專(zhuān)利名稱(chēng)：具有高分辨率結(jié)構(gòu)的有機(jī)電子元件其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高分辨率結(jié)構(gòu)的有機(jī)電子元件，具體而言涉及一種具有低源極-漏極距離的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)，以及能夠大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
集成數(shù)字電路的開(kāi)關(guān)頻率和/或開(kāi)關(guān)速度相當(dāng)重要地受到溝道長(zhǎng)度“l(fā)”決定性地影響。因此并不缺乏保持溝道長(zhǎng)度盡可能小的嘗試，也就是說(shuō)提供具有盡可能高程度的分辨率的結(jié)構(gòu)的有機(jī)電子元件的芯片。
公知具有高分辨率結(jié)構(gòu)和小源極-漏極距離“l(fā)”的有機(jī)電子元件，具體而言O(shè)FET。然而，至今這些都是以與高成本聯(lián)系的復(fù)雜工藝步驟來(lái)生產(chǎn)的。這些工藝步驟是不經(jīng)濟(jì)的且通常包括光刻、在經(jīng)由光刻制造的下層或襯底中的凹陷，從而可以形成具有所需容量的導(dǎo)電跡線(conductor track)。這些凹陷是直通形狀的(through-shaped)且不具有尖銳的輪廓。這些凹陷的底部保持不變。
從DE 10061297.0已知一種高分辨率印刷方法，其中將導(dǎo)電跡線引入凹陷，且可以以大規(guī)模應(yīng)用，但是存在著缺點(diǎn)，即，通過(guò)應(yīng)用壓印模來(lái)形成的凹陷不具有陡的壁表面和尖銳勾勒的邊緣，而是形成為更直通形狀的方式且沒(méi)有尖銳的輪廓。作為這些柔性過(guò)渡(soft transition)的結(jié)果，引入到凹陷的材料沒(méi)有準(zhǔn)確地僅填充凹陷，而是圍繞凹陷涂臟，且因此導(dǎo)致了漏電流。因此，不再次從凹陷中擦除大部分材料就不能擦去該涂臟的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以大規(guī)模且有利地生產(chǎn)的電子元件，且其主要由有機(jī)材料制成，具體而言是具有高分辨率的結(jié)構(gòu)和小源極-漏極距離的OFET。
本發(fā)明的目的和主題是作為主要由有機(jī)材料制成的電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述元件包括襯底、至少一個(gè)導(dǎo)電跡線和/或電極，其中至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或電極由導(dǎo)電材料制成且被施加到支撐表面，所述表面由激光處理改性(modified)和/或粗糙化。
另外，本發(fā)明的主題是一種有機(jī)電子元件，其中至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或一個(gè)電極設(shè)置于下層的凹陷中，其中所述凹陷已經(jīng)通過(guò)激光的手段來(lái)產(chǎn)生，也就是說(shuō)其具有陡壁，尖銳的輪廓以及粗糙的底表面。
最后，本發(fā)明的主題是一種有機(jī)電子元件的制造方法，其中為了制造導(dǎo)體跡線和/或電極，將下層和/或襯底用激光處理，使得在下層和/或襯底中有至少一個(gè)凹陷和/或一個(gè)改性的區(qū)，該凹陷具有陡壁、尖銳的輪廓以及底部的粗糙表面。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)電極之間的距離或電極和導(dǎo)體跡線之間的距離“l(fā)”小于20μm。這對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的高分辨率，其特別優(yōu)選地甚至在10μm以下，特別地甚至更少幾個(gè)μm。借助本發(fā)明，避免了導(dǎo)體跡線和/或電極之間的漏電流，且因此可以最小化其間的距離“l(fā)”。
根據(jù)本方法的一個(gè)實(shí)施例，將多余的導(dǎo)電材料在涂布該材料和/或用該材料填充凹陷之后機(jī)械地去除，也就是說(shuō)例如擦除，而不再次從粗糙化的區(qū)域和/或從具有粗糙的底部的凹陷去除大量的(appreciable amount)導(dǎo)電材料。
可以利用以下各種技術(shù)來(lái)進(jìn)行涂布該導(dǎo)電材料和/或填充凹陷氣相沉積、濺射、噴鍍、刮刀涂布、注射、涂布、印刷或根據(jù)本發(fā)明的涂布和/或引入的某些其它方法。
根據(jù)該方法的一個(gè)實(shí)施例，將下層和/或襯底用脈沖激光處理，例如用幾個(gè)10ns的脈沖長(zhǎng)度。在該情形，幾個(gè)脈沖就已經(jīng)足夠。
通過(guò)激光結(jié)構(gòu)化(laser structuring)而制造的改性的和/或粗糙化的區(qū)域和/或凹陷的特征在于，用于導(dǎo)電材料的支撐表面用激光處理。因此，用激光制造的改性的區(qū)域和/或凹陷與沒(méi)有被處理、或已經(jīng)例如被壓印(embossing)處理的區(qū)域和/或凹陷不同，在后者的情形，不可能將分布在凹陷周?chē)倪^(guò)量的導(dǎo)電材料擦除而沒(méi)有大的損失。
對(duì)于其中導(dǎo)電材料(指半導(dǎo)體)的功函數(shù)是適于所計(jì)劃的電子元件的情形，在下層和/或襯底的未被激光改變的區(qū)域上例如機(jī)械地(通過(guò)用布和/或橡膠輥擦除)簡(jiǎn)單去除過(guò)量的材料，并終止結(jié)構(gòu)化。
如果功函數(shù)沒(méi)有對(duì)于半導(dǎo)體調(diào)節(jié)，例如還可以施加不良導(dǎo)體層，其多余的量可以相似地用機(jī)械的方法被再次去除。作為電極或作為導(dǎo)體跡線的這兩個(gè)導(dǎo)電層的組合現(xiàn)在是高導(dǎo)電性的且具有適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)。
就時(shí)間而言，可以緊接著涂布它們之后進(jìn)行最下(下)(諸)導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)化，且也可以與上層的結(jié)構(gòu)化同時(shí)進(jìn)行。
在上導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)化之后(例如，已經(jīng)被結(jié)構(gòu)化的上層可以被用作蝕刻抗蝕劑)，隨后相似地進(jìn)行下層的結(jié)構(gòu)化。
在這里術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電材料”不以任何方式被限制，因?yàn)橥耆煌?lèi)型導(dǎo)的電材料已經(jīng)被成功地在本發(fā)明中使用。
可以例如將金屬、合金、金屬漿料或有機(jī)導(dǎo)電化合物作為導(dǎo)電材料氣相沉積、濺射上或采用刀片涂布或以某些其它方法涂布。唯一決定性的點(diǎn)是所引入的導(dǎo)電材料粘結(jié)到由激光粗糙化的表面。
被指定為優(yōu)選金屬的是銀、金、鋁、銅等，以及任何可以以氣態(tài)形式、或作為墨水或金屬漿料(液態(tài)介質(zhì)中的金屬顆粒)的液態(tài)形式、以及作為固態(tài)涂布的這些組分的期望的混合物、合金。
PANI、PEDOT和碳黑是優(yōu)選的有機(jī)材料，其也可以與例如由金屬制成的下導(dǎo)電層精確組合。
這里“改性”被用于描述被激光處理改變的下層或襯底的區(qū)域。


借助三個(gè)附圖在以下更詳細(xì)地進(jìn)一步解釋了本發(fā)明，這些附圖以舉例的方法復(fù)現(xiàn)且示意性地顯示了，當(dāng)在截面中觀看時(shí)如何根據(jù)本發(fā)明制造導(dǎo)體跡線/電極。
圖A到C顯示了由根據(jù)本發(fā)明的方法處理的襯底和/或下層。
具體實(shí)施例方式
A1、B1和C1顯示了凈化的襯底或凈化的下層。這首先通過(guò)激光處理來(lái)改性以產(chǎn)生具有已經(jīng)改性和/或粗糙化的表面和/或凹陷的區(qū)域(圖A2、B2和C2)。激光處理還可以去除表面的存在的粗糙度，因此改性的區(qū)域可以比沒(méi)有被激光處理改性的區(qū)域粗糙度更小。
然而，根據(jù)圖A2、B2和C2，改性的區(qū)域的粗糙度大于未改性的區(qū)域的粗糙度。
在以下的工藝步驟A3、B3和C3中在大的區(qū)域上涂布導(dǎo)電材料。
其后，去除過(guò)量的材料，且其中引入和/或涂布了導(dǎo)電材料的優(yōu)選被清晰界定的區(qū)域與沒(méi)有導(dǎo)電材料的其它區(qū)域一起形成(見(jiàn)圖A4)。
根據(jù)實(shí)施例B，在工藝步驟B4中，對(duì)于仍未結(jié)構(gòu)化的高度導(dǎo)電層，例如金屬層涂布另一導(dǎo)電層，例如由有機(jī)材料或功能聚合物制成的導(dǎo)電層。現(xiàn)可以機(jī)械地去除該另一導(dǎo)電層(B5)。如果高度導(dǎo)電層不能被機(jī)械地去除(結(jié)構(gòu)化)，為了結(jié)構(gòu)化高導(dǎo)電層，可以在步驟B5之后選擇不同類(lèi)型的方法(例如，化學(xué))。高度導(dǎo)電層(x)在“改性”或粗糙化的位置被覆蓋且不能在這里被去除(B5)。在化學(xué)結(jié)構(gòu)化(例如蝕刻工藝)之后的(B6)中，以結(jié)構(gòu)化的形式出現(xiàn)了高度導(dǎo)電(例如金屬)層和導(dǎo)電(例如聚合物)層。
在C4相似地涂布了另一導(dǎo)電層且隨后將兩個(gè)導(dǎo)電層機(jī)械地結(jié)構(gòu)化(C5)。
可以使用根據(jù)本發(fā)明的工藝來(lái)制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，這種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)-包括順序的幾個(gè)(不同導(dǎo)電率的)層，例如，來(lái)保證匹配功函數(shù)，-是高度導(dǎo)電的或在該“包(packet)”中是高度導(dǎo)電的，-是有成本效率的，因?yàn)閮H需要幾個(gè)(3、4、5)工藝步驟，-具有所需的分辨率(最小的可能結(jié)構(gòu))，以及-是基于快速和能夠大規(guī)模生產(chǎn)的工藝。
優(yōu)點(diǎn)還在于簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方法，因?yàn)閮H需要3個(gè)工藝步驟(例如，激光結(jié)構(gòu)化、導(dǎo)電層的涂布、導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)化)。例如，可以再次利用金屬導(dǎo)體(固態(tài)或液態(tài))與例如由有機(jī)材料制成的另一導(dǎo)體組合，以產(chǎn)生非常高度導(dǎo)電的小結(jié)構(gòu)，而沿導(dǎo)體跡線的電壓降不會(huì)成為問(wèn)題。另外，可以匹配功函數(shù)。利用該技術(shù)可以最小化電路尺寸，作為其結(jié)果成本也相似地被減小到相同的程度。
例如，利用卷裝進(jìn)出(roll to roll)的方法將襯底在幾個(gè)輥之間拉過(guò)。然后在第一加工步驟中借助例如準(zhǔn)分子激光器的激光器通過(guò)掩模來(lái)制造襯底或下層中的凹陷和/或改性的或粗糙化的區(qū)域。如果合適，準(zhǔn)分子激光器裝配有光學(xué)透鏡系統(tǒng)，使得凹陷/區(qū)域不需要用與由掩模指定的相同的尺寸成像。
例如，在使用卷裝進(jìn)出方法借助吸輥(suction roll)來(lái)機(jī)械地結(jié)構(gòu)化期間去除凹陷/區(qū)域之間可能出現(xiàn)的任何導(dǎo)電材料。例如，該輥比任何其它輥更慢地旋轉(zhuǎn)使得更有效地完成擦除。
術(shù)語(yǔ)“有機(jī)材料”或“功能材料”或“(功能)聚合物”在這里包括所有類(lèi)型的有機(jī)、有機(jī)金屬和/或有機(jī)/無(wú)機(jī)聚合物(混合物，hybrids)，具體而言那些在英語(yǔ)中被稱(chēng)為例如“塑料”的材料。包括了所有類(lèi)型的物質(zhì)，除了形成常規(guī)二極管的半導(dǎo)體(鍺、硅)之外。因此，可以設(shè)想在教條的意思上沒(méi)有將有機(jī)材料限定為含碳材料，而是在思想中也可以保持有硅樹(shù)脂的廣泛使用。另外，該術(shù)語(yǔ)不旨在對(duì)于分子大小有任何限制，具體而言不限制于聚合物和/或寡聚材料(oligomeric materials)，而是完全可以使用小分子。功能聚合物中的單詞成分“聚合物”是就歷史上的意思而言的，以至于并沒(méi)有論及實(shí)際的聚合物化合物材料的存在。
本發(fā)明首次提供了一種方法，借助其可以以經(jīng)濟(jì)的方式產(chǎn)生具有高的轉(zhuǎn)換速度和高的可靠性的比如OFET的有機(jī)電子元件，其無(wú)論如何還可以包括金屬元件和層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用激光產(chǎn)生的凹陷和/或區(qū)域與常規(guī)的凹陷/構(gòu)造相比，對(duì)于導(dǎo)電有機(jī)材料的涂布反應(yīng)不同，且因此采用該方法比利用其它方法，有機(jī)或金屬本性的導(dǎo)電跡線可以被更迅速和更有效地制造。
權(quán)利要求
1.一種主要由有機(jī)材料制成的電子元件，所述元件包括襯底、至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或電極，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或電極由導(dǎo)電材料制成且被施加到支撐表面，所述表面由激光處理改性和/或粗糙化。
2.一種電子元件，其中至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或一個(gè)電極設(shè)置于下層的凹陷中，其中所述凹陷已經(jīng)通過(guò)激光的手段來(lái)產(chǎn)生，也就是說(shuō)其具有陡壁，尖銳的輪廓以及相對(duì)粗糙的底表面。
3.如前述權(quán)利要求之一所述的電子元件，其兩個(gè)導(dǎo)體跡線、電極之間和/或電極和導(dǎo)體跡線之間的距離1小于10μm。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的電子元件，具有由金屬或合金制成的至少一個(gè)導(dǎo)體跡線和/或電極。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的電子元件，具有至少一個(gè)由金屬制成的導(dǎo)體跡線和/或電極，其與由有機(jī)材料制成的層組合。
6.一種有機(jī)電子元件的制造方法，其中為了制造導(dǎo)體跡線和/或電極，將下層和/或襯底用激光處理，使得在所述下層和/或襯底中有至少一個(gè)凹陷和/或一個(gè)改性的區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述導(dǎo)電層用機(jī)械方法結(jié)構(gòu)化。
8.如權(quán)利要求6和7的任一項(xiàng)所述的方法，其中在涂布由導(dǎo)電材料制成的層之后的工藝步驟中擦除多余的導(dǎo)電材料。
9.如權(quán)利要求6到8的任一項(xiàng)所述的方法，其中使用了脈沖激光，例如準(zhǔn)分子激光。
10.如權(quán)利要求6到9的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法以連續(xù)的卷裝進(jìn)出的方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主要由有機(jī)材料制成的具有高分辨率結(jié)構(gòu)的電子元件，具體而言涉及一種具有小源極－漏極距離的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)，及其制造方法。有機(jī)電子元件具有凹陷和/或改性區(qū)，其中可以設(shè)置條狀導(dǎo)體/電極，且其在制造期間通過(guò)激光的方法被制造。該條狀導(dǎo)體/電極可以是例如金屬。
文檔編號(hào)H01L51/10GK1853289SQ200480026553
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月25日
發(fā)明者沃爾特·菲克斯, 羅南·馬丁, 安德烈亞斯·厄爾曼 申請(qǐng)人:波爾伊克兩合公司