專利名稱：一種采用非光刻工藝制備圖形化ito電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種采用非光刻工藝在有機(jī)電子器件的氧化錫銦(indium tin oxide, ITO)電極上實(shí)現(xiàn)圖形化的方法。
背景技術(shù)：
隨著電子信息科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體薄膜材料制備技術(shù)的進(jìn)步，金屬和金屬氧化物薄膜作為一種重要的光電信息材料越來越成為科學(xué)研究的重點(diǎn)。金屬氧化物薄膜已經(jīng)在太陽能電池、顯示器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。透明導(dǎo)電氧化物(TransparentConductive Oxide, TC0)薄膜屬于半導(dǎo)體光電子材料，由于具有較高的禁帶寬度而顯現(xiàn)出在紫外截止、可見光高度透明、紅外區(qū)的高度反射及較低的電阻率等特性。目前，隨著大屏幕、高清晰度液晶顯示的快速普及，其需求量不斷增加，而世界性的能源匱乏和環(huán)境保護(hù)的需要也使太陽能電池具有了發(fā)展的空間，這就為透明導(dǎo)電氧化物提供了良好機(jī)遇和發(fā)展前
旦
o目前，透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要是在硬質(zhì)材料襯底上制備，這些硬質(zhì)材料襯底大多是陶瓷和玻璃。但是，在有機(jī)柔性基片上制備的透明導(dǎo)電氧化物薄膜不但具有玻璃基片透明導(dǎo)電膜的光電特性，而且更具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如:重量輕、可彎曲、不宜破碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運(yùn)輸?shù)取ｋS著電子器件的輕便化和小型化，柔性襯底上透明導(dǎo)電薄膜的研究將越來越受關(guān)注，并可成為硬質(zhì)襯底透明導(dǎo)電薄膜的替換產(chǎn)品。有機(jī)電子器件的透明電極通常采用ITO材料，ITO的主要成分是In2O3,電阻率介于10_3 KT5Q cm，可見光的透射率達(dá)85%以上，禁帶寬度3.55 3.75eV。在氧化物透明導(dǎo)電膜中，ITO薄膜具有高的可見光透光率和紅外反射率、低的電阻率、耐磨損以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。因此在太陽能電池、液晶顯示器、防靜電、防微波輻射等領(lǐng)域有著很高的實(shí)用價(jià)值。通常，未刻蝕導(dǎo)電襯底上的ITO材料均勻的沉積在襯底的整個(gè)平面上，考慮到實(shí)際發(fā)光區(qū)域的面積以及避免陽極和陰極接觸短路，不能直接用于器件制備，需要將ITO電極圖形化，傳統(tǒng)的ITO電極圖形化方法是在導(dǎo)電膜上旋涂(印刷)光刻膠，經(jīng)前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜等光刻工序處理后，形成ITO保護(hù)層的圖形化，再將附有保護(hù)層圖形的待腐蝕半導(dǎo)體基片浸入控制在一定溫度范圍內(nèi)的腐蝕液中腐蝕。最后，將取出的半導(dǎo)體基片用去離子水沖洗干凈，放入剝離液中去膠，然后依次經(jīng)三氯乙烯和甲醇處理，得到圖形化的ITO電極。但這種方法由于旋涂薄膜的厚度不均勻，曝光不完全，在圖形邊緣易出現(xiàn)缺損造成鋸齒邊現(xiàn)象，一些膠體等殘留物不易清除，會附著在ITO表面，造成導(dǎo)電襯底制備器件后光電性能下降，且光刻膠掩膜操作復(fù)雜需要引入光刻膠涂敷和光刻設(shè)備，效率低，成本高，可操作性差
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其具體是利用保護(hù)膜來有效的阻隔腐蝕溶液的滲入，該方法可以高效率的刻蝕出有機(jī)電子器件的ITO電極。本發(fā)明所述一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其步驟如下:I)將鹽酸和去離子水混合，配制成溶液中H+濃度為6.0 7.0mol/L的刻蝕溶液；2)將帶有膠黏層的保護(hù)膜切割成長方形，然后粘貼在具有ITO電極的襯底的中間區(qū)域；3)將步驟2)得到的襯底置于步驟I)的刻蝕溶液中1.5min 2min，將未被保護(hù)膜保護(hù)的ITO電極腐蝕掉，從而在襯底上得到圖形化的ITO電極；4)腐蝕結(jié)束后揭下保護(hù)膜，然后在圖形化的ITO電極上制備有機(jī)電子器件。上述方法步驟2)所述的ITO襯底可以是ITO玻璃等剛性襯底，也可以是沉積有ITO的聚萘二甲酸乙二醇酯polyethylene naphthalate (PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯polyethylene terephthalate (PET)、聚醚酰亞胺polyetherimide (PEI)等柔性商用聚酯膜襯底。上述方法步驟2)所述的保護(hù)膜可以是硅片保護(hù)膜、切割保護(hù)藍(lán)膜，也可以是PVC綠膜，PMMA、PET、PVC靜電保護(hù)膜(聚烯烴+改性的熱惰性材料)等工業(yè)產(chǎn)品。硅片保護(hù)膜一般采用雙層構(gòu)架形式，基底層使用雙軸拉伸聚氯乙烯，膠黏層由經(jīng)過處理的丙烯酸酯乳膠構(gòu)成，可以被輕易撕除而無膠黏劑殘留。上述方法步驟2)所述的切割是采用薄膜圖形切割設(shè)備，該類設(shè)備廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)擴(kuò)散膜、金屬膜、絕緣材料、光學(xué)材料、薄膜按鍵開關(guān)、特種膠粘帶、PVC板、白卡紙及塑膠板等薄膜材料的畫線、繪圖等的普通切割設(shè)備。上述方法步驟4)所述的有機(jī)電子器件依次由襯底、ITO電極(陽極)、功能層和金屬陰極組成；功能層由空穴傳輸層、活性層和電子傳輸層組成；此外，在ITO電極和空穴傳輸層間還可以有非必需的空穴注入層，在電子傳輸層和金屬陰極間還可以有非必需的電子注入層，在電子傳輸層和金屬陰極間還可以有陰極緩沖層。上述方法步驟4)所述的有機(jī)電子器件采用的金屬陰極可以是金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)等材料。上述方法步驟4)中所述的有機(jī)電子器件是有機(jī)電致發(fā)光器件(organic lightemitting device, 0LED),還可以是有機(jī)薄膜晶體管(organic thin-film transistor,0TFT),有機(jī)太陽電池(organic photovoltage, OPV)等，以上器件陽極均為ITO材料。采用本發(fā)明方法得到的圖形化的ITO電極，邊緣整齊，無鋸齒狀，操作簡單，無需特殊工藝和特殊設(shè)備，適用于制造半導(dǎo)體器件常用的金屬氧化物電極，易于推廣使用。


圖1:實(shí)施例1中將保護(hù)膜貼在具有ITO電極襯底上的結(jié)構(gòu)示意圖。I為玻璃襯底上的ITO電極，2為保護(hù)膜；圖2:實(shí)施例1保護(hù)膜區(qū)域內(nèi)ITO電極經(jīng)過不同時(shí)間腐蝕的電阻變化曲線圖，其中電阻變化率采用方塊電阻測試儀的四探針法測量得到，ITO電極在腐蝕過程中方塊電阻略有增加，但變化的數(shù)值與腐蝕前的ITO電極相比小于1% ；圖3:實(shí)施例1在腐蝕后的圖形化ITO電極及襯底在顯微鏡下放大50倍的顯微形貌圖，上方為襯底玻璃，下方為腐蝕后ITO電極，可見圖形邊緣整齊；圖4:實(shí)施例2利用不同方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的電流測試曲線圖。曲線I為一般光刻方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的1-V曲線，曲線2利用保護(hù)膜方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的1-V曲線；圖5:實(shí)施例2利用不同方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的亮度測試曲線。曲線I為一般光刻方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的亮度測試曲線，曲線2為利用保護(hù)膜方法腐蝕得到的ITO電極制備的有機(jī)電子發(fā)光器件的亮度測試曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:我們利用工業(yè)用硅片保護(hù)膜腐蝕的方法，分別在25 X 25mm的ITO導(dǎo)電襯底上腐蝕出電極，尺寸為10X25mm，如圖1所示，其中黑色區(qū)域?yàn)镮TO電極。腐蝕的時(shí)間分別為0.5min、lmin、l.5min、2min,腐蝕溶液是通過將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的鹽酸和去離子水按體積比為2: I的比例混合配制而成的，溶液中H+濃度為6.3mol/L。利用方塊電阻測試儀測不同腐蝕時(shí)間下電極的方塊電阻，如圖2所示，方塊電阻隨時(shí)間的變化較小，且在1.5min 2min之間便可得到圖形化的ITO電極(腐蝕時(shí)間太短，則腐蝕不完全，未掩膜處有殘留IT0)，圖形邊緣整齊，如圖3所示，該圖為50倍顯微形貌圖。如圖3所示，在ITO電極腐蝕的界面處，經(jīng)顯微鏡放大50倍，邊緣仍非常清晰，無鋸齒狀，無針孔，無膠黏劑殘留。實(shí)施例2:我們通過光刻膠掩模和硅片保護(hù)膜腐蝕的方法分別制備了的具有ITO導(dǎo)電電極(10X25mm)的襯底(25X25mm)，并且在此基礎(chǔ)上制備了結(jié)構(gòu)為:玻璃/IT0/Mo02 (5nm)/mMTDATA (30nm) /NPB(20nm)/Alq(50nm)/LiF(Inm)/Al 的 OLED 器件，其中 ITO 為陽極，MoO2為緩沖層，mMTDATA為空穴注入層，NPB為空穴傳輸層，Alq為電子傳輸層兼發(fā)光層，LiF為緩沖層，Al為陰極。其中，A組器件ITO電極是通過光刻腐蝕制備得到的，B組器件ITO電極是通過硅片保護(hù)膜腐蝕方法制備得到的，具體過程如下:[1]A、B組器件襯底為帶有ITO電極的玻璃，首先將襯底擦洗清潔，玻璃襯底的尺寸為25X25mm ;以玻璃襯底的中心為中心腐蝕制備長方形ITO電極，其尺寸為10X25mm。[2]將處理好的A、B組器件襯底置于多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中。系統(tǒng)的真空度可達(dá)到10_5Pa，在薄膜生長的過程中系統(tǒng)的真空度維持在4X10_4Pa左右。以玻璃襯底的中心為中心，利用尺寸為20X20mm的有機(jī)掩膜版依次制備面積為20X20mm的有機(jī)電子器件的各個(gè)層(包括 MoO2 (5nm) /mMTDATA (30nm) /NPB (20nm) /Alq (50nm)) /LiF (Inm))，最后在襯底的中間區(qū)域利用尺寸為10X23mm的金屬掩膜版蒸鍍尺寸為10X23mm金屬Al陰極，從而得到OLED器件。[3]進(jìn)行A、B 二組器件電流測試、亮度測試的對比。如圖4所示，從電流隨電壓的變化曲線可以看出B組器件的性能有所提高，這說明采用保護(hù)膜方法制備的ITO電極的器件與采用光刻方法制備的ITO電極的器件的性能有所提聞。如圖5所示，從亮度隨電壓的變化曲線可以看出B組器件的亮度有所提高，這說明保護(hù)膜有效的阻隔了腐蝕溶液對ITO電極的侵蝕。綜述所述，利用保護(hù)膜腐蝕的方法所得到的ITO電極邊緣清晰，無鋸齒狀，無針孔，無膠黏劑殘留，對ITO電極的導(dǎo)電性能無明顯影響，同時(shí)可以防止在制備微型器件時(shí)走線短路或斷線，因此，通過該方法制備的ITO電極的器件性能優(yōu)良。而且采用我們提出的非光刻工藝實(shí)現(xiàn)ITO電極圖形化的方法，簡化了傳統(tǒng)光刻工藝中的旋涂(印刷)光刻膠，經(jīng)前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜等光刻工序，實(shí)現(xiàn)了更快速，更簡單，更有效的ITO圖形化制備途徑。
權(quán)利要求
1.一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其步驟如下: 1)將鹽酸和去離子水混合，配制成溶液中H+濃度為6.0 7.0mol/L的刻蝕溶液； 2)將帶有膠黏層的保護(hù)膜切割成長方形，然后粘貼在具有ITO電極的襯底的中間區(qū)域； 3)將步驟2)得到的襯底置于步驟I)的刻蝕溶液中1.5min 2min，將未被保護(hù)膜保護(hù)的ITO電極腐蝕掉，得到圖形化的ITO電極； 4)腐蝕結(jié)束后揭下保護(hù)膜，進(jìn)而在圖形化的ITO電極上制備有機(jī)電子器件。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:襯底是玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚醚酰亞胺。
3.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:保護(hù)膜是硅片保護(hù)膜、切割保護(hù)藍(lán)膜、PVC綠膜、PMMA靜電保護(hù)膜、PET靜電保護(hù)膜或PVC靜電保護(hù)膜。
4.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:膠黏層為丙烯酸酯乳膠。
5.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:有機(jī)電子器件依次由襯底、ITO陽極、功能層和金屬陰極組成；功能層由空穴傳輸層、活性層和電子傳輸層組成。
6.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:在ITO電極和空穴傳輸層間有空穴注入層,在電子傳輸層和金屬陰極間有電子注入層,在電子傳輸層和金屬陰極間有陰極緩沖層。
7.如權(quán)利要求1所述的一種采用非光刻工藝制備圖形化ITO電極的方法，其特征在于:有機(jī)電子器件是有機(jī)電致發(fā)光器件OLED、有機(jī)薄膜晶體管OTFT或有機(jī)太陽電池OPV。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種采用非光刻工藝在有機(jī)電子器件的氧化錫銦電極上實(shí)現(xiàn)圖形化的方法。首先將鹽酸和去離子水混合，配制成溶液中H+濃度為6.0～7.0mol/L的刻蝕溶液；將帶有膠黏層的保護(hù)膜切割成長方形，然后粘貼在具有ITO電極的襯底的中間區(qū)域；將襯底置于刻蝕溶液中1.5min～2min，將未被保護(hù)膜保護(hù)的ITO電極腐蝕掉，得到圖形化的ITO電極；腐蝕結(jié)束后揭下保護(hù)膜，進(jìn)而在圖形化的ITO電極上制備有機(jī)電子器件。采用本發(fā)明方法得到的圖形化的ITO電極，邊緣整齊，無鋸齒狀，操作簡單，無需特殊工藝和特殊設(shè)備，適用于制造半導(dǎo)體器件常用的金屬氧化物電極，易于推廣使用。
文檔編號H01L51/48GK103107286SQ20131005723
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者段羽, 楊永強(qiáng), 陳平, 楊丹, 謝月, 臧春亮 申請人:吉林大學(xué)