制造半導(dǎo)體基光學(xué)系統(tǒng)的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】制造半導(dǎo)體基光學(xué)系統(tǒng)的方法
[0001] 本申請(qǐng)是于2011年3月24日提交的國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01110076041.5、標(biāo)題為"通 過(guò)基于印刷的組裝制造的光學(xué)系統(tǒng)"的分案專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。該分案專(zhuān)利申請(qǐng)是國(guó)際 申請(qǐng)日為2007年10月31日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00780049982. 1、標(biāo)題為"通過(guò)基于印刷的組 裝制造的光學(xué)系統(tǒng)"的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)要求2007年1月17日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/885,306和2007年6 月18日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/944, 611的優(yōu)先權(quán)，該兩個(gè)文獻(xiàn)均通過(guò)引用整體納入 本文，只要不與本文的公開(kāi)內(nèi)容沖突。
[0004] 關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明
[0005] 本發(fā)明至少部分地在美國(guó)政府的支持下、由美國(guó)能源部提供的 DEFG02-91-ER45439下做出。美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明擁有某些權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0006] 自從1994年首次展示印刷的、全聚合物晶體管W來(lái)，人們對(duì)開(kāi)發(fā)包含塑料襯底上 的柔性集成電子器件的新一類(lèi)電子系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大興趣。[Gamier, F.，化jlaoui, R.，化S sar, A.和 Srivastava, P. , Science, Vol. 265,第 1684 - 1686 頁(yè)]最近十年來(lái)，針對(duì)開(kāi)發(fā)用 于柔性聚合物基電子器件的用于導(dǎo)體、電介質(zhì)和半導(dǎo)體元件的新的溶液可處理材料，已進(jìn) 行了大量的研究。柔性電子器件領(lǐng)域的進(jìn)步不僅被新的溶液可處理材料的發(fā)展所驅(qū)動(dòng)，而 且被新的器件幾何形態(tài)、高分辨率技術(shù)、大襯底面積的密集布線圖案制作和與塑料襯底兼 容的高產(chǎn)量處理策略所驅(qū)動(dòng)。預(yù)計(jì)，新材料、器件配置和制造方法的持續(xù)發(fā)展將在新一類(lèi)柔 性集成電子器件、系統(tǒng)和電路的迅速涌現(xiàn)中扮演重要角色。
[0007] 對(duì)柔性電子器件領(lǐng)域的興趣緣于該技術(shù)所能提供的幾個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。首先，塑料襯 底的機(jī)械耐用性提供了使電子器件不易遭受破壞和/或由機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的電子性能退化 的平臺(tái)。其次，塑料襯底材料固有的柔性和可變形性允許該些材料W常規(guī)的脆性的娃基電 子器件不可能實(shí)現(xiàn)的有用的形狀、形狀因素和配置來(lái)集成。例如，在柔性的、可成形的和/ 或可彎曲的塑料襯底上進(jìn)行器件制造具有該樣的潛力；使一類(lèi)使用既有的娃基技術(shù)是不可 行的具有革命性的功能能力的功能器件成為可能，諸如電子紙、可穿著計(jì)算機(jī)、大面積傳感 器和高分辨率顯示器等。最后，在柔性塑料襯底上進(jìn)行電子器件組裝具有該樣的潛力：經(jīng) 由能夠在大襯底面積上組裝電子器件的高速處理技術(shù)（諸如印刷等）來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本商業(yè)實(shí) 施。
[0008] 盡管有相當(dāng)大的動(dòng)機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)商業(yè)上可行的用于柔性電子器件的平臺(tái)，但展現(xiàn)出良 好電子性能的柔性電子器件的設(shè)計(jì)和制造不斷地提出了許多重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，常規(guī) 的已充分開(kāi)發(fā)的制造單晶娃基電子器件的方法與大多數(shù)塑料材料不兼容。例如，常規(guī)高品 質(zhì)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)件，諸如單晶娃或錯(cuò)半導(dǎo)體，通常通過(guò)在大大超過(guò)大多數(shù)或全部塑料襯底 的烙點(diǎn)或分解溫度的溫度（>1000攝氏度）下生長(zhǎng)薄膜來(lái)處理。另外，許多無(wú)機(jī)半導(dǎo)體并不 固有地可溶于能夠?qū)崿F(xiàn)基于溶液的處理和運(yùn)輸?shù)谋憷軇┲?。其次，雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了與低 溫處理和到塑料襯底中的集成兼容的無(wú)定形娃、有機(jī)物或混合有機(jī)-無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，但該些 材料沒(méi)有展現(xiàn)出堪比常規(guī)單晶半導(dǎo)體基系統(tǒng)的電子特性。據(jù)此，由該些替代性半導(dǎo)體材料 制成的電子器件的性能低于高性能半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的當(dāng)前水平。該些局限的結(jié)果是，柔性 電子系統(tǒng)目前僅限于不要求高性能的特定應(yīng)用，諸如用在一些具有非發(fā)射像素的有源矩陣 平板顯示器的開(kāi)關(guān)元件中，W及用在發(fā)光二極管中。
[0009] 宏電子學(xué)（macroelectronics)是一個(gè)迅速擴(kuò)張的技術(shù)領(lǐng)域，其引發(fā)了對(duì)開(kāi)發(fā)商 業(yè)上可行的柔性電子系統(tǒng)和處理策略的濃厚興趣。宏電子學(xué)領(lǐng)域涉及其中微電子器件和器 件陣列被分配和集成在顯著超過(guò)常規(guī)半導(dǎo)體晶片物理尺寸的大面積襯底上的微電子系統(tǒng)。 許多宏電子產(chǎn)品已被成功地商業(yè)化，包括大面積宏電子平板顯示器產(chǎn)品。該些顯示系統(tǒng)大 多數(shù)包含被圖案化在剛性玻璃襯底上的無(wú)定形或多晶娃薄膜晶體管陣列。具有數(shù)百平方米 的襯底尺寸的宏電子顯示器件已被實(shí)現(xiàn)。其他正在開(kāi)發(fā)中的宏電子產(chǎn)品包括光生伏打器件 陣列、大面積傳感器和RFID技術(shù)。
[0010] 盡管該領(lǐng)域有可觀的進(jìn)步，但仍一直希冀將柔性襯底和器件結(jié)構(gòu)集成到宏電子系 統(tǒng)中，W賦予新的器件功能，諸如加強(qiáng)的耐用性、機(jī)械柔性和可彎曲性。為了解決該個(gè)需要， 當(dāng)前人們致力于許多用于柔性宏電子系統(tǒng)的材料策略，包括有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管技術(shù)、 基于納米線和納米粒子的柔性電子器件、和有機(jī)/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體混合技術(shù)。另外，當(dāng)前人們對(duì) 開(kāi)發(fā)用于實(shí)現(xiàn)宏電子系統(tǒng)的高產(chǎn)量和低成本生產(chǎn)的新的制造過(guò)程已進(jìn)行了大量研究。
[0011] 均于2005年6月2日提交的美國(guó)專(zhuān)利11/145,574和11/145,542公開(kāi)了 一種使 用可印刷半導(dǎo)體元件的高產(chǎn)量制造平臺(tái)，用于通過(guò)多功能的、低成本和大面積的印刷技術(shù) 來(lái)制造電子器件、光電子器件和其他功能性電子組件。所公開(kāi)的方法和構(gòu)成，使用在大襯底 面積上提供良好的放置準(zhǔn)確度、配準(zhǔn)（registration)和圖案保真度的干式轉(zhuǎn)移接觸印刷 和/或溶液印刷技術(shù)，提供了微尺寸和/或納尺寸的半導(dǎo)體元件的轉(zhuǎn)移、組裝和/或集成。 所公開(kāi)的方法提供了重要的處理優(yōu)點(diǎn)，使得能夠通過(guò)可W在與多種有用的襯底材料一包 括柔性塑料襯底一相兼容的相對(duì)低的溫度（< 大約400攝氏度）下獨(dú)立地實(shí)施的印刷技 術(shù)，將使用常規(guī)高溫處理方法制造的高品質(zhì)半導(dǎo)體材料集成在襯底上。當(dāng)在彎曲和非彎曲 構(gòu)造中，使用可印刷半導(dǎo)體材料制造的柔性薄膜晶體管展現(xiàn)出良好的電子性能特征，諸如 大于300cm 2V4s^i的器件場(chǎng)效應(yīng)遷移率和大于10 3的開(kāi)/關(guān)率（on/off ratio)。
[0012] 可從前述應(yīng)意識(shí)到，需要一些制造大面積集成電子器件一包括宏電子系統(tǒng)一 的方法。特別地，需要一些具備高產(chǎn)量和低成本實(shí)施優(yōu)勢(shì)的制造該些系統(tǒng)的方法。此外，當(dāng) 前需要該樣的宏電子系統(tǒng)；其結(jié)合了良好的電子器件性能和諸如柔性、可成形性、可彎曲性 和/或可拉伸性等的加強(qiáng)的機(jī)械功能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供了 W下光學(xué)器件和系統(tǒng)，該光學(xué)器件和系統(tǒng)至少部分經(jīng)由可印刷功能 性材料和/或半導(dǎo)體基器件及器件構(gòu)件的基于印刷的組裝和集成而制造。在具體實(shí)施方案 中，本發(fā)明提供了包含可印刷半導(dǎo)體元件的發(fā)光系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)、感光系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)，包 括大面積、高性能宏電子器件。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)包含該樣的可印刷半導(dǎo)體，其含有經(jīng)由印 刷技術(shù)與其他器件構(gòu)件組裝、組織和/或集成的結(jié)構(gòu)（例如，可印刷半導(dǎo)體元件），所述結(jié)構(gòu) 展現(xiàn)出與使用常規(guī)高溫處理方法制造的單晶半導(dǎo)體基器件相當(dāng)?shù)男阅芴匦院凸δ?。本發(fā)明 的光學(xué)系統(tǒng)具有通過(guò)提供了多種適用的器件功能的印刷而達(dá)成的器件幾何形態(tài)和配置，諸 如形狀因素、構(gòu)件密度和構(gòu)件位置。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)包括展現(xiàn)出多種適用的物理和機(jī)械 特性-包括柔性、可成形性、順應(yīng)性（conformability)和/或可拉伸性-的器件和器 件陣列。然而，除了被提供在柔性、可成形性和/或可拉伸性襯底上的器件和器件陣列外， 本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)還包括被提供在常規(guī)剛性或半剛性襯底上的器件和器件陣列。
[0014] 本發(fā)明還提供了用于至少部分經(jīng)由印刷技術(shù)一包括接觸印刷一制造光學(xué)系 統(tǒng)的器件制造及處理步驟、方法和材料策略，例如使用順應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件諸如彈性轉(zhuǎn)移器件 (例如，彈性體層或印模）。在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法提供了高產(chǎn)量、低成本的制造 平臺(tái)，用于制造多種高性能光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)光系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)、感光系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)。本方 法提供的處理與大面積襯底一諸如用于微電子器件、陣列和系統(tǒng)的器件襯底一兼容， 并適用于一些要求對(duì)分層的材料進(jìn)行圖案化一諸如對(duì)用于電子器件和電-光器件的可印 刷結(jié)構(gòu)和/或薄膜層進(jìn)行圖案化一的制造應(yīng)用。本發(fā)明的方法是對(duì)常規(guī)微制造和納米制 造平臺(tái)的補(bǔ)充，并且可W有效地集成到現(xiàn)有的光刻、蝕刻和薄膜沉積器件圖案化策略、系統(tǒng) 和設(shè)施中。本器件制造方法提供了多個(gè)超越常規(guī)制造平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，包括該樣的能力；將非常 高品質(zhì)的半導(dǎo)體材料一諸如單晶半導(dǎo)體和半導(dǎo)體基電子器件/器件構(gòu)件一集成到被設(shè) 置在大面積襯底、聚合物器件襯底和具有波狀外形構(gòu)造的襯底上的光學(xué)系統(tǒng)中。
[0015] 在一方面，本發(fā)明提供了該樣的處理方法；使用高品質(zhì)體半導(dǎo)體晶片原始材料 (starting material)，其被處理W提供大產(chǎn)量的、具有預(yù)先選定的物理尺寸和形狀的可印 刷半導(dǎo)體元件，該可印刷半導(dǎo)體元件可W隨后經(jīng)由印刷而被轉(zhuǎn)移、組裝和集成到光學(xué)系統(tǒng) 中。本發(fā)明的基于印刷的器件制造方法提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可印刷半導(dǎo)體元件保留了高品 質(zhì)體晶片原始材料的令人滿(mǎn)意的電子特性、光學(xué)特性和組分（例如，遷移率、純度和慘雜等 等），同時(shí)具有適用于目標(biāo)應(yīng)用一諸如柔性電子器件一的不同的機(jī)械特性（例如，柔 性、可拉伸性等等）。另外，基于印刷的組裝和集成一例如經(jīng)由接觸印刷或溶液印刷一 的使用，與大面積一包括遠(yuǎn)超過(guò)體晶片原始材料的尺寸的面積一上的器件制造兼容。 本發(fā)明的該方面對(duì)于宏電子的應(yīng)用特別有吸引力。此外，本半導(dǎo)體處理和器件組裝方法提 供了用于制造可印刷半導(dǎo)體元件的整個(gè)原始半導(dǎo)體材料的實(shí)質(zhì)上非常高效率的使用，該可 印刷半導(dǎo)體元件可W被組裝和集成到許多器件或器件構(gòu)件中。本發(fā)明的該方面是有利的， 因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中高品質(zhì)半導(dǎo)體晶片原始材料的浪費(fèi)或廢料非常少，由此提供了能夠W低 成本制造光學(xué)系統(tǒng)的處理平臺(tái)。
[0016] 在一方面，本發(fā)明提供了光學(xué)系統(tǒng)，其包含使用接觸印刷來(lái)組裝、組織和/或集成 的可印刷半導(dǎo)體元件一包括可印刷半導(dǎo)體基電子器件/器件構(gòu)件。在該方面的一個(gè)實(shí) 施方案中，本發(fā)明提供了通過(guò)包含W下步驟的方法制成的半導(dǎo)體基光學(xué)系統(tǒng)，該方法包括 步驟：（i)提供具有接收表面的器件襯底；和（ii)經(jīng)由接觸印刷將一個(gè)或多個(gè)可印刷半導(dǎo) 體元件組裝在襯底的接收表面上。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明該方面的光學(xué)系統(tǒng)包含經(jīng)由 接觸印刷被組裝在襯底的接收表面上的半導(dǎo)體基器件或器件構(gòu)件的陣列。在具體實(shí)施方 案中，該光學(xué)系統(tǒng)的每個(gè)可印刷半導(dǎo)體元件包含該樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有選 自0.0001毫米至1000毫米范圍的長(zhǎng)度、選自0.0001毫米至1000毫米范圍的寬度和選自 0. 00001毫米至3毫米范圍的厚度。在該方面的一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含一 個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件，該一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件選自：LED、太陽(yáng)能電池、二極管、p-n結(jié)、光 伏系統(tǒng)、半導(dǎo)體基傳感器、激光器、晶體管、和光電二極管，并且其具有選自0.0001毫米至 1000毫米范圍的長(zhǎng)度、選自0. 0001毫米至1000毫米范圍的寬度、和選自0. 00001毫米至3 毫米范圍的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含該樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)具有選自0. 02毫米至30毫米范圍的長(zhǎng)度和選自0. 02毫米至30毫米范圍的寬度，對(duì) 于某些應(yīng)用優(yōu)選地具有選自0. 1毫米至1毫米范圍的長(zhǎng)度和選自0. 1毫米至1毫米范圍的 寬度，對(duì)于某些應(yīng)用優(yōu)選地具有選自1毫米至10毫米范圍的長(zhǎng)度和選自1毫米至10毫米 范圍的寬度。在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含該樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 具有選自0. 0003毫米至0. 3毫米范圍的厚度，對(duì)于某些應(yīng)用優(yōu)選地具有選自0. 002毫米至 0.02毫米范圍的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含該樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有選自100納米至1000微米范圍的長(zhǎng)度、選自100納米至1000微米范圍的寬 度和選自10納米至1000微米范圍的厚度。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件是電子器件或電子器件的構(gòu)件。在一個(gè)實(shí) 施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件選自；LED、激光器、太陽(yáng)能電池、傳感器、二極管、晶體管和光 電二極管。在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含與至少一個(gè)附加結(jié)構(gòu)集成的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)，所述附加結(jié)構(gòu)選自：另一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、介電結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施 方案中，可印刷半導(dǎo)體元件包含與至少一個(gè)電子器件構(gòu)件集成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述電子器 件構(gòu)件選自：電極、介電層、光學(xué)涂層、金屬接觸墊和半導(dǎo)體溝道。在一個(gè)實(shí)施方案中，該系 統(tǒng)還包含被設(shè)置為與至少一部分所述可印刷半導(dǎo)體元件電接觸的導(dǎo)電格或網(wǎng)，其中該導(dǎo)電 格或網(wǎng)為所述系統(tǒng)提供了至少一個(gè)電極。
[0018] 該方面的適用于組裝、組織和/或集成可印刷半導(dǎo)體元件的接觸印刷方法包括干 式轉(zhuǎn)移接觸印刷、微接觸或納米接觸印刷、微轉(zhuǎn)移或納米轉(zhuǎn)移印刷W及自組裝輔助印刷。使 用接觸印刷在本光學(xué)系統(tǒng)中是有益的，因?yàn)樗试SW選定的相對(duì)方向及位置來(lái)組裝和集成 多個(gè)可印刷半導(dǎo)體。本發(fā)明中的接觸印刷還使得能夠有效地轉(zhuǎn)移、組裝和集成多種材料和 結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體（例如，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、單晶半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、碳納米材料等等）、電介質(zhì) 和導(dǎo)體。本發(fā)明的接觸印刷方法可選地在相對(duì)于被預(yù)先圖案化在器件襯底上的一個(gè)或多個(gè) 器件構(gòu)件而預(yù)先選定的位置和空間方向上，提供了可印刷半導(dǎo)體元件的高精度配準(zhǔn)的轉(zhuǎn)移 和組裝。接觸印刷還與多種襯底類(lèi)型兼容，所述襯底類(lèi)型包括常規(guī)剛性或半剛性襯底一 諸如玻璃、陶瓷和金屬，W及具有對(duì)于特定應(yīng)用有吸引力的物理和機(jī)械特性的襯底--諸 如柔性襯底、可彎曲襯底、可成形襯底、順應(yīng)性襯底和/或可拉伸襯底?？捎∷雽?dǎo)體結(jié)構(gòu) 的接觸印刷組裝例如與低溫處理（例如小于或等于298K)兼容。該個(gè)屬性允許使用多種襯 底材料來(lái)實(shí)施本光學(xué)系統(tǒng)，所述襯底材料包括那些在高溫下分解或退化的襯底材料諸如聚 合物和塑料襯底。器件元件的接觸印刷轉(zhuǎn)移、組裝和集成是有益的，還因?yàn)樗蒞經(jīng)由低成 本和高產(chǎn)量印刷技術(shù)和系統(tǒng)-諸如卷到卷（roU-to-roll)印刷和苯胺（flexographic) 印刷方法和系統(tǒng)一來(lái)實(shí)施。本發(fā)明包括該樣的方法，其中使用順應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件來(lái)實(shí)施接 觸印刷，該順應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件諸如是能夠與可印刷半導(dǎo)體元件的外表面建立共形接觸的彈性 轉(zhuǎn)移器件。在適用于某些器件制造應(yīng)用的實(shí)施方案中，使用彈性印模來(lái)實(shí)施接觸印刷。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體的基于接觸印刷的組裝包含W下步驟；（i)提 供具有一個(gè)或多個(gè)接觸表面的順應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件；（ii)在可印刷半導(dǎo)體元件的外表面和順 應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件的接觸表面之間建立共形接觸，其中共形接觸將可印刷半導(dǎo)體元件結(jié)合到接 觸表面；（iii)使被結(jié)合到該接觸表面的可印刷半導(dǎo)體元件和器件襯底的接收表面接觸； 和（iv)使得可印刷半導(dǎo)體元件與順應(yīng)性轉(zhuǎn)移器件的接觸表面分離，由此將可印刷半導(dǎo)體 元件組裝在器件襯底的接收表面上。在某些實(shí)施方案中，使被結(jié)合到接觸表面的可印刷半 導(dǎo)體元件和器件襯底的接收表面接觸該個(gè)步驟包含，在具有可印刷半導(dǎo)體元件的轉(zhuǎn)移器件 的接觸表面和接收表面之間建立共形接觸。在某些實(shí)施方案中，使得接觸表面上的可印刷 半導(dǎo)體元件與被提供在接收表面上的粘合劑和/或平面化層接觸，W促進(jìn)在器件襯底上的 釋放和組裝。彈性轉(zhuǎn)移器件一諸如包括PDMS印模和層的彈性體層或印模一的使用在 某些方法中是有用的一如果該些器件具有與可印刷半導(dǎo)體元件W及器件襯底和光學(xué)構(gòu) 件的接收表面、外表面和內(nèi)表面建立共形接觸的能力。
[0020] 在該方面的實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體材料和可印刷半導(dǎo)體基電子器件/器件構(gòu) 件的使用提供了集成多種高品質(zhì)半導(dǎo)體材料的能力，該高品質(zhì)半導(dǎo)體材料用于制造展現(xiàn)出 卓越器件性能和功能性的光學(xué)系統(tǒng)。適用的可印刷半導(dǎo)體元件包括得自高品質(zhì)半導(dǎo)體晶 片源的半導(dǎo)體元件，包括單晶半導(dǎo)體、多晶半導(dǎo)體和慘雜半導(dǎo)體。在本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)中， 可印刷半導(dǎo)體元件包含一元無(wú)機(jī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)中，可印刷半導(dǎo)體元件 包含單晶半導(dǎo)體材料。另外，可印刷半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的使用提供了將包含半導(dǎo)體電子、光學(xué)和 光-電器件、器件構(gòu)件和/或半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)（諸如經(jīng)高溫處理制成并隨后經(jīng)由印刷組裝 在襯底上的混合材料）的可印刷結(jié)構(gòu)集成的能力。在特定實(shí)施方案中，本發(fā)明的可印刷半 導(dǎo)體元件包含功能性電子器件或器件構(gòu)件，諸如p-n結(jié)、半導(dǎo)體二極管、發(fā)光二極管、半導(dǎo) 體激光器（例如，垂直腔面發(fā)射激光器（VCS化)）、和/或光生伏打電池。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件被組裝在所述器件襯底上，W使它們?cè)谒?述接收表面上生成多層結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，該多層結(jié)構(gòu)包含機(jī)械堆疊的太陽(yáng)能 電池。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可印刷半導(dǎo)體元件是具有不同帶隙的太陽(yáng)能電池。
[0022] 本發(fā)明該方面的光學(xué)系統(tǒng)可W可選地包含多種附加器件元件，包括但不限于：光 學(xué)構(gòu)件、介電結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、粘合層或結(jié)構(gòu)、連接結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)、平面化結(jié)構(gòu)、電-光元件 和/或薄膜結(jié)構(gòu)W及該些結(jié)構(gòu)的陣列。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一 步包含一個(gè)或多個(gè)無(wú)源或有源光學(xué)構(gòu)件，該無(wú)源或有源光學(xué)構(gòu)件選自；聚集光學(xué)器件、會(huì)聚 光學(xué)器件、漫射光學(xué)器件、色散光學(xué)器件（dispersive optics)、光纖及其陣列、透鏡及其陣 列、漫射器、反射器、布拉格反射器、波導(dǎo)（"光管"）和光學(xué)涂層（例如，反射涂層或抗反射 涂層）。在某些實(shí)施方案中，有源和/或無(wú)源光學(xué)構(gòu)件在空間上與至少一個(gè)被提供在器件 襯底上的可印刷半導(dǎo)體元件對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明該方面的光學(xué)系統(tǒng)可W可選地包含多種附加器件 構(gòu)件，包含但不限于：電互連件、電極、絕緣體和電-光元件。除了通過(guò)各種