聚合物设备的固态压花制造技术

一种用于形成有机或部分有机开关设备的方法，包括：通过溶液处理和直接印刷，沉积导电、半导电层和／或绝缘层；通过固态压花在多层结构中定义密纹；以及在密纹内形成开关设备。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子设备，特别是有机电子设备，以及用于形成这些设备的方法。
技术介绍
半导体共轭聚合物薄膜晶体管(TFTs)近来在集成在塑料衬底上的便宜的逻辑电路(C.Drury等，APL 73，108(1998))以及光电子集成设备以及高分辨率有效矩阵显示器中的象素晶体管开关(H.Sirringhaus等，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur等，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))的应用引起关注。在具有聚合体半导体以及无机金属电极以及栅极介质层的测试设备结构中，已经显示高性能TFTs。与非晶硅的性能相比，已经实现达到0.1cm2/Vs的电荷载流子迁移率以及106-108的开-关电流比(H.Sirringhaus等，Advances inSolid State Physics 39，101(1999))。聚合物半导体的一个优点是它们适用于简单和低成本的溶液处理。然而，所有聚合物TFT设备以及集成电路的制作需要有能力形成聚合物导体、半导体以及绝缘体的横向图形。已经演示过各种图形技术，诸如照相平版印刷(WO99/10939A2)、丝网印刷(Z.Bao等，Chem.Mat.9，1299(1997))、软平版印刷冲压(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))和微型模塑(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))，以及直接喷墨印刷(H.Sirringhaus等，UK 0009911.9)。许多直接印刷技术不能提供定义TFT的源极和漏极所需的图形分辨率。为获得足够的驱动电流和开关速度，需要低于10μm的沟道长度。在喷墨打印的情况下，通过打印在包含不同表面自由能的区域的预定图案的衬底上来克服这种分辨率问题(H.Sirringhaus等，UK0009915.0)。在US专利申请60/182,919中，说明了一种方法，该方法通过固态压花(embossing)能微切聚合物载体上的无机金属膜(N.Stutzmann等，Adv.Mat.12，557(2000))。在高温下，将包含一列尖锐、凸出的楔形物的“硬”母版(master)压入聚合物承载的金属膜中。对半晶质聚合物，诸如聚(四氟乙烯-六氟丙烯)(FEP)、聚乙烯(PE)或对苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)来说，压花温度高于聚合物的玻璃相变，但低于其熔化温度。在非晶态聚合物，诸如无规聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的情况下，使用玻璃相变附近的温度。在压花期间，母版渗入金属聚合物结构中，并且远离楔形物发生材料的塑性流动。如果压痕深度大于金属膜厚度，则生成穿过金属膜的凹槽。在剩余的区域中，保存金属聚合物层结构的完整性，因为以固态执行压花并且主要横向发生塑性流动。
技术实现思路
根据本专利技术，提供如附后的权利要求所述的方法和设备。具体来说，根据本专利技术的一个方面，提供用于在多层结构中形成电子设备的方法，该多层结构包含至少第一层和第二层，该方法包括迫使切削工具的微切突起进入多层结构以便使该突起微切(microcut)通过第一层。本专利技术的其他方面包括通过上述或其他方法形成的设备，以及包括一个或多个这种设备的集成电路、逻辑电路、显示电路和/或存储设备电路。最好所述设备形成在公共的衬底上。最好，所述设备形成在有机材料的公共层中。本专利技术的优选方面涉及可将固态压花用于制作聚合物晶体管设备以及电路的方法。附图说明现在将通过例子，参考附图来描述本专利技术。图1是固态压花和微切方法的一个实施例的示意图；图2表示在不同聚合物载体上的微切PEDOT膜的环境扫描电子显微术图象(A/B在3μm PMMA上的800 PEDOT；C/D在3μmPVP上的800 PEDOT)。亮的区域是用PEDOT覆盖的区域；图3是可能的源-漏极结构的示意性顶视图，以便通过将直接印刷与固态压花结合来制作离散TFT设备的规则阵列。对集成电路制作来说，可通过直接印刷来限定任何两个TFT设备间的互连，如用虚线所示；图4表示用于通过将固态压花和直接印刷结合起来制作顶栅(top-gate)聚合物TFT的顺序过程的示意图；图5表示用于通过固态压花制作纵向聚合物TFT的可能的过程顺序；图6示例说明用于通过将固态压花和选择的表面饰变结合起来制作用于聚合物TFTs的自定位栅极的方法；图7表示用于准备能用来通过直接喷墨印刷制作窄导电互连线以及电极的表面自由能图形的另一方法；图8示例说明通过固态压花制作通孔互连；图9表示用于制作纵向晶体管和具有三层压花金/1μmPVP/金的完整晶体管的照片的多层结构的另外的示意图；图10表示利用作为源-漏极的电极E2和E3测量的纵向、压花聚合物晶体管的输出和传输特性；图11表示利用作为源-漏极的电极E2和E4来测量的平面、压花聚合物晶体管的输出和传输特性；图12表示用来在卷到卷(reel-to-reel)过程中压花连续、柔性衬底的圆柱形微切工具；图13表示在同样也形成光波导结构的纵向侧壁上制成的发光二极管设备；图14表示具有提供电子和空穴注入发光半导体材料中的n型和p型晶体管沟道的电驱动的激光设备； 图15表示具有形成在微切凹槽中的横向p-n结的设备；图16通过结合多个包括相同或不同花纹结构的微切工具，能容易地制作诸如平面(图16a)，但也可以是圆柱形(图16b)的大面积微切工具。替换地，也可通过弯曲例如，包含足够柔软的凸缘的薄片来制作圆柱形微切工具(图16c)。具体实施例方式第一个例子示例说明将固态压花应用于微切导电聚合物薄膜。图1表示固态压花在厚的、平滑的绝缘聚合物载体诸如PMMA、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)或聚酰亚胺(PI)顶部的PEDOT/PSS薄膜的示意图。通过分别从15-30％重量百分比的溶液在丙烯二醇甲基醚乙酸酯(PVP)和环戊酮(PMMA)中进行旋涂以产生2-3lμm的膜厚度来将绝缘聚合物膜沉积在7059玻璃衬底上。在沉积PEDOT前，通过O2等离子处理，亲水性地炼制绝缘聚合物的表面，以便增加PEDOT膜的附着力。然后由喷水雾旋涂PEDOT/PSS(来自拜尔公司的Baytron P)的800厚的膜。利用约1kg/mm2的负载，在150℃(PVP)、100℃(PS)、105℃(PMMA)条件下执行压花60分钟。也已经示出了其他工艺条件以得出满意的结果。接着，在去除压力和母版之前，将样本冷却到室温。在根据本专利技术的方法中最关键的在于，在微观结构方法中，聚合物衬底3处于固态。因此，对非晶态聚合物而言，在玻璃相变温度Tg附近执行该方法。后一温度通常是公知的并且可在例如PolymerHandbook(Eds.，J.Brandrup，H.Immergut，E.A.Grulke，JohnWiley&Sons.，New York，1999)中找到，或可根据标准的热分析方法很容易地确定。最好，根据本专利技术的微结构方法在从低于Tg约50℃到高于Tg约50℃，更好是从低于该相变温度约40℃到高于该相变温度约40℃的温度范围内执行。最优选的温度范围是从低于Tg约25℃到高于Tg约25℃。对半晶质聚合物而言，根据本专利技术的微结构方法在约为玻璃相变温度Tg本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以多层结构形成电子设备的方法，该多层结构至少包括第一层和第二层，该方法包括迫使切割工具的微切突起进入该多层结构中以便导致该突起微切过第一层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2000-10-4 0024294.11.一种用于以多层结构形成电子设备的方法，该多层结构至少包括第一层和第二层，该方法包括迫使切割工具的微切突起进入该多层结构中以便导致该突起微切过第一层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于微切突起微切过第一层并进入第二层。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于第一和第二层具有不同的电特性。4.如权利要求1至3中任何一个所述的方法，其特征在于在形成至少一层的材料处于其固态的同时执行迫使步骤。5.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于突起具有至少一个其曲率半径小于100nm的边缘。6.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于突起具有至少一个其曲率半径小于10nm的边缘7.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于突起的深度小于10微米。8.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于突起的深度小于1微米。9.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在与各层平行的至少一个方向中的突起的宽度小于100微米。10.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在与各层平行的至少一个方向中的突起的宽度小于10微米。11.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在与各层平行的至少一个方向中的突起的宽度小于2微米。12.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于突起是用其表面已经被处理以便减小工具和多层结构之间的摩擦系数的材料形成。13.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于微切工具或多层结构或两者在微切步骤期间与软材料接触。14.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于工具是支承突起的柔韧的薄片。15.如权利要求1-14中任何一个所述的方法，其特征在于工具在结构上翻转。16.如权利要求1-15中任何一个所述的方法，其特征在于工具基本上按线性路径在结构上翻转。17.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于切割工具具有多个微切突起。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于突起采用拉长脊的形式。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于脊是线性的。20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于脊是平行的。21.如权利要求17-20中任何一个所述的方法，其特征在于突起的深度相同。22.如权利要求17-20中任何一个所述的方法，其特征在于突起深度不同。23.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在迫使步骤期间，微切工具的温度处于多层结构温度的5℃内。24.如权利要求1-22中任何一个所述的方法，其特征在于在迫使步骤期间，微切工具的温度与多层结构温度的不同大于5℃。25.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于第一层是导电或半导电的。26.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于第二层是不导电的或半导电的。27.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于第一和第二层形成电子设备的功能上不同的部分。28.如权利要求25-27中任何一个所述的方法，其特征在于已经通过微切定义的第一层的两个分开的区域形成电子开关设备的各电极。29.如权利要求25-28中任何一个所述的方法，其特征在于已经通过微切定义的第一层的两个分开的区域形成晶体管设备的源极和漏极。30.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于多层结构在从第一层的第二层的另一面上具有另外的层，以及迫使步骤包括迫使切割工具的微切突起进入多层结构以便使突起微切过第一层和第二层，以及切过或切入该另外的层中的至少一层。31.如权利要求30所述的方法，其特征在于第一层和另外层的至少一层是导电或半导电的。32.如权利要求31所述的方法，其特征在于微切工具切入或切过所述另外的半导电或导电层。33.如权利要求30至32中任何一个所述的方法，其特征在于第一层和所述另外的导电或半导电层形成设备的功能上不同的部件。34.如权利要求33所述的方法，其特征在于第一层和所述另外的导电或半导电层形成电子开关设备的各电极。35.如权利要求34所述的方法，其特征在于第一层和所述另外的导电或半导电层分别形成晶体管设备的源极和漏极。36.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于迫使步骤在所述结构中形成至少一个凹槽，并且该方法包括将至少一种或多种材料沉积在微切多层结构的顶部。37.如权利要求36所述的方法，其特征在于将至少一种所述材料有选择地沉积在凹槽中，或有选择地接近该凹槽，或有选择地接近并部分进入该凹槽中。38.如权利要求36所述的方法，其特征在于沉积在多层结构上的至少一种所述材料在该多层结构上或选择性地在凹槽结构上或选择性地在紧邻该凹槽的结构的至少一部分上形成保形涂层。39.如权利要求36至38中任何一个所述的方法，其特征在于通过印刷沉积至少一种所述材料。40.如权利要求36至39中任何一个所述的方法，其特征在于至少一种所述材料是半导电材料。41.如权利要求40所述的方法，其特征在于所述半导电材料是聚合物。42.如权利要求40或41所述的方法，其特征在于所述半导电材料形成电子开关设备的有源半导体层。43.如权利要求40至42中任何一个所述的方法，其特征在于安排所述半导电材料以便发射光。44.如权利要求36至43中任何一个所述的方法，其特征在于安排将至少一种材料沉积在凹槽中以便引导光。45.如权利要求36至43中任何一个所述的方法，其特征在于沉积在凹槽中的一种所述材料是导电的。46.如权利要求45所述的方法，其特征在于所述导电材料形成电子开关设备的栅极。47.如在前任何一个权利要求所述的方法，其特征在于第一层是有机的。48.如权利要求1至47中任何一个所述的方法，其特征在于第一层是金属的。49.如在前任何一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨宁西林豪斯，理查德H弗兰德，纳塔莉施图茨曼，保罗史密斯，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，苏黎士联合高等工业学校，
类型：发明
国别省市：GB[英国]