一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，本發(fā)明通過一種低成本簡(jiǎn)單易行的方法，通過刻蝕液將電極支撐層薄膜與基底分離并在任意基底上重新構(gòu)建電子器件，特別是柔性電子器件，適用于各種類型的半導(dǎo)體器件。通過這種方法，基于不耐光刻的有機(jī)半導(dǎo)體材料，也能實(shí)現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)的多樣化。本發(fā)明將通過成熟的光刻技術(shù)得到的電極圖形轉(zhuǎn)移到各種基底上，使構(gòu)筑器件不受基底的限制，特別是對(duì)于降低成本具有重要的意義。
【專利說明】一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件構(gòu)建【技術(shù)領(lǐng)域】，具體包括柔性器件構(gòu)建技術(shù)以及在不能光刻的基底上如何構(gòu)建器件技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件的構(gòu)建不受基底的限制這一問題一直阻礙著多樣化電子產(chǎn)品的發(fā)展，同時(shí)增加了半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)成本。一些只有在科幻電影里看到的發(fā)明，如植物型太陽能電池，超薄、超輕可折疊的顯示屏，電子皮膚，機(jī)器人上的用的傳感器，模擬人眼功能的電子目艮，這一切都需要解決的一個(gè)問題是，要把目前成熟的半導(dǎo)體工藝復(fù)制到人類想要的基底上，亟需解決的是如何把制備器件所需的電極圖形復(fù)制到目標(biāo)基底上。因此發(fā)展一種簡(jiǎn)單高效的方法來轉(zhuǎn)移電極到任意基底上刻不容緩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決技術(shù)存在的困難，本發(fā)明提供一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法。通過將硅片上的電極圖形轉(zhuǎn)移到任意基底的方式構(gòu)建器件來驗(yàn)證方法的可行性。使用常見器件的電極圖形來驗(yàn)證轉(zhuǎn)移后器件的性能的差異，結(jié)果表明器件保持應(yīng)有的性能。本方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)，在器件的制備與集成中具有重要應(yīng)用前
旦
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[0004]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的一種技術(shù)方案是:
1)襯底的清洗:取一硅片采用清洗液超聲清洗，然后吹干備用；
2)鍍銅:利用磁控濺射的方法在洗凈的硅片襯底表面蒸鍍一層銅，然后用清洗液對(duì)鍍銅硅片進(jìn)行沖洗，去除表面雜質(zhì)；
3)制備電極:在洗凈的鍍銅硅片上通過光刻、顯影、沉積金屬材料工藝制備出電極；
4)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在制備有電極的鍍銅硅片上涂上一層電極支撐層薄膜并置于加熱板或烘箱中加熱，所述電極支撐層薄膜固化并附著在所述制備有電極的鍍銅硅片的表面，接著將鍍銅硅片置于銅刻蝕液中，待銅反應(yīng)完全后，附帶有電極圖形的電極支撐層漂浮在刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面；
5)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維半導(dǎo)體納米材料通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，二維半導(dǎo)體納米材料采用直接蒸鍍的方式沉積至目標(biāo)基底上；
6)器件的構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至帶有半導(dǎo)體納米材料的目標(biāo)基底上，自然晚干；
本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟2)中鍍?cè)诠杵砻嫔系你~層厚度為300-1000nm。
[0005]本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述電極支撐層薄膜材料是溶度為6%的聚甲基丙烯酸甲酯，其中旋涂條件為2000-3500轉(zhuǎn)、20-30秒，加熱溫度和時(shí)間分別為120°C、3-5min ;所述銅刻蝕液是飽和的過硫酸銨或氯化鐵溶液。[0006]本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述電子器件可以是頂柵結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。
[0007]本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟6)中所述的器件的構(gòu)筑是將漂浮在水面的電極圖形平鋪在帶有半導(dǎo)體材料的基底上自然晾干。本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，留在所述刻蝕液里的硅片，能夠取出后清洗回收再利用。
[0008]本發(fā)明采用的另一種技術(shù)方案是一種將電極圖形轉(zhuǎn)移至任意基底并在基底上構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:
1)襯底的清洗:取一金屬犧牲層作為襯底采用清洗液超聲清洗，然后吹干備用；
2)制備電極:在洗凈的所述金屬犧牲層上通過光刻、顯影、沉積金屬材料工藝制備出電
極；
3)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在所述制備有電極的金屬犧牲層上涂上一層電極支撐層薄膜并置于加熱板或烘箱中加熱，所述電極支撐層薄膜固化并附著在制備有電極的金屬犧牲層表面，接著將金屬犧牲層置于金屬刻蝕液中，待金屬犧牲層反應(yīng)完全后，附帶有電極圖形的電極支撐層漂浮在所述金屬刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面；
4)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維半導(dǎo)體納米材料通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移，二維半導(dǎo)體納米材料采用直接蒸鍍半導(dǎo)體薄膜的方式沉積至目標(biāo)基底上；
5)器件的構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至帶有半導(dǎo)體納米材料的目標(biāo)基底上，自然晾干。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，不受電極種類和形狀的限制；
2、轉(zhuǎn)移電極的產(chǎn)率幾乎為100%;
3、按照此方法得到器件能保持應(yīng)有性能；
4、可拓展從有機(jī)到無機(jī)半導(dǎo)體材料，從零維到三維尺度，普適性高。
[0010]綜上，由于本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，普適性高，產(chǎn)率高，方法靈活而且可以大面積制備。
[0011]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，下面以本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明。本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的第一種優(yōu)選實(shí)施例的電極圖形轉(zhuǎn)移流程圖；
圖2為本發(fā)明的第一種優(yōu)選實(shí)施例的器件構(gòu)筑流程圖；
其中:1.硅片襯底，2.銅層，3.電極，4.電極支撐層，5.目標(biāo)基底，6.半導(dǎo)體納米材料?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0014]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的第一種優(yōu)選實(shí)施例包括以下步驟:
I)襯底的清洗:取一硅片襯底I分別用丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲清洗，接著用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 2)鍍銅:利用磁控濺射的方法在所述洗凈的硅片襯底I表面蒸鍍一銅層2，然后用丙酮對(duì)所述鍍銅硅片進(jìn)行沖洗，去除表面雜質(zhì)；
3)制備電極:在所述洗凈的鍍銅硅片上通過光刻、顯影、沉積金屬材料等工藝制備出電極3 ;
4)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在所述制備有電極3的鍍銅硅片上涂上一層電極支撐層4并置于加熱板或烘箱中加熱，電極支撐層4固化并附著在制備有電極3的鍍銅硅片表面，接著將鍍銅硅片置于銅刻蝕液中，待銅反應(yīng)完全后，附帶有電極3的電極支撐層4漂浮在刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將所述附帶有電極3的電極支撐層4轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面；
5)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維或二維半導(dǎo)體納米材料6通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底5上；
6)器件的構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的附帶有電極3圖形的電極支撐層4轉(zhuǎn)移至所述帶有半導(dǎo)體納米材料6的目標(biāo)基底5上，自然晾干，這樣完成了在目標(biāo)基底5上電子器件的制備，待后續(xù)性能測(cè)試；
7)硅片的回收再利用:將留在刻蝕液里的硅片1，取出后清洗干凈，回收再利用。
[0015]本發(fā)明的第二種優(yōu)選實(shí)施例包括以下步驟:
1)襯底的清洗:取一銅箔作為襯底分別用丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲清洗，接著用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 2)制備電極:在洗凈的銅箔襯底上通過光刻、顯影、沉積金屬材料等工藝制備出電極；
3)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在所述制備有電極的銅箔上涂上一層電極支撐層薄膜并置于加熱板或烘箱中加熱，電極支撐層薄膜固化并附著在制備有電極的銅箔表面，接著將銅箔置于銅刻蝕液中，待銅反應(yīng)完全后，附帶有電極圖形的電極支撐層漂浮在刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面；
4)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維或二維半導(dǎo)體納米材料通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上；
5)器件的構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至帶有半導(dǎo)體納米材料的目標(biāo)基底上，自然晾干，這樣完成了在目標(biāo)基底上電子器件的制備，待后續(xù)性能測(cè)試。
[0016]在本發(fā)明所涉及的方法中，半導(dǎo)體器件的構(gòu)筑并非采用常規(guī)的光刻工藝直接在帶有半導(dǎo)體材料的目標(biāo)基底上直接光刻出電極圖形，而是先在其他襯底上光刻出所需圖形，然后通過腐蝕犧牲層的方式將電極圖形轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底，因而目標(biāo)基底不用經(jīng)受光刻膠、顯影液等溶劑的造成的損傷，因此本發(fā)明的目標(biāo)基底材質(zhì)可以是任意材料，如:紙張、樹葉、塑料、金屬、布料等，目標(biāo)基底也不受其形狀限制，其形狀可以是:圓柱體、平面、球面等。
[0017]本發(fā)明的犧牲層不限于鍍銅材料，也可以是其他金屬材料，此時(shí)的腐蝕液也采用相應(yīng)的金屬腐蝕液。
[0018]本發(fā)明采用鍍銅的技術(shù)方案具有一下有益效果:1.金屬銅的材料成本較低，使用銅有利于降低成本，2.銅刻蝕液的腐蝕性較低，不會(huì)對(duì)器件的其他部分產(chǎn)生腐蝕或損傷，3.采用銅刻蝕液刻蝕鍍銅反應(yīng)速度較快，節(jié)省時(shí)間。
[0019]本發(fā)明的銅層厚度為300nm，恰當(dāng)?shù)暮穸扔欣谔岣咿D(zhuǎn)移效率和減少生產(chǎn)成本，若所鍍銅層過厚，銅刻蝕液消耗量較大，且刻蝕時(shí)間較長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)；若過薄，在其上的形成的電極圖形易出現(xiàn)凹凸不平或不完整等情況。
[0020]電極支撐層材料是溶度為6%的聚甲基丙烯酸甲酯，其中旋涂條件為2000轉(zhuǎn)、20秒2000r、20s，加熱溫度和時(shí)間分別為120°C、3min，這種條件下形成的電極支撐層厚度均一且致密，支撐電極效果好，保證轉(zhuǎn)移的產(chǎn)率。
[0021]留在所述刻蝕液里的硅片，能夠取出后清洗回收再利用，這種方法相比傳統(tǒng)基于硅片的半導(dǎo)體工藝在成本方面有巨大的優(yōu)勢(shì)。電子器件可以是頂柵結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，頂柵結(jié)構(gòu)有利于構(gòu)筑基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的邏輯電路，如反相器、門電路等，而傳統(tǒng)的蒸鍍方式只能構(gòu)筑底柵器件難以實(shí)現(xiàn)器件集成。電極圖形可以是同種類型電極對(duì)用于形成歐姆接觸，異種電極對(duì)用于形成肖特基接觸，以及頂柵型FET電極。
[0022]以上依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)襯底的清洗:取一硅片采用清洗液超聲清洗，然后吹干備用； 2)鍍銅:利用磁控濺射的方法在洗凈的硅片襯底表面蒸鍍一層銅，然后用清洗液對(duì)鍍銅硅片進(jìn)行沖洗，去除表面雜質(zhì)； 3)制備電極:在洗凈的鍍銅硅片上通過光刻、顯影、沉積金屬材料工藝制備出電極； 4)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在制備有電極的鍍銅硅片上涂上一層電極支撐層薄膜并置于加熱板或烘箱中加熱，所述電極支撐層薄膜固化并附著在所述制備有電極的鍍銅硅片的表面，接著將鍍銅硅片置于銅刻蝕液中，待銅反應(yīng)完全后，附帶有電極圖形的電極支撐層漂浮在刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面； 5)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維半導(dǎo)體納米材料通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，二維半導(dǎo)體納米材料采用直接蒸鍍的方式沉積至目標(biāo)基底上； 6)器件的構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至帶有半導(dǎo)體納米材料的目標(biāo)基底上，自然晾干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:步驟2)中鍍?cè)诠杵砻嫔系你~層厚度為300-1000 nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:所述電極支撐層薄膜材料是溶度為6%的聚甲基丙烯酸甲酯，其中旋涂條件為2000-3500轉(zhuǎn)、20-30秒，加熱溫度和時(shí)間分別為120°C、3_5min ;所述銅刻蝕液是飽和的過硫酸銨或氯化鐵溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:所述電子器件可以是頂柵結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:步驟6)中所述的器件的構(gòu)筑是將漂浮在水面的電極圖形平鋪在帶有半導(dǎo)體材料的基底上自然晾干。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于:留在所述刻蝕液里的硅片，能夠取出后清洗回收再利用。
7.一種將電極圖形轉(zhuǎn)移在任意基底上并構(gòu)建電子器件的方法，其特征在于: 1)襯底的清洗:取一金屬犧牲層作為襯底采用清洗液超聲清洗，然后吹干備用； 2)制備電極:在洗凈的所述金屬犧牲層上通過光刻、顯影、沉積金屬材料工藝制備出電極； 3)電極的轉(zhuǎn)移:采用旋涂的方法在所述制備有電極的金屬犧牲層上涂上一層電極支撐層薄膜并置于加熱板或烘箱中加熱，所述電極支撐層薄膜固化并附著在制備有電極的金屬犧牲層表面，接著將金屬犧牲層置于金屬刻蝕液中，待金屬犧牲層反應(yīng)完全后，附帶有電極圖形的電極支撐層漂浮在所述金屬刻蝕液表面；接著采用玻璃襯底將附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至去離子水中使其漂浮在去離子水表面； 4)半導(dǎo)體納米材料的轉(zhuǎn)移:將一維半導(dǎo)體納米材料通過接觸印刷法轉(zhuǎn)移，二維半導(dǎo)體納米材料采用直接蒸鍍半導(dǎo)體薄膜的方式沉積至目標(biāo)基底上；5)器件的 構(gòu)筑:將漂浮在去離子水表面的所述附帶有電極圖形的電極支撐層轉(zhuǎn)移至帶有半導(dǎo)體納米材料的目標(biāo)基底上，自然晚干。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103956320SQ201410152683
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】揭建勝, 鄧巍, 張秀娟 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)