制备高分辨率特征物的方法、组合物和导电特征物技术

本发明专利技术涉及一种制备高分辨率特征物的方法、组合物和导电特征物。一种在基底上形成高分辨率特征物的方法，该方法包括：沉积含有一种物质和一种溶剂的液体组合物至基底上以形成沉积特征物，在沉积期间或沉积之后加热沉积特征物至加热的温度以形成具有中心区域和边缘区域的中间特征物，施加胶粘物质至中间特征物表面的至少一部分，以及将胶粘物质与中间特征物的中心区域的至少一部分一起移除以在基底上形成高分辨率特征物。

【技术实现步骤摘要】
制备高分辨率特征物的方法、组合物和导电特征物
本专利技术涉及一种制备高分辨率特征物(feature)的方法、组合物和导电特征物；具体而言，涉及一种在基底上形成高分辨率特征物的方法，该方法中所用的组合物以及由该方法形成的导电特征物。
技术介绍
使用液体沉积技术制备电子电路元件受到深切关注，因为该技术为传统主流非晶硅技术用于电子应用如薄膜晶体管(TFT)、发光二极管(LED)、RFID标签、光伏元件(photovoltaics)等等提供了潜在的低成本替代物。可溶液加工的导体在用于这些电子应用时引起极大关注。基于金属纳米颗粒的油墨代表了一种有前景的用于印刷电子设备的材料。然而，大部分传统印刷方法如喷墨印刷、丝网印刷、苯胺印刷不能提供极高分辨率的特征物。例如，丝网印刷一般形成宽度为100微米的线，而具有10pL喷嘴的喷墨印刷通常形成宽度不低于30微米的线。尽管可以设计特定的喷墨印刷机用于印刷非常小的液滴，但是难以实现可靠且一致的印刷结果，尤其是用基于颗粒的油墨，因为喷嘴可能会堵塞。尽管常规的照相平板印刷方法可以制备出高分辨率线条，如1至5微米，但是该方法对于低成本电子制造而言成本过高。虽然用于制备电子设备的导电元件的目前可得方法适用于其预期目的，但为得到高分辨率设备，仍然需要适于使用稳定金属油墨组合物制备导电结构的低成本方法，其导电特征物具有与常规的平板印刷方法不相上下的小于10微米的宽度。
技术实现思路
因此需要一种形成导电特征物(例如金属电极或连接器)的方法，所述特征物的宽度小于10微米，使用液体沉积方法在一种材料(如塑料基底)上进行低成本制造；这由本文所公开的主题解决。本申请解决了上述和其它问题，其中在实施方案中一种在基底上形成高分辨率特征物的方法，该方法包括：沉积含有一种物质和一种溶剂的液体组合物至基底上以形成沉积特征物，在沉积期间或沉积之后加热沉积特征物至加热的温度形成具有中心区域和边缘区域的中间特征，施用胶粘物质至中间特征物的表面的至少一部分，以及将胶粘物质与中间特征物的中心区域的至少一部分一起移除以在基底上形成高分辨率特征物。在具体的实施方案中，所述物质可以是金属纳米颗粒，并且沉积通过喷墨印刷进行。在其他实施方案中，中间特征在中心区域包含残余量的溶剂。在实施方案中，描述了一种组合物，其包括一种金属纳米颗粒、一种稳定剂、一种第一溶剂和一种第二溶剂，其中第一溶剂的沸点比第二溶剂的沸点高至少50℃并且，并且比金属纳米颗粒的最低烧结温度高至少100℃。在具体的实施方案中，大部分的稳定剂分子可以与金属纳米颗粒表面缔合，并且少部分二代稳定剂分子可在组合物中解离为游离的稳定剂。在实施方案中，描述了一种线宽度小于约10微米的位于基底上的导电特征物，其中所述特征物通过以下形成：沉积含有金属纳米颗粒、稳定剂和溶剂的液体组合物至基底上以形成图案化的沉积特征物，在沉积期间或沉积之后加热沉积特征物至加热温度以形成具有中心区域和边缘区域的中间特征物，施加胶粘物质至中间特征物的表面的至少一部分上，并且将胶粘物质与中间特征物的中心区域的至少一部分一起移除以在基底上形成导电特征物。附图说明图1示例出了一些中间特征物的边缘区域(如10、20、30、40所示)和中心区域(如11、21、31、41所示)。具体实施方式本专利技术的方法是一种在基底上形成高分辨率特征物的方法。该方法包括在基底上沉积一种物质和一种液体介质以形成沉积特征物。在实施方案中，所述物质为金属纳米颗粒。将沉积特征物在沉积期间或沉积之后加热以形成具有中心区域和边缘区域的中间特征物。然后在中间特征物的表面的至少一部分上施加胶粘物质，随后将胶粘物质与中间特征物的中心区域的至少一部分一起移除，在基底上形成高分辨率特征物。本文中所用的，短语“高分辨率特征物”定义为宽度小于30微米的特征物，包括小于10微米，或小于5微米，例如，从约0.1至约10微米，或从约0.5至约5微米。一般而言，具有如此小的线宽的线不能用常规印刷方法如丝网印刷、凹版印刷、苯胺印刷和喷墨印刷制备。在一些实施方案中，由于高分辨率特征物的两个边缘在不同的步骤形成，高分辨率特征物具有不对称的独特横截面轮廓(profile)。高分辨率特征物的一个边缘由沉积步骤形成，即中间特征物的边缘，而高分辨率特征物的另一个边缘是通过中间特征物的中心区域与胶粘物质一起移除而形成。由于两个边缘通过不同的方法形成；因此，它们可以具有不同的轮廓。这与通过照相平板印刷方法制得的常规高分辨率特征物不同，其中所述常规高分辨率特征物的两个边缘用同样的方法同时形成，并且因此具有相似的轮廓。此外，形成具有不对称轮廓的高分辨率特征物具有一些优点，例如，在电子设备中提供不对称的电荷注入。物质本专利技术的液体组合物包括所述物质和一种液体介质。在一些实施方案中，该物质可以是金属纳米颗粒。在其它实施方案中，该物质可以是导电聚合物如PEDOT/PSS、聚苯胺；绝缘聚合物如聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺等等；半导电聚合物如聚噻吩；或金属氧化物纳米颗粒如TiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO等等。当使用金属纳米颗粒或导电聚合物时，本专利技术的方法可以用于制备电子装置应用中的非常精细(高分辨率)的导电线。当使用绝缘聚合物时，上述方法可以用于制备，例如，精细的绝缘边缘(edge)或边沿(bank)以限定随后沉积的材料，所述材料用于如液晶和印刷LED的像素图案化等等的应用。如果该物质为金属纳米颗粒，液体组合物可以称为金属油墨组合物。“金属纳米颗粒”或“金属纳米颗粒组合物”中所用的术语“纳米”是指，例如，颗粒尺寸小于约1000nm，例如从约0.5nm至约1000nm，例如，从约1nm至约500nm，从约1nm至约100nm，从约1nm至约25nm或从约1nm至约10nm。颗粒尺寸是指由TEM(透射式电子显微镜)或其它合适的方法测得的金属颗粒的平均直径。一般而言，由本文所述方法获得的金属纳米颗粒可能具有多种颗粒尺寸。在实施方案中，不同尺寸的含银纳米颗粒的存在是可接受的。在实施方案中，金属纳米颗粒包括(i)一种或多种金属或(ii)一种或多种金属复合物。合适的金属可包括，例如，Al、Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Zn、Sn、In、Co、Cr、In和Ni，尤其是过渡金属，例如，Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Cr、Ni，及其混合物。银可以用作合适的金属。合适的金属复合物可以包括Au-Ag、Ag-Cu、Ag-Ni、Au-Cu、Ag-Pd、Au-Ni、Au-Ag-Cu和Au-Ag-Pd。金属复合物也可包括非金属，例如，Si、C和Ge。金属复合物中各种组分的存在量范围可为，例如，从约0.01％至约99.9重量％，特别是从约10％至约90重量％。金属复合物是一种由银和一种、两种或多种其他金属组成的金属合金，其中包括的银为，例如，纳米颗粒的至少约20重量％，特别是超过纳米颗粒的约50重量％。金属油墨组合物的粘度至少是2cps，包括从约2cps至约5000cps、从约5cps至约2000cps，其为使用流变仪在室温下以低剪切速率(例如，1s-1)下测定的。在具体的实施方案中，金属油墨组合物具有适于喷墨印刷的低粘度，例如，从约2cps至约30cps。除非另作说明，本文所用的金属油墨组合物中组分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基底上形成高分辨率特征物的方法，该方法包括：沉积含有一种物质和一种溶剂的液体组合物至基底上以形成沉积特征物，在沉积期间或沉积之后加热沉积特征物至加热的温度以形成具有中心区域和边缘区域的中间特征物，施用胶粘物质至中间特征物表面的至少一部分，以及将所述胶粘物质与中间特征物的中心区域的至少一部分一起移除以在基底上形成高分辨率特征物。

【技术特征摘要】
2011.05.06 US 13/102,5021.一种在基底上形成高分辨率特征物的方法，该方法包括：沉积含有一种物质和一种溶剂的液体组合物至基底上以形成平面沉积特征物，在沉积期间或沉积之后加热平面沉积特征物至加热的温度以形成具有中心区域和边缘区域的平面中间特征物，其中所述液体组合物的溶剂具有比加热温度高100℃或更多的沸点，并且其中所述平面中间特征物在其中心区域包含剩余量的溶剂，施用胶粘物质至平面中间特征物的中心区域的至少一部分，以及将所述胶粘物质与平面中间特征物的中心区域一起移除，在基底上剩下平面中间特征物的边缘区域，以在基底上形成高分辨率特征物。2.权利要求1的方法，其中所述物质为金属纳米颗粒并且选自银、金、铂、钯、铜、钴、锌、铟、锡、铬、镍、银-铜复合物、银-金-铜复合物、银-钯复合物、银-金-钯复合物及其混合物。3.权利要求2的方法，其中所述金属纳米颗粒还包括具有式X-Y的稳定剂，其中X是烃基，其含有4至24个碳原子，并且其中Y是连接在金属纳米颗粒表面的官能团并且其选自羟基、胺基团、羧酸基团、硫醇基团、黄原酸基团、吡啶基团、吡咯烷酮基团、氨基甲酸基团及其组合。4.权利要求3的方法，其中所述金属纳米颗粒是银纳米颗粒并且稳定剂是选自以下的有机胺稳定剂：丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十六烷基胺、十一烷基胺、十二烷基胺、十三烷基胺、十四烷基胺、二氨基戊烷、二氨基己烷、二氨基庚烷、二氨基辛烷、二氨基壬烷、二氨基癸烷、二丙基胺、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二庚基胺、二辛基胺、二壬基胺、二癸基胺、甲基丙胺、乙基丙胺、丙基丁胺、乙基丁胺、乙基戊胺、丙基戊胺、丁基戊胺、三丁基胺、三己基胺及其混合物。5.权利要求1的方法，其中溶剂选自十二烷基苯、十氢化萘、四氢化萘、二环己烷、异链烷烃、环己醇、环萜、环萜品烯、1-苯基-1-环己烯、1-叔丁基-1-环己烯、萜品油烯、γ-萜品烯、α-萜品烯、α-蒎烯、松油醇、甲基萘，及其混合物。6.权利要求1的方法，其中沉积通过喷墨印刷进行。7.权利要求1的方法，其中平面沉积特征物加热到150℃或更低的温度。8.权利要求1的方法，其中平面沉积特征物具有至少30微米的宽度。9.权利要求1的方法，其中高分辨率特征物的宽度小于10微米。10.权利要求1的方法，其中液体组合物还包含第二种溶剂，并且其中所述溶剂的沸点比...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴贻良，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：