專利名稱：制造可變形系統(tǒng)以移動包封于其中的物體的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明提出了使移動放置于固體系統(tǒng)中的物體成為可能的方法。該方法涉及暫時軟化物體置于其中的基質(zhì)，而后通過施加作用或外力移動物體。有利地，本發(fā)明應用于電子領域，例如制造可變接頭或制造可變電容晶體管。
背景技術(shù)：
包含幾個部件的固體裝置的缺點是其被固定以使其的各部件的相對位置固定。使這些裝置更有柔性明顯具有吸引力，尤其是在電子領域。這樣，如果能夠移動，系統(tǒng)中的單個電池將能建立幾個接點，從而使其能給位于不同位置的幾個物體供電。對于有機場效應晶體管，已知電容取決于柵極氧化層距離。因此，通過移動柵極來調(diào)整該距離將可能獲得具有可變電容的晶體管。因此確實需要開發(fā)技術(shù)方案以在固體系統(tǒng)或裝置中移動物體或部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于使用具有低熔化溫度(Tf)和/或低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的材料(尤其是聚合物)作為基質(zhì)以插入物體，以通過改變該基質(zhì)的固體/液體溫度來使其移動。更具體地，本方法涉及移動固體系統(tǒng)內(nèi)的物體的方法，其包括以下步驟-將物體置于基質(zhì)中，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)軟化；-對物體施加外部作用以使其在軟化的基質(zhì)中移動；-降低溫度直至基質(zhì)固化。如上所述，本發(fā)明有利地應用于電子甚至是微電子領域。所述物體為，例如，硅納米線、碳納米管、微型電池、微極化池、連接器、光學透鏡、晶體管電極或濾光器。在本文中， 所述物體有利地由傳導性材料組成。顯然，暫時軟化基質(zhì)以使物體移動，在移動后，再固化以固定系統(tǒng)。在本發(fā)明范圍內(nèi)，除允許所述物體移動外，在固體系統(tǒng)中基質(zhì)不需要具有任何功能。有利地并且在實踐中，這意味著-所述物體包埋在所述基質(zhì)中；-所述基質(zhì)具有允許移動所需的必要體積。另一方面并且有利地，除所述物體外，固體系統(tǒng)的一個功能性元件為基底。在一個優(yōu)選實施方案中，因而將物體放置于設置在基底上的空腔中，而后將其覆蓋或埋在基質(zhì)中， 所述基質(zhì)在此階段可為固體或液體形式。按照此方式并且優(yōu)選地，基質(zhì)填滿整個空腔。換言之，基質(zhì)的體積對應空腔的體積減去物體的體積。
因此，根據(jù)待移動的物體的移動和大小，所述空腔具有不同的尺寸。因此，例如-如果物體是為在不同位置的兩個物體供電的微型電池，空腔的尺寸大約等于 500 μ m至IOmm的位移，或甚至50mm的位移。-如果物體是旨在作為浮柵以連接或形成短路的硅納米線，位移可為大約1μ m至 100 μ m0顯然，為使這樣的系統(tǒng)發(fā)揮作用，涉及到所用材料的性質(zhì)對于溫度有多個限制-在目標溫度(通常是操作溫度)下整個系統(tǒng)必須是固體，所述目標溫度有利地為環(huán)境溫度(20°C至30°C )；-在基質(zhì)的軟化溫度下，物體以及固體系統(tǒng)的其他部件(尤其是基底)必須保持功能性，尤其是保持為固體狀態(tài)。因此實際上，基質(zhì)必須不具有特別高的軟化溫度。尤其適合制造本發(fā)明基質(zhì)的材料為聚合物類材料。聚合物包括幾種類型，包括聚酯、聚酰胺、丙烯酸類、苯乙烯類、聚氨酯和聚酰亞胺。在本發(fā)明的上下文中，優(yōu)選的材料的實例如下-熔化溫度低于95°C的乙烯和丙烯酸甲酯共聚物，或-熔化溫度低于75°C的乙烯和醋酸乙烯酯共聚物。顯然，這些還可以混合物使用?？墒褂萌魏纹渌痪哂刑貏e高的熔化溫度(有利地是低于200°C )的聚合物，還可使用固-液轉(zhuǎn)化發(fā)生在-50°C至200°C之間的材料，如水。在本發(fā)明的上下文中，將術(shù)語“軟化溫度”理解為所述材料從固態(tài)發(fā)生變化并傾向于變?yōu)橐后w的溫度。實際上，該溫度對應熔化溫度(Tf)和/或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。應注意這兩個溫度均可影響材料的物理狀態(tài)-玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)分隔T< Tg (固體)時的玻璃態(tài)行為和T > Tg (液體)時的橡膠態(tài)或彈性體狀態(tài)。在聚合物的情況下該溫度的范圍相當大。-熔化溫度(Tf)和與其相對的結(jié)晶溫度。顯然，這些溫度只在所述材料能結(jié)晶時
眉、ο玻璃化轉(zhuǎn)變是一種重要現(xiàn)象，其作為非結(jié)晶體系溫度的函數(shù)影響其物理行為。它實際上表示從固體態(tài)行為(玻璃)到液體態(tài)行為的轉(zhuǎn)變。本領域技術(shù)人員公知影響溫度Tg的因素，例如，大分子鏈的剛性、鏈間相互作用、 側(cè)鏈基團的總體大小或柔順性以及摩爾質(zhì)量。而且，在所述聚合物可結(jié)晶的情況下這兩個溫度Tg和Tf可相關?？刂茰囟萒g的化學因素也對溫度Tf有作用，因為這兩個溫度基本由大分子鏈的剛性所控制。如上所述，特別地，基質(zhì)的軟化溫度(Tg或Tf)必須比基底的低。尤其地，制成基底的材料有利地為塑料，甚至更有利地為用于制造印刷電路板(PCB)的聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)或基于聚酰亞胺的材料。實際上，PEN的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在120°C左右，熔化溫度(Tf)超過250°C。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，為了使系統(tǒng)具有熱穩(wěn)定性，選擇基質(zhì)(優(yōu)選為聚合物)/基底 (優(yōu)選為塑料)的配對以使它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和/或熔化溫度(Tf)之間的差異
5等于或大于50°C，甚至更優(yōu)選地，為70°C至100°C。為了完成所述系統(tǒng)，薄膜或塑料膜類型的層可用于部分或全部地覆蓋或包封所述基質(zhì)和/或基底。因此，該層可用任何傳統(tǒng)技術(shù)(如粘合)施加到填充有基質(zhì)的空腔頂部。 選擇該層或膜的性質(zhì)以使其不妨礙用于移動所述物體的外部作用。如上所述，通過施加外部作用實現(xiàn)所述物體的移動。這可以是電作用(通過電泳或通過施加電場)、磁作用(通過利用磁體施加)或機械作用(例如利用重力翻轉(zhuǎn)系統(tǒng))。使用磁體是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。因而根據(jù)所述磁體的強度和基質(zhì)的粘度可以改變物體的移動。顯然，物體必須能被所施加的作用移動。因此可能需要將其至少部分覆蓋在層或涂層中以使其例如導磁或?qū)щ?。物體可在基質(zhì)中沿三個方向移動，例如在相對于基底表面的垂直或水平面移動。一旦達成所需的移動，降低系統(tǒng)的溫度以使基質(zhì)再次變?yōu)楣腆w并固定系統(tǒng)。然而， 在需要移動物體時可以使同一系統(tǒng)再次經(jīng)受該熱循環(huán)。如上所述，本發(fā)明在電子領域尤其有用。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種電子器件，其包含通過使用上述方法能被移動的物體。更具體地，本發(fā)明有兩種尤其適合的應用。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了建立固體系統(tǒng)中物體(有利地為微型電池)和兩個供給點(A、B)之間的可配置連接的方法，其涉及通過采用要求保護的方法在位于基底空腔內(nèi)的A和B點之間移動所述物體。為了使電連接有效，連接線必須通過所述點A和B。因此在一個優(yōu)選的實施方案中，至少在點A和B的水平上將空腔的壁覆蓋在能供電的導電層中。換言之，本發(fā)明涉及建立系統(tǒng)中物體(有利地為微型電池)和至少兩個供給點(A、 B)之間的連接的方法，其包括以下步驟-將微型電池置于設置在基底中的空腔中，至少部分所述空腔的壁覆蓋了金屬層；-用基質(zhì)填充所述空腔，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)軟化；-對所述微型電池施加外部作用以將其在所述基質(zhì)中移動至位于基底金屬化空腔中的A或B點；-降低溫度直至所述基質(zhì)固化。在該方法中，所述基質(zhì)有利地由聚合物制成，所述溫度被升高至所述聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和/或熔化溫度(Tf)。該聚合物可為乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物或乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。并且，基底的軟化溫度必須高于基質(zhì)的軟化溫度，這兩個溫度之間的差異有利地等于或大于50°C，甚至更有利地為70°C至100°C。因此，所述基底有利地由塑料材料制成， 例如用于PCB的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或基于聚酰亞胺的材料。用作基底的聚萘二甲酸乙二醇酯/用作基質(zhì)的乙烯和丙烯酸甲酯共聚物是非常適合本申請的材料配對。在這種情況下，系統(tǒng)的溫度被提升至75°C。這樣的系統(tǒng)有利地通過粘合用于封閉空腔的薄膜或塑料膜來密封。換言之，基質(zhì)和(如果采用)基底被層覆蓋或包封?？墒┘与娮饔没虼抛饔靡砸苿游⑿碗姵?。微型電池的移動有利地使用磁體在水平面上進行。將微型電池朝向磁體的一面覆蓋在磁化涂層中。因此本發(fā)明涉及電子器件，其包含置于基底空腔中的微型電池，至少部分所述空腔的壁覆蓋在導電層中以使得可以建立不同的連接點(A、B)。因此，電池組能替換性地為通過連接線連接至點A和B的裝置供電。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及制造可變電容晶體管的方法，其包括通過要求保護的方法移動所述晶體管的柵極(以下稱之為物體)。換言之，本發(fā)明涉及制造可變電容晶體管的方法，其包括以下步驟-將柵電極置于設置在基底中的空腔中；-用基質(zhì)填充所述空腔，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)軟化；-對所述柵極施加外部作用以使其在所述軟化基質(zhì)中移動；-降低溫度直至所述基質(zhì)固化。在本文所述的這種晶體管中，物體(在該情況下為柵電極)有利地為鐵片或鋁片。這種晶體管在基底表面的與柵極所在的相對的一面上還具有源電極和漏電極以及半導體材料。在傳統(tǒng)方式下，源電極和漏電極通過金屬化制成并且為金涂層形式(例如為30nm 厚)。在柵極的情形下，還可根據(jù)本發(fā)明移動源電極和/或漏電極以調(diào)整所述晶體管溝道的尺寸。在該方法中，基質(zhì)有利地由聚合物制成，溫度被升高至聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)和/或熔化溫度(Tf)。該聚合物可為乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物或乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。并且，基底的軟化溫度必須高于基質(zhì)的軟化溫度，這兩個溫度之間的差異有利地等于或大于50°C，甚至更有利地為70°C至100°C。因此，所述基底有利地由塑料材料制成， 例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。用作基底的聚萘二甲酸乙二醇酯/用作基質(zhì)的乙烯和丙烯酸甲酯共聚物是非常適合本申請的材料配對。在這種情況下，系統(tǒng)的溫度被提升至75°C。這樣的系統(tǒng)有利地通過粘合用于封閉空腔的膜來密封。換言之，基質(zhì)和(如果采用)基底被層覆蓋或包封。可施加電作用或磁作用以移動所述柵極。所述柵極的移動有利地通過使用磁體在垂直平面進行。然而，可以沿三個方向?qū)⑵湟苿?。因此可以改變電介質(zhì)的厚度或改變柵極與源電極或漏電極之間的距離。這導致電性能的改變，尤其是晶體管電容的改變。因此本發(fā)明還涉及與晶體管相關的電子器件，所述晶體管的電容通過移動柵電極和其在晶體管中的相對位置進行改變。類似地，可通過以下產(chǎn)生可變電阻在圖案陣列上移動導電棒以與確定數(shù)量的圖案建立系列接觸，從而形成可變電阻。所述物體還可為光學元件，其朝向使得可以改變光束的特性。例如，所述元件可為在相對于光束方向的某角度反射光的鏡子。它可以是用于減弱光強度(程度更大或更小)或者選擇或不選擇某些波長的濾鏡。因此根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及制造可調(diào)節(jié)光學器件的方法，其包括以下步驟-將光學元件置于設置在基底中的空腔中；-用基質(zhì)填充所述空腔，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)軟化；-對所述元件施加外部作用以使其在所述基質(zhì)中移動；-降低溫度直至所述基質(zhì)固化。


通過以示例而非限制性地給出的參照附圖的以下實施方案的描述，將更容易地理解本發(fā)明的實施方式及其優(yōu)點。圖1說明如何使用本發(fā)明的方法制造可變連接。圖2說明如何使用本發(fā)明的方法制造可變電容晶體管。圖3說明可通過本發(fā)明方法調(diào)整的具有光學元件的第一位置(A)和第二位置(B) 的光學器件。
具體實施例方式1/制造可變連接該具體實施方案使得可以如將微型電池替換地連接至點A和點B，該實施方案如圖1所示。步驟I (圖 IA 和 IBl將作為基底(5)的聚萘二甲酸乙二醇酯(Tg = 120°C )壓印或蝕刻為例如125 μ m
的厚度。由此獲得的空腔⑷根據(jù)待移動的物體⑴的移動和大小具有不同的尺寸。步驟II (圖 1C)如果要在基底(5)和物體(1)之間建立電連接，將空腔的邊緣通過金屬層(6)進行金屬化以獲得連接線。步驟111(圖 IDl然后將待移動的物體(1)插入為此目的而提供的空腔中。步驟IV (圖 IEl用作為基質(zhì)O)的具有低Tf/Tg的聚合物(為液體或固體狀態(tài))填充空腔以覆蓋待移動的物體(1)。例如，所述聚合物為熔化溫度小于70°c的乙烯和丙烯酸甲酯共聚物。實際上，它在高于50°C時變成液體。步驟V(圖 IFl用另一薄膜或塑料膜(7)通過粘合封閉空腔以包封或封閉所述系統(tǒng)。步驟VI (圖 IG 和 1H)將系統(tǒng)的溫度從環(huán)境溫度升高至用作基質(zhì)O)的聚合物軟化的溫度，在該情況下此溫度為75°C以保證只有聚合物從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。
為了保證系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，塑料(基底，5)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和聚合物(2) 的熔化溫度(Tf)之間的溫度差必須為約75°C。50°C的最小溫度差似乎為可接受的值。步驟VII (圖 II 和 1.T)使用磁體(3)在液相的聚合物( 中將物體(1)從一個連接點A移動至另一點B。 為此，微電池(1)的面被磁涂層覆蓋以使其可以磁化。除使用磁力移動物體外，可使用其它方法，如電場、介電泳、機械作用或重力(通過將系統(tǒng)垂直放置)。2/制造可變電容晶體管該具體實施方案用于制造可變電容有機場作用晶體管，并示出于圖2中。使用本發(fā)明方法在熔化的聚合物基質(zhì)中移動柵電極。由于可變的柵極氧化層距離，可以調(diào)節(jié)晶體管的電容。步驟I (圖 2A)在用作基底(5)的聚萘二甲酸乙二醇酯中壓印或蝕刻出空腔⑷。步驟II (圖 2B)通過沉積30nm的Au通過金屬化制造源電極和漏電極(9)。步驟111(圖 2C)在由鐵片組成的浮柵的該情況下，將待移動的物體(1)插入為此目的提供的空腔 (4)中。步驟IV (圖 2D)用作為基質(zhì)⑵的具有低Tf/Tg的聚合物(為液體或固體狀態(tài))填充空腔⑷以覆蓋待移動的物體(1)。例如，所述聚合物為熔化溫度為小于70°c的乙烯和丙烯酸甲酯共聚物。實際上，它在高于50°C時變成液體。步驟V(圖 2E)用膜(7)封閉空腔以包封或封閉所述系統(tǒng)。步驟VI (圖 2F)將系統(tǒng)的溫度從環(huán)境溫度升高至用作基質(zhì)O)的聚合物軟化的溫度，在該情況下此溫度為75°C以保證只有聚合物從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。步驟VII (圖 2G 和 2H)在源電極和漏電極(6’ )之間放置半導體層⑶。用磁體(3)在聚合物O)的液相中移動物體(1)。柵極的放置使得可以沿三個方向調(diào)整電介質(zhì)的厚度。這導致改變的晶體管電性質(zhì)符合下式，Cox= ε r ε 0S/e圖21是系統(tǒng)的頂視圖柵極⑴可在熔化的聚合物(2)中沿三個方向移動。以上描述表明可使用要求保護的方法通過移動源電極或漏電極沿三個方向改變晶體管的表現(xiàn)以了解與結(jié)構(gòu)相關的物理性質(zhì)，或者更普遍地，以研究通過改變晶體管結(jié)構(gòu)中柵極的位置所產(chǎn)生的任何類型的現(xiàn)象?？梢蕾囉诰酆衔锏恼扯葋砀淖儢艠O的位移。實際上，包埋金屬(1)的移動距離取決于聚合物O)的粘度和磁體(3)的強度。
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權(quán)利要求
1.一種用于移動固體系統(tǒng)中物體的方法，其包括以下步驟-將所述物體(1)置于基質(zhì)(2)中，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)(2)軟化；-對所述物體(1)施加外部作用以使其在所述基質(zhì)O)中移動；-降低溫度直至所述基質(zhì)O)固化。
2.權(quán)利要求1的移動物體的方法，其特征在于所述物體(1)選自硅納米線、碳納米管、 微型電池、微極化池、連接器、光學透鏡、晶體管電極或濾光器。
3.權(quán)利要求1或2的移動物體的方法，其特征在于所述基質(zhì)O)由聚合物制成并且將所述溫度升高至所述聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和/或熔化溫度(Tf)。
4.權(quán)利要求3的移動物體的方法，其特征在于所述基質(zhì)(2)由乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物或乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物制成。
5.前述權(quán)利要求中任一項的移動物體的方法，其特征在于施加電作用或磁作用，所述磁作用有利地使用磁體(3)產(chǎn)生。
6.前述權(quán)利要求中任一項的移動物體的方法，其特征在于將所述物體(1)置于設置在基底(5)中的空腔中，而后用所述基質(zhì)(2)填充所述空腔。
7.權(quán)利要求6的移動物體的方法，其特征在于所述基底(5)的軟化溫度高于所述基質(zhì) (2)的軟化溫度，這兩個溫度之間的差有利地為等于或大于50°C。
8.權(quán)利要求6或7的移動物體的方法，其特征在于所述基底( 由塑料材料制成，有利地為聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺。
9.前述權(quán)利要求中任一項的移動物體的方法，其特征在于所述基質(zhì)O)以及任選基底 (5)覆蓋或包封在層(7)中。
10.一種用于建立系統(tǒng)中物體和至少兩個供給點(A、B)之間的可變連接的方法，所述物體有利地為微型電池，其包括以下步驟-將所述物體(1)置于設置在基底(5)中的空腔(4)中，至少部分所述空腔的壁覆蓋了金屬層(6)；-用基質(zhì)填充所述空腔G)，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)(2)軟化；-對所述物體(1)施加外部作用以使其在所述基質(zhì)O)中移動至位于基底(5)的空腔 (4)中的A或B點；-降低溫度直至所述基質(zhì)O)固化。
11.一種用于制造可變電容晶體管的方法，其包括以下步驟-將柵電極⑴置于設置在基底(5)中的空腔⑷中；-用基質(zhì)( 填充所述空腔G)，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)(2)軟化；-對所述柵極(1)施加外部作用以使其在所述基質(zhì)O)中移動；-降低溫度直至所述基質(zhì)O)固化。
12. 一種用于制造可調(diào)節(jié)光學器件的方法，其包括以下步驟 -將光學元件(1)置于設置在基底(5)中的空腔中；-用基質(zhì)( 填充所述空腔G)，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至所述基質(zhì)(2)軟化；-對所述光學元件(1)施加外部作用以使其在所述基質(zhì)O)中移動；-降低溫度直至所述基質(zhì)O)固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造可變形系統(tǒng)以移動包封于其中的物體。具體而言，本發(fā)明公開了一種移動固體系統(tǒng)中的物體的方法，其包括以下步驟-將物體置于基質(zhì)中，所述基質(zhì)在第一溫度下為固體并能因溫度升高作用而軟化；-根據(jù)需要升高溫度直至基質(zhì)軟化；-對物體施加外部作用以使其在基質(zhì)中移動；-降低溫度直至基質(zhì)固化。
文檔編號H01L51/30GK102447063SQ20111025628
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者穆罕默德·本瓦迪赫, 菲利普·科羅內(nèi)爾, 雅克利娜·巴布萊 申請人:原子能與替代能源委員會