的局部温度在暴露于光束的过程中不超过350℃。22.权利要求20的方法，其中暴露于光束的区域中的衬底的局部温度在暴露于光束的过程中不超过200℃。23.权利要求20的方法，其中暴露于光束的区域中的衬底的局部温度在暴露于光束的过程中不超过120℃。24.前面的权利要求的任何一个的方法，其中第一层的厚度小于1μm。25.权利要求1～24的任何一个的方法，其中第一层形成电器件的导电电极。26.权利要求1～24的任何一个的方法，其中第一层形成电器件的半导体层。27.权利要求1～24的任何一个的方法，其中第一层形成电器件的绝缘层。28.权利要求1～24的任何一个的方法，其中第一层形成电器件的表面改性层。29.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束具有小于10μm的宽度。30.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束具有小于1μm的宽度。31.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束是激光束。32.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束是红外光的光束。33.权利要求1～31的任何一个的方法，其中光束属于可见光。34.权利要求1～31的任何一个的方法，其中光束属于紫外光。35.任何一个前面的权利要求的方法，包括跨越第一层来移动光束，以执行所述选择性的暴露并定义期望的图案。36.任何一个前面的权利要求的方法，其中光束是偏振光的光束。37.权利要求36的方法，其中第一层暴露于光束引起第一层的材料的光对准。38.权利要求37的方法，其中第一层的材料的光对准与第一层的图案形成同时。39.权利要求36～38的方法，包括沉积第二有机层，该第二有机层获得与光对准的层相接触的对准分子结构。40.权利要求39的方法，其中第二有机层是液晶共扼聚合物层。41.任何一个前面的权利要求的方法，其中第一层是电器件的所述形成图案的层。42.权利要求41的方法，其中第一层是电器件的活性层。43.权利要求1～8或12～42的任何一个的方法，包括在第一层上沉积有机材料的第二层，使得第二层的沉积的图案受第一层的图案形成所影响。44.权利要求9～11或43的任何一个的方法，其中第二层是电器件的所述形成图案的层。45.权利要求44的方法，其中第二层是电器件的活性层。46.权利要求1～8或12～42的任何一个的方法，包括将第二衬底上的材料的层暴露于聚焦光束，以便引起材料的层的图案到第一衬底上的转移。47.权利要求46的方法，其中第二衬底上的材料的层是电器件的所述形成图案的层。48.权利要求47的方法，其中第二衬底上的材料的层是电器件的活性层。49.权利要求47的方法，其中材料的层是表面改性层。50.任何一个前面的权利要求的方法，其中电器件是电子开关器件。51.任何一个前面的权利要求的方法，其中电器件是薄膜晶体管器件。52.前面的权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：翰宁瑟令豪斯，保罗A蔡恩，
申请(专利权)人：造型逻辑有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]