基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，利用脉冲激光在刻蚀过程中的光热效应累积，通过脉冲激光刻蚀导电层形成绝缘沟道，同时脉冲激光束附近产生的光热效应破坏沟道两侧的疏液层从而降低其疏液效果，形成热影响区。当将可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在基底上时，热影响区的存在保证了溶液可以润湿并完全覆盖激光刻蚀产生的沟道。最后经过沉积形成的晶膜可以横向跨越沟道两侧，形成横向结构的双电极器件。根据本发明专利技术的制备方法无需分别进行活性材料以及电极材料的阵列化制备，仅通过激光刻蚀一种图案化过程即可完成，实现大面积、高通量、阵列化横向结构双电极器件的制备。结构双电极器件的制备。结构双电极器件的制备。

【技术实现步骤摘要】
基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件阵列的制备
，尤其涉及一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法。

技术介绍

[0002]横向结构双电极器件阵列的制备技术包含活性材料以及电极材料的阵列化工艺，这两种工艺的最小加工精度限制了独立可寻址器件阵列的单元面积。现有的阵列化加工技术主要包括：激光刻蚀、聚焦离子束刻蚀、光刻等自上而下的刻蚀方法；喷墨打印、纳米压印等自下而上的生长方法，以及基于掩膜式和空间物理限制的蒸镀、测控溅射、气相沉积等方法。这些微纳加工方法能够制备独立可寻址的器件阵列，实现器件的微型化、柔性化、阵列化发展。
[0003]光刻技术具有绝佳的加工精度，是当前微型化、阵列化器件的高端制备技术，但该技术中，普遍使用的光刻胶、显影液等有机试剂对活性材料的兼容性较差，并且设备昂贵、加工工序复杂等缺点限制了其商业化应用。此外，基于空间物理限制的热蒸镀、磁控溅射、气相沉积等技术往往需要定制掩膜版，其加工精度收到限制，且工艺周期较长。因此，迫切需要一种低成本、高效率的阵列制备技术来推动电极器件的微型化、阵列化进程。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施方式提供一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，以至少解决相关技术中存在的问题之一。为实现该目的，本专利技术通过以下技术方案实现。
[0005]本专利技术实施方式提供一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，包括：
[0006]步骤1：提供具有导电层的基底，在所述导电层上形成疏液层；
[0007]步骤2：使用脉冲激光刻蚀所述基底，其中利用所述脉冲激光的光斑中心的能量刻蚀所述疏液层和所述导电层形成分裂环状第一沟道阵列，利用所述脉冲激光的光热效应破坏第一沟道两侧的疏液层形成热影响区，所述第一沟道和横跨所述第一沟道的所述热影响区共同构成分裂环状阵列结构的亲液图案；
[0008]步骤3：将配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在所述基底上，所述溶液在所述基底上发生选择性浸润，定向沉积在所述分裂环状阵列结构的亲液图案上形成晶膜；
[0009]步骤4：使用脉冲激光对所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环进行第二次刻蚀，从而形成分裂环图案内部和外部相互绝缘的双电极，所述双电极之间的间距为所述第一沟道的宽度。
[0010]进一步的，在形成所述疏液层之前还包括：在所述导电层上形成亲液基团。
[0011]进一步的，所述基底包括：玻璃、硅片、柔性聚合物。
[0012]进一步的，所述导电层包括：ITO层、氧化物镀层(例如FTO镀层)、MXene镀层以及Au、Ag、Cu、Pt、Al等金属镀层。
[0013]进一步的，步骤4中使用脉冲激光对所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环进行第二次刻蚀包括：使用脉冲激光刻蚀所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环的缺口处的疏液层和导电层形成第二沟道，所述第二沟道填补分裂环图案的缺口，从而形成所述分裂环图案内部和外部相互绝缘的双电极。将分裂环的缺口封住，使得分裂环图案的内部和外部形成相互隔离的电极，这种情况下可以使用微探针接触电极与外电源连接。
[0014]或者，步骤4中使用脉冲激光对所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环进行第二次刻蚀包括：使用脉冲激光在所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环的缺口两侧的区域刻蚀所述疏液层和所述导电层形成第三沟道和第四沟道，所述第三沟道和第四沟道分别与所述第一沟道相连接并适当延伸，从而形成分裂环图案内部和外部相互绝缘的双电极。例如第三沟道和第四沟道分别与第一沟道相连接并延伸至基底边缘，相当于将分裂环的缺口位置延伸到基底边缘，这种情况下可以使用夹具接触电极与外电源连接。
[0015]进一步的，所述热影响区的宽度大于所第一沟道的宽度。
[0016]进一步的，所述分裂环状第一沟道的结构包括：圆形环、三角形环、四边形环等环形图形，尺寸在5μm
‑
500μm之间，环宽为1
‑
50μm，且所述环形图形存在缺口，所述缺口的尺寸最小为1μm，最大为多边形环的边长或圆形环的直径。
[0017]进一步的，所述可通过溶液法生长晶体的溶液包括钙钛矿前驱体溶液，所述晶膜为钙钛矿晶膜。
[0018]进一步的，所述双电极器件包括光电探测器件，所述钙钛矿晶膜为所述光电探测器件的光电材料层。
[0019]进一步的，所述脉冲激光包括波长可为紫外、绿光、蓝光、红外的纳秒脉冲激光、皮秒脉冲激光和飞秒脉冲激光。
[0020]本专利技术实施方式具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术实施方式提供一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，巧妙的利用脉冲激光在刻蚀过程中产生的光热效应累积，将热影响区范围大于刻蚀区的特性与表面张力限制的液滴阵列技术相结合，通过脉冲激光刻蚀导电层形成绝缘沟道，同时脉冲激光束附近产生的光热效应破坏沟道两侧的疏液层从而降低其疏液效果，形成热影响区。当将可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在基底上时，热影响区的存在保证了溶液可以润湿并完全覆盖激光刻蚀产生的沟道。最后经过沉积形成的晶膜可以横向跨越沟道两侧，形成横向结构的双电极器件。
[0022](2)根据本专利技术实施方式的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，可同时在在基底表面进行亲疏液图案化修饰以及电极图案化处理，极大的降低了生产成本和工艺步骤，解决了两次图案化工艺的精度偏差与活性材料的损伤和消耗问题，为制备横向结构的双电极器件提供新思路。
[0023](3)在晶膜阵列的制备上，利用分裂环图案增强溶液(前驱体液)在基底表面的去润湿过程，从而辅助微液滴在特定结构上的定向传输，进而通过蒸发结晶等方式实现高致密度的晶膜阵列的沉积。
[0024](4)根据本专利技术实施方式的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法制备的横向结构双电极器件，两电极之间的间距仅仅是激光刻蚀沟道的宽度，使双电极器件在分裂环图案的内部与外部进行电荷的传输与转移，这使得活性材料上的电流传输距离
大大缩短，从而充分发挥活性材料层(晶膜)的利用率，提升光电转换效率，有效节省了阵列化器件单元的最小面积，有利于器件微型化。
[0025](5)根据本专利技术实施方式的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，与传统的光刻、掩膜式蒸镀等图案化方法相比，极大地减少了工艺步骤和成本，并且过程中无需掩膜、剥离、倒模、转移等工艺，可以实现大面积、高通量、阵列化横向结构双电极器件的制备。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为本专利技术实施方式的导电基底表面的疏液处理示意图；
[0028]图2为本专利技术实施方式的激光作用于基底表面的刻蚀机制示意图；
[0029]图3为本专利技术实施方式的不同功率的纳秒紫外脉冲激光对POTS疏液处理的ITO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：提供具有导电层的基底，在所述导电层上形成疏液层；步骤2：使用脉冲激光刻蚀所述基底，其中利用所述脉冲激光的光斑中心的能量刻蚀所述疏液层和所述导电层形成分裂环状第一沟道阵列，利用所述脉冲激光的光热效应破坏第一沟道两侧的疏液层形成热影响区，所述第一沟道和横跨所述第一沟道的所述热影响区共同构成分裂环状阵列结构的亲液图案；步骤3：将配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在所述基底上，所述溶液在所述基底上发生选择性浸润，定向沉积在所述分裂环状阵列结构的亲液图案上形成晶膜；步骤4：使用脉冲激光对所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环进行第二次刻蚀，从而形成分裂环图案内部和外部相互绝缘的双电极，所述双电极之间的间距为所述第一沟道的宽度。2.根据权利要求1所述的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，其特征在于，在形成所述疏液层之前还包括：在所述导电层上形成亲液基团。3.根据权利要求1所述的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，其特征在于，所述基底包括：玻璃、硅片、柔性聚合物；所述导电层包括：ITO层、氧化物镀层、MXene镀层以及Au、Ag、Cu、Pt、Al金属镀层。4.根据权利要求1所述的基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中使用脉冲激光对所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环进行第二次刻蚀包括：使用脉冲激光刻蚀所述分裂环状阵列结构中的每个分裂环的缺口处的疏液层和导电层形成第二沟道，所述第二沟道填补分裂环图案的缺口，从而形成所述分裂环图案内部和外部相互绝缘的双电极。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫金波，石博日，王萍阳，薛厂，张萌颖，温维佳，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：