專利名稱:器件的圖案形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備例如有機電子器件和用于形成這種器件的方法。
背景技術(shù)：
半導體共扼(conjugate)聚合物薄膜晶體管(TFT)最近變得有興趣應用于集成在塑料襯底上的便宜的邏輯電路(C.Drury等人，APL 73，108(1998))以及高分辨率有效矩陣顯示器中的光電子集成器件和像素晶體管開關(guān)(H.Sirringhaus等人，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur等人，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))中。在使用聚合半導體和無機金屬電極和柵極絕緣層的測試器件配置中，高性能TFT已經(jīng)說明。高達0.1cm2/Vs的載流子遷移率和106-108的開關(guān)電流比已經(jīng)達到，這可與非晶硅TFT的性能相比較(H.Sirringhaus等人，Advances in Solid State Physics，39，101(1999))。
聚合半導體的優(yōu)點之一在于它們適用于簡單且低成本的溶解處理。但是，全聚合物TFT器件和集成電路的制造要求能夠形成聚合物導體，半導體和絕緣體的橫移模式。各種圖案形成技術(shù)例如照相平版印刷術(shù)(WO 99/10939 A2)，絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等人，Chem.Mat.9，1299(1997))，軟平版沖壓(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))和微模塑法(J.A.Roger，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))以及直接噴墨印刷(H.Sirringhaus等人，UK 0009911.9)已經(jīng)說明。
許多直接印刷技術(shù)不能提供定義TFT的源極和漏極所要求的圖案形成分辨率。為了獲得足夠的驅(qū)動電流和開關(guān)速度，低于10μm的溝道長度被要求。在噴墨印刷的情況下，可達到的分辨率由改變噴嘴處的噴射方向而引起的小滴飛行方向的偶然變異和由襯底上小滴的不受控噴散限制為20-50μm。
分辨率限制通過在預先形成圖案的襯底上印刷來滿足，該襯底包含不同表面自由能的區(qū)域(H.Sirringhaus等人，UK 0009915.0)。當導電聚合物的基于水的墨滴印刷到襯底上時，該襯底包含排斥、憎水的表面結(jié)構(gòu)的狹窄區(qū)域，小滴的噴散可以被限制并且溝道長度僅為5μm的晶體管溝道可以被定義，而沒有源極和漏極之間的意外短路。憎水隔板可以以幾種方法來定義，例如通過憎水聚合物的照相平版印刷，或者通過自組合單分子層的軟平版沖壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案涉及一種用于定義晶體管器件的電活化聚合物圖案可以通過直接激光成像技術(shù)以微米分辨率印刷的方法。本方法基于掃描一系列聚焦在襯底上的激光光束。聚焦的光點引起電活化聚合物層或表面改性模板層的性質(zhì)的局部變化。在這里說明幾種方法，通過這些方法，這種局部變化用來產(chǎn)生電活化聚合物的高分辨率圖案。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，激光具有紅外波長，并且引起局部熱效應。作為選擇，光可以是可見光或紫外波長，當吸收光子時，其引起化學結(jié)構(gòu)的局部變化或分子的局部激活。當將要形成圖案的薄膜的陡沿清晰度或小的光誘導的降解是必需的時候，紅外光特別有用。另一方面，當要求高的空間分辨率接近相當于光波長的衍射極限時，可見光或紫外光特別有用。
計算機印版(computer-to-plate，CTP)成像技術(shù)在制版印刷工業(yè)中使用，以產(chǎn)生膠印的印刷版。印刷版由鋁或聚酯制成，并且涂敷有適當?shù)墓饷魧?。它們需要用排斥墨水的親水非圖像表面區(qū)域和吸收墨水的親油圖像區(qū)域來制備。在壓鍛時，親水區(qū)域用基于水的噴水溶液弄濕。在典型的預壓榨版上成像機中，板涂層使用一系列激光點來曝光。早期的CTP系統(tǒng)使用紫外光和可見光，近年來，使用紅外激光點陣列(普通波長為830nm或1046nm)的熱成像已經(jīng)變得普遍，因為它更好的圖像清晰度和減少的自然光和室內(nèi)燈暴露的敏感性。幾種技術(shù)用來將像圖轉(zhuǎn)換成光敏涂層。大多數(shù)基于可見光和紫外光的系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的鹵化銀顯影。熱成像基于光敏聚合物化學結(jié)構(gòu)的熱引起的改變，其使得圖像在隨后的堿性溶液定影液中顯影。一個實例是Kodak彩色圖像的熱敏印刷版/830。熱敏版的典型敏感度大約為100-150mJ/cm2，其在曝光過程中轉(zhuǎn)化為超過650℃的襯底溫度。無后處理版基于薄涂層例如親油銀層的消融/蒸發(fā)。無后處理版不需要隨后的化學顯影，但是典型地需要甚至更高的曝光溫度。一個實例是Agfa的Mistral版。
直接激光成像的版上成像機(platesetter)包括單獨控制的激光二極管5，5’，5”的線性陣列，它們連接到光纖25并且聚焦到使用焦闌(telecentric)透鏡系統(tǒng)4的印刷版的表面上(圖10(a))。作為選擇，連接到圓柱型透鏡組4和空間光調(diào)制器24的未聚焦激光源5，例如數(shù)字鏡設(shè)備的陣列或液晶陣列可以被使用。與致偏板連接的二維空間光調(diào)制器可以用來增強印刷速度(US 6208369)。直接激光成像廣泛用于產(chǎn)生在報紙上印刷的印刷版。
從上面的描述顯然，熱敏印刷技術(shù)直接應用于光活性晶體管電路的制造是不可能的。在熱成像器中使用的曝光溫度不能與聚合物晶體管電路的制造相容。大多數(shù)聚合物材料如果加熱到高于250-300℃的溫度則極大地降解。而且，在電活化電路的情況下，將形成圖案的層形成電路的一部分，并且光束聚焦于其上的襯底可能已經(jīng)包含沉積在其上的幾層電活化聚合物材料。相反，印刷版是將轉(zhuǎn)移到最終襯底上的墨水/墨粉的中間承運者，并且在印刷版上形成圖案的犧牲層其自身不會變成最終圖像的一部分。如下面討論的，這些重要的差別利用制造有源電子電路的嚴格溫度，穩(wěn)定性和厚度需求，這比制造印制板具有更大的挑戰(zhàn)。
本發(fā)明提供了一種用于在第一襯底上形成電器件的方法，其中該電器件包括至少一個形成圖案的層，該方法包括在第一襯底上的材料的第一層上形成圖案的步驟，在上述步驟中包括選擇性地將第一層暴露于光束的步驟，以改變第一層的物理性質(zhì)；以及在第一層上沉積有機材料的第二層的步驟，使得第二層的沉積的圖案受第一層的圖案形成的影響。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，對沉積第二層的材料的溶劑進行選擇，使得第二層的材料禁止沉積在材料的第一層的改變的表面自由能的區(qū)域中。還可以對沉積第二層的材料的溶劑進行選擇，使得第二層的材料禁止沉積在材料的第一層中表面自由能沒有被光束改變的區(qū)域中。
本發(fā)明還提供了一種用于在第一襯底上形成電器件的方法，其中該電器件包括至少一個形成圖案的層，該方法包括選擇性地將第二襯底上的材料的第一層暴露于光束，以便將第一層上的圖案轉(zhuǎn)移到第一襯底上；在第一襯底上的第一層的圖案上沉積有機材料的第二層，以使第二層的沉積的圖案受第一層的圖案形成的影響。



本發(fā)明現(xiàn)在將通過實例參考附隨附圖來描述，其中圖1顯示通過使用光吸收層而熱引起的溶解度變化來直接布線電活化聚合物圖案的原理圖。
圖2顯示不使用光吸收層通過光誘導的溶解度變化來聚合物形成圖案的原理圖。
圖3顯示通過光誘導的溶解度變化來對表面改性層形成圖案，繼之電活化聚合物的直接印刷的原理圖。
圖4顯示完成印刷的聚合物TFT器件的原理圖。
圖5顯示表面改性層的光誘導的解吸，繼之電活化聚合物的直接印刷的原理圖。
圖6顯示光促進的表面化學反應，繼之電活化聚合物的直接印刷的原理圖。
圖7顯示光誘導的厚度變化，繼之自組合單分子層的選擇性沉積和電活化聚合物的直接印刷的原理圖。
圖8顯示表面改性層的光誘導的轉(zhuǎn)移，繼之電活化聚合物的直接印刷的原理圖。
圖9顯示襯底在激光下的掃描移動以產(chǎn)生圖案的原理圖。
圖10顯示發(fā)源于一系列單個激光二極管(a)或單個激光源(b)的一系列激光點的原理圖。
圖11顯示大型彈性襯底在激光點陣列下移動的卷到卷形成圖案的原理圖。
圖12說明通過熱敏印刷而形成的表面能圖案的細微特征定義和通過(a)使用不間斷線和(b)使用互連線的中斷來直接印刷而形成的粗糙圖案形成的組合。
圖13顯示具有從平行表面能隔板的單個陣列高分辨率定義的通道的晶體管的有效矩陣陣列。
圖14顯示使用表面改性層來提供通過噴墨蝕刻制造小的通孔的限制的原理圖。
圖15顯示通過光檢測移動襯底下的對準標記來對準襯底，以及使得絕對位置通過僅在X方向上移動來確定的對準標記設(shè)計的原理圖。
圖16顯示對于一定范圍的焦點高度，激光成像的聚酰亞胺線寬的試驗數(shù)據(jù)，并且比較水平和垂直印刷的線的寬度。除了一個數(shù)據(jù)點之外，所有數(shù)據(jù)點的垂直線寬都低于5μm。水平線一貫比垂直線寬高達3倍。
圖17顯示垂直印刷的激光成像的聚酰亞胺線的顯微鏡圖像。垂直線用380mJ/cm2的劑量印刷。圖的上半部線寬大約為3.5μm。
圖18顯示水平印刷的激光成像的聚酰亞胺線的顯微鏡圖像。水平線用380mJ/cm2的劑量印刷(與圖1同時成像)。線寬大約為7μm-垂直線寬的兩倍。
圖19顯示所獲得的最窄激光成像的聚酰亞胺線的顯微鏡圖像。這些垂直成像的線(380mJ/cm2，顯影20分鐘)降到2μm寬。
圖20顯示對角線激光成像的聚酰亞胺線的顯微鏡圖像。(由激光點大小而引起的)無意的規(guī)則鋸齒邊緣可以用來增加溝道寬度。
圖21顯示在印刷的磨損聚酰亞胺線的頂部上，在單軸對準的半導體聚合物F8T2的正交偏光鏡下所取的光學顯微圖像。明反襯的區(qū)域是F8T2沿著下面的聚酰亞胺線的磨損方向單軸對準的那些區(qū)域。對準通過在150℃退火F8T2膜10分鐘來獲得。
圖22顯示用于定義與源-漏極最小疊加的柵極的自對準過程。
具體實施方式
本發(fā)明的一個實施方案涉及一種用于電活化聚合物膜3的直接圖案形成的低溫激光成像方法，該電活化聚合物膜3已經(jīng)從溶液中涂層，作為襯底1之上的薄的連續(xù)膜。從溶液中沉積薄膜的適當沉積技術(shù)包括旋涂，刮涂，擠壓涂布或某種形式的印刷，例如絲網(wǎng)印刷。波長為λ的強激光束聚焦在樣品上，以引起電活化聚合物溶解性能的局部變化。優(yōu)選地，溶解度變化由聚合物的局部加熱而引起。優(yōu)選地，光束具有紅外波長，以使對電活化聚合物的損壞達到最小。如果剛一照射，聚合物就變得在以其未照射形式可溶解的特定溶劑中不可溶解，圖案可以在局部暴露以照射之后通過在該溶劑的槽中清洗聚合物薄膜來產(chǎn)生。僅僅在薄膜曾經(jīng)暴露的那些區(qū)域中，聚合物材料仍然保留在襯底上。圖案可以通過掃描激光束穿過該樣品來書寫。
為了有效地吸收激光，光吸收層(2)可以被沉積，與光活化聚合物直接接觸(圖1)。光吸收層優(yōu)選地對于所使用的激光波長具有強吸收截面。它優(yōu)選地從溶液沉積，但是它不可溶解在沉積電活化聚合物的溶劑中。光吸收層可以在電活化聚合物之前或之后沉積。光吸收層可以包括混合到粘合劑聚合母體中的染料分子或者簡單地金屬薄膜。染料分子也可以通過從染料/聚合物混合物溶液沉積來直接混合到電活化聚合物中。作為選擇，激光波長可以被選擇，使得光可以直接被電活化聚合物吸收，而不需要額外的光吸收劑(圖2)。許多聚合物在中場和近場紅外光譜范圍中具有強吸收，因為紅外活性的分子內(nèi)振動和這種振動的諧音。
某些電活化聚合物經(jīng)歷導致它們在不同溶劑中的溶解度的顯著變化的熱引起的轉(zhuǎn)變。表現(xiàn)出這種熱引起的變化的重要共扼聚合物是使用聚苯乙烯磺酸質(zhì)子化的導電聚合物聚(3，4-噻吩二氧乙烯)(PEDOT/PSS)。由Bayer化學公司研制的合成方法(L.B.Groenendaal等人，Adv.Mat.12，487(2000))在包含聚合平衡離子PSS的水溶液中聚合噻吩二氧乙烯單體。合成的聚合物溶液在幾個月的時間段上是穩(wěn)定的，使得PEDOT/PSS薄膜可以容易地通過技術(shù)例如旋涂來沉積。但是，在退火到150-250℃的溫度并且烘干水之后，PEDOT/PSS膜不再可溶于水中。通過聚焦的激光照射PEDOT/PSS圖案來局部加熱隨后可以在例如水，異丙醇或丙酮的溶劑槽中顯影。PEDOT/PSS的這種圖案可以用作聚合物TFT器件的電極。PEDOT/PSS中熱引起的溶解度變化的機理，該溶解度變化也伴有膜導電性的顯著、期望增強，目前并不完全理解。這可能與PEDOT和PSS之間熱引起的相位分隔，從而導致密切接觸的正電性的PEDOT和負電性的PSS之間強烈的離子相互作用有關(guān)。在PEDOT/PSS的情況下，紅外光可以直接被PEDOT吸收，因為近場和中場紅外中的強的極化子吸收特性(L.B.Groenendaal等人，Adv.Mat.12，487(2000))。
幾種其他的共扼聚合物例如半導體聚芴(polyfluorene)聚合物也表現(xiàn)出溶解度變化，因為固態(tài)的聚合物形態(tài)的熱引起的變化。通過加熱，聚合物形態(tài)可以從浸液涂漆之后的高熵無序狀態(tài)局部地變化為具有更有序的或結(jié)晶形態(tài)的低熵狀態(tài)。在該更有序的狀態(tài)中，在大多數(shù)溶劑中的溶解度降低，并且通過仔細地選擇顯影溶劑，圖案可以通過洗掉處于無定形狀態(tài)的那些區(qū)域中的聚合物來顯影。
適用于這種圖案形成技術(shù)的其他種類的聚合物是前體聚合物，該前體聚合物例如因在升高的溫度下溶解離去基團的釋放，而經(jīng)歷聚合物基本化學結(jié)構(gòu)的熱引起的變化，例如聚亞乙烯次苯(poly-phenylenevinylene)或聚亞乙烯次噻吩(polythienylenevinylene)前體(回顧，參看例如，D.Marsitzky等人，“Advancesin SyntheticMetals”(合成材料的進展)，ed.P.Bernier，S.Lefrant，G.Bidan，Elsevier(Amsterdam)p.1-97(1999))。典型的轉(zhuǎn)化溫度大約為200-300℃。
作為選擇，可以使用交聯(lián)反應。在這種情況下，聚合物與交聯(lián)劑混合，當局部加熱時，交聯(lián)劑將薄膜轉(zhuǎn)化成不可溶解的網(wǎng)絡(luò)。適當?shù)慕宦?lián)劑的一個實例是六羥甲基三聚氰胺(hexamethoxymethylmelamine)。作為局部加熱的備選，交聯(lián)可以通過使用紫外光束來引發(fā)。
為了防止電活化聚合物在曝光過程中降解，仔細地使溫度達到最低并且使用長波長的光是重要的。大多數(shù)共扼聚合物如果加熱到300℃以上將會降解，并且傾向于光誘導的氧化，尤其是當暴露于可見光或紫外光時。這可以通過使用紅外光，并且通過仔細地使激光強度和曝光時間達到最小來防止。另外，曝光可以在惰性氣氛例如氣態(tài)氮氣氛下執(zhí)行。
激光點通過將樣品放置在高精度xy移動平臺上來跨越樣品掃描。作為選擇，光束可以使用可旋轉(zhuǎn)的機動鏡來掃描。z方向上的另一個平移自由度被要求，以調(diào)整激光點的焦點適應于光吸收應當發(fā)生的層。這樣，聚合物圖案可以直接書寫到襯底上。如果機械平臺由計算機來控制，圖案可以使用適當?shù)能浖鼇碓O(shè)計，然后直接傳送到聚合物膜中而不需要制造單獨的模板或印刷版。
WO 99/10939 A2公開一種通過光掩模暴露于紫外光(UV)來在導電聚合物膜上形成圖案的技術(shù)。光掩模包括阻擋UV光的敷以金屬的區(qū)域的圖案。聚合物與交聯(lián)劑混合。在膜暴露于UV光的區(qū)域中，致使聚合物膜不可溶解的交聯(lián)反應被誘導，使得聚合物可以隨后在未暴露的區(qū)域中洗掉。這種技術(shù)在幾個方面不同于這里提出的技術(shù)。首先，它要求TFT電路的每個層以及每個TFT電路布局具有單獨的光掩模。在這里提出的直接書寫技術(shù)中，圖案通過導通/關(guān)閉不同的聚焦激光點和通過樣品在激光束下的掃描移動來定義。這里公開的技術(shù)不需要制造掩模板，也不需要樣品和掩模板的物理接觸是有利的。因此我們的技術(shù)不易傾向于顆粒污染和磨損。此外，WO 99/10939 A2中公開的方法依賴于UV光誘導的交聯(lián)反應。在這里公開的方法的優(yōu)選實施方案中，溶解度變化由使用低能量的紅外光的熱照射/局部加熱來誘導。UV曝光使許多電活化聚合物在該過程中降解，例如光氧化，但是許多共扼聚合物在高達150-300℃的溫度下具有良好的熱穩(wěn)定性。
為了實現(xiàn)具有清晰邊緣的圖案，激光點的強度橫斷面應當盡可能的窄。用于聚焦激光束的各種技術(shù)可以被使用，從透鏡聚焦延伸到更復雜的技術(shù)例如使光束穿過具有與折射率相關(guān)的明顯非線性強度的材料。實現(xiàn)直徑d接近于由光的波長確定的理論衍射極限的激光點是可能的。光束的強度在應當盡可能小的距離s上從其最大值減小到零強度也是重要的，即s＜＜d。在制版印刷工業(yè)中使用的當前技術(shù)水平的熱敏激光直接成像器達到5-10μm的點大小。比典型的Gaussian光束的強度剖面更陡峭并且在大約1μm或更短的長度標尺上從最大強度衰減到零強度的強度剖面可以獲得。實例是Creoscitex公司(www.creoscitex.com)的SquarespotTM板和trendsetter全勝系統(tǒng)或者Agfa(www.agfa.com)的Galileo版上成像機系列。
本發(fā)明的另一個方面涉及由UV激光陣列來形成圖案的表面改性層。襯底涂敷在UV敏感的表面改性層中，并且用聚焦的UV激光陣列來成像。將襯底浸入適當?shù)娘@影劑中來顯露圖案。
改性層可以是UV可曝光的聚酰亞胺層(例如結(jié)合UV-照相平版印刷術(shù)使用，以產(chǎn)生LCD顯示器的那些。UV可曝光聚酰亞胺的一個實例是Nissan RN-901)。這種UV-聚酰亞胺性能良好的，具有已知最佳的曝光時間，并且可以在普通的UV-抗蝕劑顯影劑(例如ShipleyMF319)中顯影。
適用于成像表面改性層的UV激光陣列的一個實例是在MIT由H.I.Smith等人設(shè)計的波帶片陣列平版印刷工具(ZPAL)。(參見DarioGil，Rajesh Menon，D.J.D.Carter和H.I.Smith的LithographicPatterning and Confocal Imaging with Zone Plates(使用波帶片的平版印刷圖案形成和共焦成像)。將在2000年11/12月的Vacuum Sciencesand Technology(真空科學與技術(shù))雜志中發(fā)表)。
使用系統(tǒng)例如ZPAL，分辨率大約為350nm的表面圖案形成已經(jīng)使用激光陣列頭的單通道中大面積(～1mm)上的激光點陣列來說明。(D.J.D.Carter，Dario Gil，Rajesh Menon，Mark K.Mondol，H.I.Smith和E.H.Anderson的Maskless Parallel Patterning with zone-plate-array Lithography(使用波帶片陣列平版印刷的無掩模并行圖案形成)。Vacuum Sciences and Technology(真空科學與技術(shù))雜志B 17(6)，1999年11/12月)。
本發(fā)明的第二實施方案涉及一種通過激光成像產(chǎn)生表面自由能圖案的方法，其可以用來指示在隨后的涂敷或印刷步驟中電活化墨水的沉積(圖3)。連續(xù)的表面改性層8首先沉積到襯底上。該層被選擇，使得它的表面具有與下面的襯底不同的表面能量。例如，襯底可以是親水的，例如玻璃襯底，而表面改性層可以是憎水聚合物例如聚酰亞胺層。光吸收劑也可以被沉積。然后層通過以與上述方法類似的方法局部加熱來修改。本發(fā)明的一種可能實施方案是玻璃襯底上的一層前體聚酰亞胺，其通過局部退火到200-350℃的溫度轉(zhuǎn)化成不可溶解態(tài)。然后，圖案可以隨后在前體形式例如環(huán)戊酮的良好溶劑中清洗膜來顯影。寬范圍的聚酰亞胺可以以這種方法來形成圖案，包括通常通過傳統(tǒng)的蝕刻，例如Merck的ZLI-2650，或者光可成像聚酰亞胺(polyimidea)，例如HD微系統(tǒng)的Pyralin PI2720來形成圖案的聚酰亞胺。類似地，前體共扼聚合物層例如前體聚亞乙烯次苯可以被使用。前體聚酰亞胺和PPV的特殊且有吸引力的特性在于它們可以像晶體管的活性半導體聚合物的對準層一樣來使用(參見下面的討論)。
通過表面改性層的圖案形成，親水和憎水表面區(qū)域的表面自由能圖案被產(chǎn)生。如果這種形成表面能圖案的襯底然后浸泡到電活化聚合物的溶液中，電活化聚合物的極性(作為選擇非極性)溶劑沉積將僅在親水(作為選擇憎水)表面區(qū)域中發(fā)生。作為選擇，表面自由能圖案可以用來指示由直接印刷例如UK 0009915.0中描述的噴墨印刷沉積的電活化聚合物的墨滴的位置和流程。這樣，更高的印刷分辨率可以獲得，因為激光點分辨率可以顯著高于噴墨打印機的分辨率，噴墨打印機的分辨率由小滴飛行方向的隨機變化和襯底上的不定濕潤狀態(tài)所限制。由表面自由能圖案形成而制造的導電電活化聚合物的高分辨率印刷圖案可以用作印刷薄膜晶體管電路的電極和互連(H.Sirringhaus等人，Science(科學)290，2123(2000))。圖4顯示在半導體聚合物11和絕緣體聚合物12的層的沉積以及與源-漏通道重疊的導電聚合物柵極13的印刷之后，完整的聚合物薄膜晶體管。當構(gòu)建圖4中所示的TFT的層狀結(jié)構(gòu)時，需要仔細地選擇溶劑，以避免在下面的層的溶解和溶脹。已經(jīng)顯示，TFT的不同聚合物-聚合物分界面的足夠的結(jié)構(gòu)完整性可以使用極性和非極性溶解的交替序列來實現(xiàn)(H.Sirringhaus等人，UK 0009911.9)。
因為表面改性層與TFT的導電電極和半導體層直接接觸，特別需要注意，以保證表面改性層不會阻止電荷注入到器件中，并且保證它不會污染半導體層。表面改性層的厚度應當盡可能的薄，例如大約100-500。這樣，我們保證涂敷在上面的薄的半導體層和/或其他層的保形涂敷和小的附加源-漏接觸電阻。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，表面改性層是電子級絕緣體聚合物例如聚酰亞胺，其不包含可移動的低分子量雜質(zhì)微量，并且不可溶解于用于溶液沉積器件的隨后層的溶劑中。
如上所述表面能量圖案的圖案形成可以以下面的方法來實現(xiàn)。在溶解的N-甲基吡咯烷酮中，制備包含～830nm吸收染料(SDA8703)的聚酰亞胺(PI2610)。在溶液中的固體含量中，大約10％是染料并且90％是聚酰亞胺。玻璃襯底用該溶液旋涂，以實現(xiàn)各種膜厚度(在軟烘焙之后)，都大約～100nm。軟烘焙包括10分鐘在熱板上80℃下。
成像在一定范圍的激光功率和高度下執(zhí)行(以使激光焦點對準和不對準)。該聚酰亞胺的推薦傳統(tǒng)處理溫度是300℃，30分鐘，從而目標是保證聚酰亞胺簡短地(并且非常局部地)升高大大超過該溫度，當高度聚焦激光在襯底上掃描時。
已經(jīng)確定了將激光束聚焦到薄膜上的正確高度，執(zhí)行劑量試驗，以觀察線寬的變化。對于所有嘗試的劑量(對應于5W～12W的總激光功率(380～910mJ/cm2)，完成成像，每個劑量的最窄線不會寬于大約8μm，并且在一些劑量窄至2μm。該過程可能是某種程度的自約束。這是因為聚酰亞胺需要加熱到幾百℃以處理，并且在這些溫度下，能量吸收染料將被漂白。一旦染料被漂白，不再有能量(或者非常少)將沉積在聚酰亞胺中，并且處理過程停止。
立刻在成像之后，圖案可以在聚酰亞胺中看到(沒有顯影)，因為膜的處理區(qū)域變薄，并且略微地改變顏色(后者是因為染料被漂白并且膜在成像過程中暴露于空氣中)。圖案通過將成像的樣品浸泡在用于制造樹脂的溶劑(N-甲基吡咯烷酮)中來顯影。對于PI2610聚酰亞胺，顯影過程在室溫下需要大約20分鐘(并且對于較低分子量的聚酰亞胺可能需要更短的時間)。顯影過程也可能是自約束的(顯影24小時的樣品沒有表現(xiàn)出與顯影30分鐘的樣品明顯的差別)，因為膜的完全處理的部分絕不會溶解在溶液中。但是，部分處理的膜能夠最終將完全從襯底上溶解，并且在一個樣品上，樣品的大部分通過顯影而完全清除。在這種情況下，顯影時間上更緊的時間約束是必需的，但是通常對于完全處理的膜，這可以取消。
成像的圖案包括水平和垂直線，期望在10μm的間距上為5μm寬。垂直線平行于成像過程中平臺移動的方向，并且水平線垂至于該方向(所以，單個垂直線可能在一個通道上成像，但是水平線將需要許多通道，依賴于它的長度)。水平和垂直線寬的清楚差別在所有的樣品中是顯然的；垂直線一貫比水平線窄高達三倍(參見圖16，17和18)。
焦點試驗沒有顯示明朗的趨勢，但是線寬作為激光高度的函數(shù)建議激光以30聚焦(距離，任意單位)。但是，寬度為4μm或更窄的垂直線在低劑量(450mJ/cm2)和高劑量(908mJ/cm2)處可見。經(jīng)常在曝光之后，水平線顯示從聚酰亞胺聚集的更明顯的染料。在垂直成像的線中，這總是不太明顯，如從圖17和18的比較中可看到的。
測量的最窄線使用380mJ/cm2的劑量獲得，并且顯影20分鐘。線在圖19中所示，并且具有低至2μm的寬度，和良好的均勻性。
圖20顯示顯影之后的一些對象線成像的線。線的鋸齒邊緣是因為成像中使用的激光點的正方形特性。與聚酰亞胺線的實際長度相比較，這種類型的線對于增強TFT中的有效通道寬度是有用的。
在顯影板上的噴墨印刷說明聚酰亞胺在玻璃上形成憎水區(qū)域，限制電活化印刷聚合物。這通過在印刷之前在氧氣等離子中使得顯影的聚酰亞胺圖案1分鐘，以便使得玻璃足夠憎水以有效地印刷基于水的聚合物來實現(xiàn)。
激光成像聚酰亞胺的表面質(zhì)量足夠好，使得半導體聚合物可以在上面對準，在圖案形成之后聚酰亞胺的機械磨損之后。這在圖21中對于半導體聚合物F8T2而顯示，其通過在150℃的溫度下，使聚合物形成液晶相來在激光成像&隨后磨損的聚酰亞胺線的上面對準。聚合物的對準導致TFT移動性的增加，如果F8T2聚合物的鏈與TFT中的遷移方向平行對準。
本發(fā)明的另一個實施方案涉及也可以通過局部加熱而局部地從襯底上解吸的表面改性層14(圖5)。這可能涉及表面改性層14的蒸發(fā)。但是，蒸發(fā)所需的溫度要求足夠地低。表面改性層可以是共價地依附表面的自組合單層，例如沉積到親水玻璃襯底上的三氯硅烷或六甲基二硅氮烷的層。加熱溫度要求足夠，以斷開分子與表面的共價鍵。可選方案是低分子量無機分子的層，例如α-或β-取代的四噻吩十二烷或者9，9’-芴二烷單體，其在大約150-300℃的溫度下蒸發(fā)/升華。
原則上，該過程也可以用來直接對電活化聚合物形成圖案。但是，應當注意，大多數(shù)電活化聚合物在蒸發(fā)或消融的過程中傾向于降解/分解。
本發(fā)明的另一實施方案涉及一種表面圖案可以通過熱促進表面化學反應來實現(xiàn)的方法(圖6)。如果襯底浸于包含分子15的液體或優(yōu)選地氣體環(huán)境中，其中分子15可以經(jīng)歷與襯底頂層的熱激活的表面化學反應，表面圖案16可以產(chǎn)生，使得化學反應僅在那些用激光束照射的區(qū)域中進行。這種過程的一個實施方案是包含作為最頂層的極性親水聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)層的襯底，或者簡單的未處理玻璃襯底。表面的極性可以通過暴露于等離子處理例如射頻氧氣等離子(50-250W，13.5MHz，2-5分鐘)來增強。然后襯底浸于包含到襯底的結(jié)合團和用于表面能量修改的憎水尾團的自組合單層(SAM)的氣氛中(空氣或惰性氮中)。簡單封閉反應器玻璃管包括位于底部與加熱器接觸的自組合分子的液體容器和位于管頂部的水冷式冷凝器。樣品位于液體之上暴露于氣相的樣品支架上。樣品的后面也可以被冷卻。管具有接近于樣品表面的透明窗，熱輻射通過該透明窗進入。
對于不太親核的襯底，例如氧化銦錫(ITO)或者許多聚合物襯底，與氯硅烷或烷氧基硅烷的表面反應不會在室溫下顯著進行(Koide等人，J.Am.Chem.Soc.122，11266(2000))。但是，在高于典型地80-100℃的溫度下，反應快速地發(fā)生，并且導致密集的自組織單層在幾分鐘內(nèi)在親水樣品表面形成。自組織單層局部地使表面憎水，但是在未加熱的區(qū)域中，表面仍然是親水的。該表面能圖案可以在隨后的印刷步驟中使用，例如通過噴墨印刷，以指示如上所討論的電活性聚合物的墨滴的沉積和流動。應當理解，因為反應的激活所需的低溫度，該技術(shù)特別適用于襯底已經(jīng)包含可能不允許局部溫度超過100-150℃的幾層電活化聚合物的圖案形成步驟。這對于圖4中柵極的圖案形成特別有吸引力。使用表面改性層，導電聚合物的窄線可以噴墨印刷，這使得柵極和源/漏極之間的疊加電容達到最小。
對于在頂層形成圖案，自對準過程可能使用，其中先前定義的圖案用來限制襯底暴露于輻射的區(qū)域。例如，對于圖4中TFT的柵極的圖案形成，光束可以從透明襯底的背面入射，以這樣的一種方式，部分光被先前沉積的源-漏極阻擋，吸收或至少顯著地衰減。在紅外光和導電聚合物PEDOT的情況下，PEDOT高度吸收紅外線。以這樣的一種方式，光僅修改源-漏電極之間的區(qū)域中的頂層。該過程可以用于柵極的直接自對準圖案形成。作為選擇，柵極上面的表面改性層44，例如如上所述的自組織單層，可以以這種方式形成圖案。然后，繼之以例如通過直接印刷的柵極材料的自對準沉積，導致源-漏和柵極之間非常小的疊加電容(圖22)。
其他熱激活表面反應可以被使用，例如聚合物結(jié)合到襯底上(W.T.S.Huck等人，Langmuir 15，6862(1999))。這樣，聚合物層從表面的生長可以通過由光吸收促進反應來局部地啟動。
本發(fā)明的另一個實施方案涉及一種厚度剖面通過局部加熱在表面層中產(chǎn)生的方法(圖7)。許多聚合物18當退火時經(jīng)歷永久的體積變化，因為聚合物包裝的變化(例如因為結(jié)晶化)，因為交聯(lián)，或者因為揮發(fā)性種類的解吸。如上所提及的，漆有發(fā)亮的吸收染料膜的聚酰亞胺前體膜當暴露于紅外光誘導的熱轉(zhuǎn)換時，經(jīng)歷厚度變化。任何聚合物當退火到接近其分解溫度時損失質(zhì)量/改變體積。對于特定的聚合物系統(tǒng)，分解溫度可以由熱解重量分析(TGA)來確定。表面上的厚度剖面可以通過使聚合物層與用自組織單層20涂墨的平面橡皮圖章19相接觸，用來選擇性地修改聚合物表面的表面能量。該SAM圖案可以用來在隨后電活化聚合物的印刷步驟中，提供墨水限制阻擋。圖章應當盡可能的平且硬，并且施加的壓力應當盡可能的低，以防止圖章的下彎。該技術(shù)尤其適合于定義寬度為2-10μm的窄線，其中大約1000的小的厚度差異足夠防止圖章和凹入?yún)^(qū)域中的表面之間的接觸。
該技術(shù)涉及軟平版印刷印章(Xia等人，Angew.Chem.Int.Ed.37，550(1998))，其中具有表面凹凸圖案的軟的PDMS橡皮印章用來選擇性地將SAM沉積到平面聚合物表面上。軟平版印刷技術(shù)的一個缺點在于難以實現(xiàn)SAM圖案關(guān)于下面的圖案的精確定位，并且圖案在大面積上因印章的彈性和變形而變形。使用這里提出的技術(shù)，其中表面凹凸圖案可以與印章相反地在聚合物表面上形成，印章變形的問題可以克服。
本發(fā)明的另一個實施方案涉及表面改性層22到樣品襯底1上的直接沉積，這可以通過從單獨的轉(zhuǎn)移襯底21熱受激轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)(圖8)。樣品和轉(zhuǎn)移襯底之間距離應當盡可能的小，以實現(xiàn)精確的圖案轉(zhuǎn)移。優(yōu)選地應當小于1mm，最優(yōu)地小于500μm。同樣在這種情況下，光吸收層可以用在轉(zhuǎn)移襯底和待轉(zhuǎn)移的層之間。當曝光時失去附著或蒸發(fā)的附加釋放層可以用在光吸收層和釋放層之間。該方法可以用于電活化聚合物圖案的直接沉積，雖然應當對于許多電活化聚合物特別注意，以避免在熱轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生的降解。但是，該方法也非常適合于局部地改變表面能量的表面改性層23的沉積，并且提供隨后電活化聚合物10的印刷的阻擋層。適當?shù)尼尫艑硬牧峡梢允且粚有〉挠袡C分子(極性或者非極性，依賴于樣品襯底的極性)，其在室溫和大氣壓下是固態(tài)，并且在超過100-300℃的溫度下蒸發(fā)。優(yōu)選地，分子可以溶液處理，以允許到轉(zhuǎn)移襯底上的低成本涂敷。這種分子的一個實例是具有靈活的側(cè)鏈取代例如α-或β-取代的四噻吩十二烷或者9，9’-芴二烷單體的短共扼低聚物。注意，在這種轉(zhuǎn)移過程中，樣品襯底并不直接加熱，使得該過程特別適合于低溫塑料襯底，或者已經(jīng)包含溫度敏感的電活化層的襯底。
關(guān)于轉(zhuǎn)移改性層的厚度和純度的類似考慮，像對直接沉積到襯底上的表面改性層形成圖案的情況一樣地來使用。
為了獲得高的載流子遷移率，晶體管器件的半導體聚合物層需要高度有序，這可以通過利用自組織機理來實現(xiàn)。各種自組織半導體聚合物可以被使用，例如區(qū)域規(guī)則的(regioregular)聚3己基噻吩(P3HT)，和聚芴共聚物，例如聚9，9’-二辛基芴-共-二噻吩(F8T2)。
平行于TFT中電流方向的聚合物鏈的單軸對準是期望的，以便最佳地利用沿著聚合物鏈的快速鏈內(nèi)轉(zhuǎn)移。在液晶半導體聚合物例如F8T2的情況下，對準可以通過在具有對準的分子結(jié)構(gòu)的層上沉積半導體聚合物來引起(H.Sirringhaus等人，Appl.Phys.Lett.77，406(2000))，例如聚酰亞胺的機械磨損且光學對準的層。
單軸聚合物對準也可以通過暴露于線性偏振的光來引起。光可對準聚合物的實例包括聚酰亞胺，或者包含山道車花配對(cinamate)或偶氮苯團的聚合物(lchimura，Chem.Rev.2000，1847(2000)；Schadt等人，Nature(自然)381，212(1996))。用于形成圖案的光束可以線性偏振，并且該偏振可以用來誘導聚合物層的對準的分子結(jié)構(gòu)并同時定義圖案。該技術(shù)可以用來產(chǎn)生形成圖案的對準的表面能隔板，例如可光對準的聚酰亞胺，其能夠(a)提供高的印刷分辨率并且(b)用作隨后活性半導體聚合物例如液晶聚合物的沉積的對準層。該技術(shù)也可以用來直接形成圖案并且對準光可對準的半導體聚合物，例如包含并入側(cè)鏈中的偶氮苯團的共扼主鏈聚合物。
在所有上述處理中，襯底1可以是剛性襯底，例如厚的玻璃襯底，或者彈性襯底，例如薄的玻璃襯底或者塑料襯底，例如聚乙烯對酞酸鹽(PET)，聚醚砜(PES)，或聚酰亞胺(PI)。對于玻璃襯底或高溫塑料襯底(PI)，形成圖案所需的溫度(100-400℃)與襯底的溫度穩(wěn)定性相容。對于如果加熱到高于150℃的溫度則變形的低溫塑料襯底例如PET，光的波長應當被選擇，使得襯底對于入射輻射透明并且大部分熱量在光吸收層中產(chǎn)生。這樣，用于形成圖案的高溫可以局部地獲得而不使襯底變形。
上述技術(shù)中任何一種的圖案分辨率都由激光點強度剖面的直徑和銳度s(圖1)來確定。在由紅外光加熱的情況下，控制襯底上不同層的導熱率以及襯底自身的導熱率是重要的。對于大多數(shù)高分辨率圖案形成應用，使熱傳導達到最小是重要的。這可以通過選擇具有低導熱率的適當材料，通過在待形成圖案的層和襯底之間插入專用的低導熱率且不吸收光的夾層，和/或通過以脈沖模式操作激光，脈沖的持續(xù)時間大約為納秒來實現(xiàn)。每個位置上的幾個強脈沖在大多數(shù)情況下將足夠誘導期望的熱變化。發(fā)射的強度和數(shù)量應當被優(yōu)化，以獲得最大圖案清晰度和對材料的最小損壞之間的最佳平衡。如果熱傳導達到最小，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的圖案分辨率。
在通過暴露于可見光或紫外光來光形成圖案的情況下，分辨率在許多情況下將僅由激光點的聚焦來限制，其原則上可以聚焦低至光的波長λ，即可以具有亞微米的大小。
任何圖案可以例如通過將樣品放置在高精度二維移動平臺上，從而在樣品上掃描光束來定義(圖9)。使用現(xiàn)有技術(shù)水平的移動平臺，0.2-0.5μm的定位精度可以實現(xiàn)。作為選擇，在彈性襯底的情況下，襯底可以附加到滾筒上，激光裝置安裝在滾筒的內(nèi)部或外部。激光系統(tǒng)和樣品支架應當以這樣一種方式來安裝，即使得激光光束相對于樣品的振動達到最小?？梢詴鴮懙淖钚【€寬大約為點直徑d，而兩個印刷線之間的最小距離大約為s。使用為制版印刷工業(yè)而生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)水平的熱成像系統(tǒng)，這里描述的方法因此允許實際的薄膜晶體管電路的直接印刷，線寬大約為5-10μm，且最小溝道長度小于2-5μm。
該技術(shù)的吞吐量可以通過并行使用大量激光點來顯著增加(圖10)。各個激光點的強度剖面可以在焦平面中重疊，或者它們可以空間地分隔。前者是有利的，以在大面積上書寫無縫的圖案。為了進一步增強吞吐量，激光束可以例如通過用快速的機動鏡偏轉(zhuǎn)激光來掃描。高吞吐量激光直接成像的技術(shù)已經(jīng)為制版印刷工業(yè)中的印刷而研制。
為了以低成本獲得高吞吐量，聚合物晶體管電路的制造可以通過卷到卷的處理來實現(xiàn)，其中彈性襯底的連續(xù)覆蓋層通過一系列處理站來移動(圖11)，類似于報紙的印刷。
本發(fā)明的再一個實施方案涉及一種復雜電路圖案可以從包括一維線的陣列的簡單表面能圖案來印刷的方法。
如果襯底在聚焦光點的線性陣列下面連續(xù)地移動，包括窄截面的平行線的高分辨率表面能圖案可以由上述技術(shù)中的一種來定義(圖11)。在隨后的步驟中，電活化聚合物的復雜圖案可以使用較低分辨率的粗糙印刷技術(shù)，例如噴墨印刷，利用高分辨率表面能圖案以定義所有決定性的特征來直接書寫(圖12)。這特別適用于電路包括以復雜方法互連的類似或相同器件的陣列的情況。這種電路的實例是有效矩陣陣列(圖13)或者門陣列邏輯電路。在后者的情況下，完全相同的一維對準特征的陣列以適合特定邏輯元件的形狀形成。另一個實例是簡單的或非門，對于或非門，對準特征32可以例如具有簡單的U形。高分辨率源-漏通道可以使用表面能圖案來對準，并且較低分辨率互連，通孔，和電極可以直接在任意位置上印刷。
這里公開的方法理想地適合于卷到卷的處理，因為表面能量圖案可以通過在第一處理站中彈性襯底在光點線性陣列下面的簡單滾動，并且在第二處理站中電活性聚合物所需圖案的直接印刷來定義。在槽中顯影表面圖案能量的中間步驟也可以包括，如果需要的話(圖11)。
結(jié)合直接印刷技術(shù)例如噴墨印刷使用一維、高分辨率對準特征的陣列，可以實現(xiàn)幾乎任何電路功能。為了定義由一個或多個表面能隔板相隔的不同區(qū)域中的器件之間的互連，通過直接在阻擋線上面放置一個或多個小滴來簡單地跨越表面能隔板(圖12)印刷是可能的。作為選擇，一維線陣列可以通過接通和斷開激光束在某些區(qū)域中中斷，以為相交的互連線留置空間(圖13)。通常一維對準特征不需要截面平行。任意的一維特征都可以通過掃描單個激光束或者掃描可以單獨偏轉(zhuǎn)的光束陣列來直接書寫到襯底上。
在許多情況下，要求相對于先前印刷在襯底上的圖案來對準/定位印刷圖案。例如，源-漏極相對于表面能圖案的印刷或者柵極相對于下面的源-漏極圖案的印刷要求精確的定位。粗糙的對準可以通過簡單地將襯底的邊緣壓在連接到打印機頭定位系統(tǒng)的支架上來實現(xiàn)。該機械的對準主要用于傳統(tǒng)的膠印中。
更精確的定位可以通過觀察襯底圖案相對于打印機裝置的相對對準來實現(xiàn)，其中打印機裝置具有光檢查站，例如以這樣一種方式安裝的高速高分辨率CCD照相機，即打印機頭裝置的部分和襯底圖案在相同的圖像上可見。使用適當?shù)能浖矸治鰣D像并執(zhí)行自動的圖案識別，襯底圖案相對于打印頭的相對未對準可以被確定。然后，在打印之前的精確定位可以通過校正樣品的x-y位置以及樣品相對于打印機軸的角度來實現(xiàn)。
更快且更有效的定位可以通過利用邊緣檢測技術(shù)來實現(xiàn)。允許襯底相對于光學印刷系統(tǒng)的對準的邊緣檢測技術(shù)在EP 10181 458 A2中公開。它們依賴于當跨越包括具有不同光學性質(zhì)的兩個表面區(qū)域的表面來掃描時，使用光學檢測器來測量聚焦光束的傳輸和反射。光點具有與印刷頭的印刷位置的已知且固定的距離。從由檢測系統(tǒng)記錄的階梯形信號中，例如，襯底邊緣的位置可以在印刷之前自動地確定。
如果對準標記在由具有不同光吸收/反射或當被聚焦光束40激發(fā)時發(fā)射熒光的材料制成的襯底上的第一圖案中定義，當掃描印刷頭44下面的樣品并且監(jiān)控光學檢測器41的強度信號時，對準標記相對于印刷頭的相對位置可以確定(圖15(a))。
高度精確的對準可以通過在x和y方向上移動樣品，設(shè)計圖案以給出x和y上的精確位置，例如窄條42和43的陣列來實現(xiàn)(圖15(a))。
對準標記也可以以這樣一種方式來設(shè)計，即襯底相對于印刷頭的位置和方向可以從印刷頭下面的樣品的單線性掃描，例如僅x方向上來確定。一個實例在圖15(b)中顯示。在該具體的情況下，襯底相對于定位系統(tǒng)的x軸的未知未對準角度β以及襯底上的某個固定點(0，0)’與定位系統(tǒng)參考坐標系中光點的中心(0，0)的距離Δ0，可以從由光學檢測器以下面的方法檢測到最大信號的檢測位置x1，x2，x3來確定。
cosβ=dx2-x1]]>
cosαcosα-β=d+s+Δ·tanαx3-x1]]>對準標記位置和方向的這種一維掃描檢測比x和y方向上都掃描快。它特別適用于y-對準不太關(guān)鍵的情況，例如擇優(yōu)地沿著y方向上精細線特征的情況，例如圖14中。
作為選擇，如果使用兩個或多個光束(和檢測器)47，48，襯底相對于印刷頭的位置和方向可以通過首先讓印刷頭跨越具有至少兩個非平行邊緣46的單個對準特征來掃描，然后使用相對于襯底特征49的精確對準來印刷。當跨越第一邊緣來掃描兩個光束時(圖15c)，定向誤差的角度以及在掃描方向上的位置可以被確定。垂直于掃描方向的襯底位置從檢測由兩個光束測量的第一(上升)和第二(下降)邊緣之間的時間間隔差獲得。
當使用彈性襯底時，襯底的變形可以在隨后的圖案形成步驟之間因熱膨脹或者因機械應力而發(fā)生。如果這些變形大于電路的最精細特征45的最大重疊容差，單個對準過程是不夠的，并且將需要執(zhí)行局部地對準，即在襯底上印刷每個單獨組的器件時。對準在印刷過程中以規(guī)則間隔局部地重復，依賴于變形的程度和必需的對準精度。
因為對準標記的掃描檢測快，它可以局部地執(zhí)行，而不會明顯地減慢印刷過程。每組器件可以具有與它們相鄰的對準標記，對準標記被定位，使得對準系統(tǒng)的光束首先穿過對準標記，檢測邊緣，從而校正它的位置，然后在相對于對準標記的輪廓分明的位置開始材料的沉積，以在襯底上給出相對于某種高分辨率特征45的良好定位。對準標記的位置應當是這樣的，使得印刷頭需要很小的額外移動或者不需要額外移動，即跨越對準標記的掃描移動應當是將印刷頭從一組特征移至下一組特征所必需的移動的一部分。上面提出的位置和方向的單個掃描檢測將特別適用于實現(xiàn)快速局部對準。
在變形的襯底上，襯底特征和印刷頭之間的相對局部位置的掃描檢測，檢測到襯底上的空間失真圖案。局部對準可能不需要對每個特征來執(zhí)行，局部對準步驟的數(shù)量依賴于襯底變形的程度和必需的對準容差。如果襯底的變形圖案能夠從一個樣品復制到下一個樣品，在一個襯底上確定該特有的變形圖案，然后編程印刷頭的定位系統(tǒng)以自動校正在相同條件下制備的將來襯底上的特有變形，可能是足夠的。
局部掃描對準也可以結(jié)合多噴嘴噴墨印刷來使用。在這種情況下，每個印刷頭具有以規(guī)則陣列排列的一系列噴嘴。在大多數(shù)按需滴落式噴墨系統(tǒng)中，不可能獨立地改變來自每個噴嘴的小滴分行方向。因此，對于給定程度的襯底變形，將必需保證每個印刷頭的尺寸足夠小，使得印刷頭的整個局部對準導致印刷精度處于印刷頭上所有噴嘴的對準容差內(nèi)。在大象幅打印機中，幾個頭可以平行安裝，并且它們相對于襯底的位置可以單獨地控制。但是，在連續(xù)噴墨印刷中，來自不同噴嘴的導電小滴可以單獨地在電場中偏轉(zhuǎn)。原則上，這將允許具有每個單獨噴嘴的精確局部對準的多噴嘴印刷。
為了形成使用上述類型的器件的集成TFT電路，經(jīng)常必需制造電極之間的通孔互連和不同層中的互連。制造這種通孔的不同方法已經(jīng)被說明，例如照相平版印刷圖案形成(G.H.Gelinck等人，Appl.Phys.Lett.77，1487(2000))或者使用機械壓合機串行沖孔(C.J.Drury等人，WO99/10929)。
通孔也可以由通孔互連將通過其打開的層的良好溶液的局部噴墨襯底來制造(H.Sirringhaus等人，UK0009917.6)。為了實現(xiàn)小尺寸的通孔，使用小的墨滴，并且小滴上的小滴噴散需要被限制。
由上述技術(shù)形成圖案的表面改性層34可以用來限制噴墨印刷溶劑小滴33的沉積，該溶劑小滴溶解下面的聚合物層35，36以與下面的電極層37接觸(圖14)。隨后這種通孔通過印刷導電聚合物38來填滿。對于該過程，表面改性層不可溶解于用于蝕刻的溶劑中是重要的。如果使用極性溶劑來溶解，這可以通過憎水自組織單層或憎水聚合物層來實現(xiàn)。
在所有上面的實施方案中，PEDOT/PSS可以由可以從溶液中沉積的任何導電聚合物來代替。實例包括聚苯胺或聚吡咯。但是，PEDOT/PSS的一些具有吸引力的特征是(a)具有固有的低擴散率的聚合體摻雜劑(PSS)，(b)良好的熱穩(wěn)定性和在空氣中的穩(wěn)定性，以及 的功函數(shù)，該功函數(shù)充分匹配于允許有效孔載流子注入的共同孔傳輸半導體聚合物的電離電勢。
這里描述的過程和器件并不局限于使用溶液處理的聚合物制造的器件。電路或顯示設(shè)備中的TFT的導電電極和/或互連的一些(參看下面)可以由無機導體形成，其可以例如通過印刷膠體懸浮物或者通過電鍍到預先形成圖案的襯底上來沉積。在并不是所有層都從溶液沉積的器件中，器件的一個或多個PEDOT/PSS部分可以用不可溶解的導電材料例如真空沉積的導體來替代。
對于半導體層，任何表現(xiàn)出超過10-3cm2/Vs，優(yōu)選地超過10-2cm2/Vs的足夠場效應遷移率的可溶液處理的共扼聚合體或低聚體材料可以使用?；仡欉m當?shù)牟牧?，例如在H.E.Katz，J.Mater.Chem.7，369(1997)，或者Z.Bao，Advanced Materials(高等材料)12 227(2000)中。其他的可能包括small conjugated molecules withsolubilising side chains(具有溶解側(cè)鏈的小的共扼分子)(J.G.Laquindanum等人，J.Am.Chem.Soc.120，664(1998))，semiconducting organic-inorganic hybrid materials self-assembled fromsolution(從溶液自組織的半導體有機-無機混合物材料)(C.R.Kagan等人，Science(科學)286，946(1999))，或者solution-depositedinorganic semiconductors such as CdSe nanopaticles(溶液沉積的無機半導體例如CdSe納米顆粒)(B.A.Ridley等人，Science(科學)286，746(1999))。
電極可以通過除噴墨印刷之外的技術(shù)來粗略地形成圖案。適當?shù)募夹g(shù)包括軟平版印刷(J.A.Rogers等人，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999)；S.Brittain等人，物理世界，1998年5月，p.31)，絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等人，Chem.Mat.9，12999(1997))，以及照相平版印刷圖案形成(參見WO 99/10939)或者電鍍。噴墨印刷被認為特別適用于具有良好定位的大面積圖案形成，尤其是對于軟性塑料襯底。
雖然優(yōu)選地器件和電路的所有層和組成物通過溶液處理和印刷技術(shù)來沉積和形成圖案，一個或多個組成物例如半導體層也可以通過真空沉積技術(shù)來沉積和/或通過照相平版印刷過程來形成圖案。
如上所述制造的器件例如TFT可以是更復雜電路或器件的一部分，其中一個或多個這種器件可以彼此或者與其他器件集成。應用的實例包括顯示器或存儲設(shè)備的邏輯電路和有效矩陣電路，或者用戶定義的門陣列電路。
圖案形成過程同樣可以用來形成這種電路的其他組成物的圖案，例如互連，電阻器，電容器等。
本發(fā)明并不局限于前述實例。本發(fā)明的方面包括在這里描述的概念的所有新的和/或發(fā)明的方面，以及在這里描述的特征的所有新的和/或發(fā)明的組合。
申請人:引起對下列事實的注意，即本發(fā)明可以隱含地或明確地包括在這里描述的任何特征或特征的組合或者它們的任何推廣，而不限制上面陳述的任何定義的范圍。考率到上面的描述，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做各種修改，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種用于在第一襯底上形成電器件的方法，其中該電器件包括至少一個形成圖案的層，該方法包括在第一襯底上的感光材料的第一層上形成圖案的步驟，在上述步驟中包括選擇性地將第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束的步驟，以改變第一層的一個或多個所選區(qū)域的物理性質(zhì)；以及利用第一層的圖案來控制在第一層上的液體材料的沉積，使得或者液體材料的沉積被限制在一個或多個所選區(qū)域中，或者禁止所述液體材料被沉積在所述一個或多個所選區(qū)域上。
2.權(quán)利要求
1的方法，其中所述第一層包括有機材料。
3.權(quán)利要求
1或2的方法，其中該方法包括選擇性地將襯底上的感光材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便改變暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的該層的溶解度參數(shù)。
4.權(quán)利要求
3的方法，其中第一層的溶解度參數(shù)被改變，使得材料不可溶解于在曝光之前可以溶解于其中的溶劑中。
5.權(quán)利要求
4的方法，包括清洗材料的第一層，以便清除沒有暴露于光束的區(qū)域中的第一層的材料的步驟。
6.權(quán)利要求
3的方法，其中溶解度參數(shù)的改變包括引起層的材料的相分離和/或第一層的材料的交聯(lián)。
7.權(quán)利要求
1的方法，其中該方法包括選擇性地將襯底上的材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便改變暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的第一層的材料的表面自由能。
8.權(quán)利要求
7的方法，其中光束使得所述一個或多個所選區(qū)域變?yōu)椴豢扇芙?，并且包括清除未暴露的區(qū)域的步驟，以便暴露下面襯底的表面，該襯底具有不同于第一層的表面自由能。
9.權(quán)利要求
7或8的方法，其中液體材料是材料溶解在溶劑中的溶液。
10.權(quán)利要求
9的方法，其中對溶劑進行選擇，使得禁止液體材料沉積在第一層的改變的表面自由能的一個或多個所選區(qū)域上。
11.權(quán)利要求
9的方法，其中對溶劑進行選擇，使得禁止液體材料沉積在第一層中表面自由能沒有被光束改變的區(qū)域中。
12.權(quán)利要求
1和2的任何一個的方法，其中該方法包括選擇性地將襯底上的材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便清除暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的第一層的材料。
13.權(quán)利要求
12的方法，其中第一層的材料在暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中解吸和/或蒸發(fā)。
14.權(quán)利要求
1的方法，其中該方法包括使襯底上的材料的第一層與反應介質(zhì)相接觸，并且選擇性地將材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便促進暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中第一層的材料與反應介質(zhì)之間的化學反應。
15.權(quán)利要求
14的方法，其中反應介質(zhì)包含在第一層中。
16.權(quán)利要求
14的方法，包括將氣態(tài)或液態(tài)的反應介質(zhì)施加到第一層的表面的步驟。
17.權(quán)利要求
14～16的任何一個的方法，其中化學反應是這樣的，以至于改變暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的第一層的材料的溶解度和/或表面自由能和/或電性能。
18.權(quán)利要求
1和2的任何一個的方法，其中該方法包括選擇性地將襯底上的材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便改變暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的該層的體積。
19.權(quán)利要求
1的方法，其中光束是聚焦光束。
20.權(quán)利要求
1的方法，其中光束是這樣的，以至于引起暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的第一層的局部加熱。
21.權(quán)利要求
20的方法，其中暴露于光束的一個或多個所選區(qū)域中的襯底的局部溫度在暴露于光束的過程中不超過350℃。
22.權(quán)利要求
1的方法，其中第一層形成電器件的導電電極。
23.權(quán)利要求
1的方法，其中第一層形成電器件的半導體層。
24.權(quán)利要求
1的方法，其中第一層形成電器件的絕緣層。
25.權(quán)利要求
1的方法，其中第一層形成電器件的表面改性層。
26.權(quán)利要求
1的方法，其中光束具有小于10μm的寬度。
27.權(quán)利要求
1的方法，其中光束具有小于1μm的寬度。
28.權(quán)利要求
1的方法，其中光束是激光束。
29.權(quán)利要求
1的方法，其中光束是紅外光的光束。
30.權(quán)利要求
1的方法，其中光束屬于可見光。
31.權(quán)利要求
1的方法，其中光束屬于紫外光。
32.權(quán)利要求
1的方法，包括跨越第一層來移動光束，以執(zhí)行所述選擇性的暴露并定義期望的圖案。
33.權(quán)利要求
1的方法，其中光束是偏振光的光束。
34.權(quán)利要求
33的方法，其中第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束引起第一層的一個或多個所選區(qū)域的材料的光對準。
35.權(quán)利要求
34的方法，其中第一層的材料的光對準與第一層的圖案形成同時發(fā)生。
36.權(quán)利要求
33-35的方法，其中液體材料包括液晶共扼聚合物層。
37.權(quán)利要求
1的方法，其中第一層是電器件的所述形成圖案的層。
38.權(quán)利要求
37的方法，其中第一層是電器件的活性層。
39.權(quán)利要求
1的方法，其中液體材料形成電器件的所述形成圖案的層。
40.權(quán)利要求
1的方法，其中液體材料形成電器件的活性層。
41.權(quán)利要求
1的方法，其中電器件是電子開關(guān)器件。
42.權(quán)利要求
1的方法，其中電器件是薄膜晶體管器件。
43.權(quán)利要求
1的方法，其中一部分光束被襯底上先前沉積的圖案阻擋或削弱，以便引起僅在光沒有被阻擋或削弱的一個或多個所選區(qū)域中的襯底上的第一層的改變。
44.權(quán)利要求
1的方法，其中一部分光束被襯底上先前形成圖案的第三層阻擋或削弱，以便引起僅在光被阻擋或削弱的一個或多個所選區(qū)域中的襯底上的所述第一層的改變。
45.權(quán)利要求
44的方法，其中所述先前形成圖案的第三層形成電子開關(guān)器件的源極和漏極。
46.權(quán)利要求
45的方法，其中所述第一層形成電子開關(guān)器件的柵極。
47.權(quán)利要求
43或44的方法，其中在所述第一層上沉積液體材料，以便將該液體材料的沉積限制在光束沒有被阻擋或削弱的一個或多個所選區(qū)域中。
48.一種用于在第一襯底上形成電器件的方法，其中該電器件包括至少一個形成圖案的層，該方法包括選擇性地將第二襯底上的轉(zhuǎn)移材料的第一層的一個或多個所選區(qū)域暴露于光束，以便將第一層一個或多個所選區(qū)域的轉(zhuǎn)移到第一襯底上并在第一襯底上形成形成有圖案的第一層；并在第一襯底上的形成有圖案的第一層上沉積液體材料的第二層，以使或者液體材料的沉積被限制在一個或多個所選區(qū)域中，或者禁止所述液體材料被沉積在所述一個或多個所選區(qū)域上。
49.權(quán)利要求
48的方法，其中第一形成圖案的層是電器件的所述形成圖案的層。
50.權(quán)利要求
49的方法，其中第一形成圖案的層是電器件的活性層。
51.權(quán)利要求
49的方法，其中轉(zhuǎn)移材料的層是表面改性層。
專利摘要
一種用于形成有機或部分有機開關(guān)器件的方法，包括通過溶液處理和直接印刷來沉積導電層，半導體層，絕緣層，或表面改性層；并且通過暴露于聚焦激光束來定義這些層的高分辨率圖案。
文檔編號H01L21/3205GKCN1292496SQ02812832
公開日2006年12月27日 申請日期2002年5月22日
發(fā)明者翰寧·瑟令豪斯, 保羅·A·蔡恩 申請人:造型邏輯有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan