CN1853289A - 具有高分辨率结构的有机电子元件其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种主要由有机材料制成的具有高分辨率结构的电子元件，具体而言涉及一种具有小源极－漏极距离的有机场效应晶体管(OFET)，及其制造方法。有机电子元件具有凹陷和/或改性区，其中可以设置条状导体/电极，且其在制造期间通过激光的方法被制造。该条状导体/电极可以是例如金属。

Description

具有高分辨率结构的有机电子元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有高分辨率结构的有机电子元件，具体而言涉及一种具有低源极-漏极距离的有机场效应晶体管(OFET)，以及能够大规模生产的生产方法。
背景技术
集成数字电路的开关频率和/或开关速度相当重要地受到沟道长度“l”决定性地影响。因此并不缺乏保持沟道长度尽可能小的尝试，也就是说提供具有尽可能高程度的分辨率的结构的有机电子元件的芯片。
公知具有高分辨率结构和小源极-漏极距离“l”的有机电子元件，具体而言OFET。然而，至今这些都是以与高成本联系的复杂工艺步骤来生产的。这些工艺步骤是不经济的且通常包括光刻、在经由光刻制造的下层或衬底中的凹陷，从而可以形成具有所需容量的导电迹线(conductor track)。这些凹陷是直通形状的(through-shaped)且不具有尖锐的轮廓。这些凹陷的底部保持不变。
从DE 10061297.0已知一种高分辨率印刷方法，其中将导电迹线引入凹陷，且可以以大规模应用，但是存在着缺点，即，通过应用压印模来形成的凹陷不具有陡的壁表面和尖锐勾勒的边缘，而是形成为更直通形状的方式且没有尖锐的轮廓。作为这些柔性过渡(soft transition)的结果，引入到凹陷的材料没有准确地仅填充凹陷，而是围绕凹陷涂脏，且因此导致了漏电流。因此，不再次从凹陷中擦除大部分材料就不能擦去该涂脏的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以大规模且有利地生产的电子元件，且其主要由有机材料制成，具体而言是具有高分辨率的结构和小源极-漏极距离的OFET。
本发明的目的和主题是作为主要由有机材料制成的电子元件来实现的，所述元件包括衬底、至少一个导电迹线和/或电极，其中至少一个导体迹线和/或电极由导电材料制成且被施加到支撑表面，所述表面由激光处理改性(modified)和/或粗糙化。
另外，本发明的主题是一种有机电子元件，其中至少一个导体迹线和/或一个电极设置于下层的凹陷中，其中所述凹陷已经通过激光的手段来产生，也就是说其具有陡壁，尖锐的轮廓以及粗糙的底表面。
最后，本发明的主题是一种有机电子元件的制造方法，其中为了制造导体迹线和/或电极，将下层和/或衬底用激光处理，使得在下层和/或衬底中有至少一个凹陷和/或一个改性的区，该凹陷具有陡壁、尖锐的轮廓以及底部的粗糙表面。
根据本发明的一个实施例，两个电极之间的距离或电极和导体迹线之间的距离“l”小于20μm。这对应于结构的高分辨率，其特别优选地甚至在10μm以下，特别地甚至更少几个μm。借助本发明，避免了导体迹线和/或电极之间的漏电流，且因此可以最小化其间的距离“l”。
根据本方法的一个实施例，将多余的导电材料在涂布该材料和/或用该材料填充凹陷之后机械地去除，也就是说例如擦除，而不再次从粗糙化的区域和/或从具有粗糙的底部的凹陷去除大量的(appreciable amount)导电材料。
可以利用以下各种技术来进行涂布该导电材料和/或填充凹陷：气相沉积、溅射、喷镀、刮刀涂布、注射、涂布、印刷或根据本发明的涂布和/或引入的某些其它方法。
根据该方法的一个实施例，将下层和/或衬底用脉冲激光处理，例如用几个10ns的脉冲长度。在该情形，几个脉冲就已经足够。
通过激光结构化(laser structuring)而制造的改性的和/或粗糙化的区域和/或凹陷的特征在于，用于导电材料的支撑表面用激光处理。因此，用激光制造的改性的区域和/或凹陷与没有被处理、或已经例如被压印(embossing)处理的区域和/或凹陷不同，在后者的情形，不可能将分布在凹陷周围的过量的导电材料擦除而没有大的损失。
对于其中导电材料(指半导体)的功函数是适于所计划的电子元件的情形，在下层和/或衬底的未被激光改变的区域上例如机械地(通过用布和/或橡胶辊擦除)简单去除过量的材料，并终止结构化。
如果功函数没有对于半导体调节，例如还可以施加不良导体层，其多余的量可以相似地用机械的方法被再次去除。作为电极或作为导体迹线的这两个导电层的组合现在是高导电性的且具有适当的功函数。
就时间而言，可以紧接着涂布它们之后进行最下(下)(诸)导电层的结构化，且也可以与上层的结构化同时进行。
在上导电层的结构化之后(例如，已经被结构化的上层可以被用作蚀刻抗蚀剂)，随后相似地进行下层的结构化。
在这里术语“导电材料”不以任何方式被限制，因为完全不同类型导的电材料已经被成功地在本发明中使用。
可以例如将金属、合金、金属浆料或有机导电化合物作为导电材料气相沉积、溅射上或采用刀片涂布或以某些其它方法涂布。唯一决定性的点是所引入的导电材料粘结到由激光粗糙化的表面。
被指定为优选金属的是银、金、铝、铜等，以及任何可以以气态形式、或作为墨水或金属浆料(液态介质中的金属颗粒)的液态形式、以及作为固态涂布的这些组分的期望的混合物、合金。
PANI、PEDOT和碳黑是优选的有机材料，其也可以与例如由金属制成的下导电层精确组合。
这里“改性”被用于描述被激光处理改变的下层或衬底的区域。
附图说明
借助三个附图在以下更详细地进一步解释了本发明，这些附图以举例的方法复现且示意性地显示了，当在截面中观看时如何根据本发明制造导体迹线/电极。
图A到C显示了由根据本发明的方法处理的衬底和/或下层。
具体实施方式
A1、B1和C1显示了净化的衬底或净化的下层。这首先通过激光处理来改性以产生具有已经改性和/或粗糙化的表面和/或凹陷的区域(图A2、B2和C2)。激光处理还可以去除表面的存在的粗糙度，因此改性的区域可以比没有被激光处理改性的区域粗糙度更小。
然而，根据图A2、B2和C2，改性的区域的粗糙度大于未改性的区域的粗糙度。
在以下的工艺步骤A3、B3和C3中在大的区域上涂布导电材料。
其后，去除过量的材料，且其中引入和/或涂布了导电材料的优选被清晰界定的区域与没有导电材料的其它区域一起形成(见图A4)。
根据实施例B，在工艺步骤B4中，对于仍未结构化的高度导电层，例如金属层涂布另一导电层，例如由有机材料或功能聚合物制成的导电层。现可以机械地去除该另一导电层(B5)。如果高度导电层不能被机械地去除(结构化)，为了结构化高导电层，可以在步骤B5之后选择不同类型的方法(例如，化学)。高度导电层(x)在“改性”或粗糙化的位置被覆盖且不能在这里被去除(B5)。在化学结构化(例如蚀刻工艺)之后的(B6)中，以结构化的形式出现了高度导电(例如金属)层和导电(例如聚合物)层。
在C4相似地涂布了另一导电层且随后将两个导电层机械地结构化(C5)。
可以使用根据本发明的工艺来制造导电结构，这种导电结构：
-包括顺序的几个(不同导电率的)层，例如，来保证匹配功函数，
-是高度导电的或在该“包(packet)”中是高度导电的，
-是有成本效率的，因为仅需要几个(3、4、5)工艺步骤，
-具有所需的分辨率(最小的可能结构)，以及
-是基于快速和能够大规模生产的工艺。
优点还在于简单的生产方法，因为仅需要3个工艺步骤(例如，激光结构化、导电层的涂布、导电层的结构化)。例如，可以再次利用金属导体(固态或液态)与例如由有机材料制成的另一导体组合，以产生非常高度导电的小结构，而沿导体迹线的电压降不会成为问题。另外，可以匹配功函数。利用该技术可以最小化电路尺寸，作为其结果成本也相似地被减小到相同的程度。
例如，利用卷装进出(roll to roll)的方法将衬底在几个辊之间拉过。然后在第一加工步骤中借助例如准分子激光器的激光器通过掩模来制造衬底或下层中的凹陷和/或改性的或粗糙化的区域。如果合适，准分子激光器装配有光学透镜系统，使得凹陷/区域不需要用与由掩模指定的相同的尺寸成像。
例如，在使用卷装进出方法借助吸辊(suction roll)来机械地结构化期间去除凹陷/区域之间可能出现的任何导电材料。例如，该辊比任何其它辊更慢地旋转使得更有效地完成擦除。
术语“有机材料”或“功能材料”或“(功能)聚合物”在这里包括所有类型的有机、有机金属和/或有机/无机聚合物(混合物，hybrids)，具体而言那些在英语中被称为例如“塑料”的材料。包括了所有类型的物质，除了形成常规二极管的半导体(锗、硅)之外。因此，可以设想在教条的意思上没有将有机材料限定为含碳材料，而是在思想中也可以保持有硅树脂的广泛使用。另外，该术语不旨在对于分子大小有任何限制，具体而言不限制于聚合物和/或寡聚材料(oligomeric materials)，而是完全可以使用小分子。功能聚合物中的单词成分“聚合物”是就历史上的意思而言的，以至于并没有论及实际的聚合物化合物材料的存在。
本发明首次提供了一种方法，借助其可以以经济的方式产生具有高的转换速度和高的可靠性的比如OFET的有机电子元件，其无论如何还可以包括金属元件和层。已经发现用激光产生的凹陷和/或区域与常规的凹陷/构造相比，对于导电有机材料的涂布反应不同，且因此采用该方法比利用其它方法，有机或金属本性的导电迹线可以被更迅速和更有效地制造。

Claims (10)

1、一种主要由有机材料制成的电子元件，所述元件包括衬底、至少一个导体迹线和/或电极，其中所述至少一个导体迹线和/或电极由导电材料制成且被施加到支撑表面，所述表面由激光处理改性和/或粗糙化。
2、一种电子元件，其中至少一个导体迹线和/或一个电极设置于下层的凹陷中，其中所述凹陷已经通过激光的手段来产生，也就是说其具有陡壁，尖锐的轮廓以及相对粗糙的底表面。
3、如前述权利要求之一所述的电子元件，其两个导体迹线、电极之间和/或电极和导体迹线之间的距离1小于10μm。
4、如前述权利要求之一所述的电子元件，具有由金属或合金制成的至少一个导体迹线和/或电极。
5、如前述权利要求之一所述的电子元件，具有至少一个由金属制成的导体迹线和/或电极，其与由有机材料制成的层组合。
6、一种有机电子元件的制造方法，其中为了制造导体迹线和/或电极，将下层和/或衬底用激光处理，使得在所述下层和/或衬底中有至少一个凹陷和/或一个改性的区。
7、如权利要求6所述的方法，其中将所述导电层用机械方法结构化。
8、如权利要求6和7的任一项所述的方法，其中在涂布由导电材料制成的层之后的工艺步骤中擦除多余的导电材料。
9、如权利要求6到8的任一项所述的方法，其中使用了脉冲激光，例如准分子激光。
10、如权利要求6到9的任一项所述的方法，所述方法以连续的卷装进出的方式进行。
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