DE102005035590A1

DE102005035590A1 - Elektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102005035590A1
Application number: DE102005035590A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Ullmann; Alexander Dr. Knobloch; Merlin Dr. Welker; Walter Dr Fix
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-01
Also published as: EP1911089B1; WO2007014695A1; US20090108253A1; DE502006002452D1; ATE418791T1; EP1911089A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem flexiblen Substrat, auf dessen Oberfläche ein Schichtstapel aus dünnen Schichten, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material, angeordnet ist, wobei das Bauelement mindestens ein erstes Material, ein schichtförmiges zweites Material und ein schichtförmiges drittes Material umfasst und wobei senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen auf das erste Material das zweite Material folgt und auf das zweite Material das dritte Material folgt, wobei eine erste Adhäsionskraft des zweiten Materials am ersten Material geringer ist als eine zweite Adhäsionskraft des dritten Materials am ersten Material und das zweite Material mindestens eine Öffnung aufweist, über welche das dritte Material mit dem ersten Material zur Erhöhung der Haftung des zweiten Materials am ersten Material verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem flexiblen Substrat, auf dessen Oberfläche ein Schichtstapel aus dünnen Schichten, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitendem oder halbleitenden Material, angeordnet ist, wobei das Bauelement mindestens ein erstes Material, ein schichtförmiges zweites Material und ein schichtförmiges drittes Material umfasst und wobei senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen auf das erste Material das zweite Material folgt und auf das zweite Material das dritte Material folgt.

Derartige elektronische Bauelemente sind aus der DE 103 38 277 A1 bekannt, welche einen organischen Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazität beschreibt. Der organische Kondensator weist ein flexibles Substrat auf, auf welchem in Folge eine erste Elektrode, eine organische Halbleiterschicht, eine Isolatorschicht und eine zweite Elektrode angeordnet sind. Die Elektroden können dabei aus organischen, metallischen oder sonstigen elektrisch leitfähigen Materialien hergestellt sein. Die Isolatorschicht wird entweder aus einem organischen oder einem anorganischen elektrisch isolierendem Material gebildet. Die Spannungssteuerung der Kapazität wird zum einen durch die Halbleiterschicht und zudem durch eine geeignete Strukturierung der ersten Elektrode bewirkt.

Weiterhin offenbart die WO 2004/047144 ein organisches elektronisches Bauelement, insbesondere einen Feldeffekt-Transistor (OFET). Es ist ein OFET beschrieben, der ein Substrat und darauf in Folge Source/Drain-Elektroden, eine strukturierte organische Halbleiterschicht, eine isolierende Funktionsschicht und eine Gate-Elektrode aufweist.

In der Massenproduktion von elektronischen Bauelementen mit organischen Funktionsschichten werden üblicherweise auf ein flexibles Substrat dünne organische, polymere und metallische Schichten aufgebracht. Das Substrat durchläuft dazu beispielsweise Bedampfungs- oder Sputteranlagen, Druck-, Umspul-, Schneide- oder Wickelmaschinen oder Bestückungsautomaten, wobei das flexible Substrat über verschiedene Walzensysteme geführt und dabei deformiert wird.

Die dabei auftretende mechanische Beanspruchung der auf dem Substrat aufgebrachten Schichten oder Schichtstapel kann bei einer mangelnden Haftung zwischen dem Substrat und der/den angrenzenden Schicht(en) oder zwischen oder aneinander im Schichtstapel angrenzenden Schichten zu teilweisen oder vollständigen Ablösungen von einer oder mehreren Schichten führen, was zu einer Beeinträchtigung der Funktionalität des Bauelements oder von Teilbereichen des Bauelements bis zu dessen Totalausfall führen kann. Häufig werden daher Haftvermittlerschichten eingesetzt, die die Haftung der unterschiedlichen Materialen aneinander verbessern sollen. Derartige Haftvermittlerschichten haben sich jedoch im Bereich der Elektronik, insbesondere im Bereich der Polymerelektronik, als oft störend erwiesen, da sie die Funktion eines elektronischen Bauelements beeinträchtigen können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die vollständige oder teilweise Ablösung einer oder mehrerer Schichten bei der Herstellung eines in Schichten aufgebauten elektronischen Bauelements, insbesondere eins organischen Bauelements, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitfähigen oder halbleitenden Material, ohne die Verwendung von Haftvermittlerschichten zu verhindern.

Die Aufgabe wird für ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein organisches elektronisches Bauelement, mit einem flexiblen Substrat, auf dessen Oberfläche ein Schichtstapel aus dünnen Schichten, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material, angeordnet ist, wobei das Bauelement mindestens ein erstes Material, ein schichtförmiges zweites Material und ein schichtförmiges drittes Material umfasst und wobei senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen auf das erste Material das zweite Material folgt und auf das zweite Material das dritte Material folgt, dadurch gelöst, dass eine erste Adhäsionskraft des zweiten Materials am ersten Material geringer ist als eine zweite Adhäsionskraft des dritten Materials am ersten Material und dass das zweite Material mindestens eine Öffnung aufweist, über welche das dritte Material mit dem ersten Material zur Erhöhung der Haftung des zweiten Materials am ersten Material verbunden ist.

Durch eine derartige Ausgestaltung des elektronischen Bauelements gewinnt das schichtförmige zweite Material an Flexibilität und wird zudem im Bereich der mindestens einen Öffnung mittels des dritten Materials am ersten Material verankert beziehungsweise angeheftet. Nachdem das dritte Material besser als das zweite Material am ersten Material haftet, wird die gute Haftung des dritten Materials am ersten Material dazu genutzt, das zweite Material im Bereich der Öffnungen punktuell oder linienförmig zu fixieren. Dabei ergibt sich eine höhere Flexibilität des Bauelements und ein besserer Verbund der einzelnen Materialen im elektronischen Bauelement.

Die Gefahr, dass eine Deformation des flexiblen Substrats und darauf aufgebrachter Schichten bei der Herstellung des elektronischen Bauelements zu einer vollständigen oder bereichsweisen Ablösung von Schichten im Bereich des zweiten Materials führt, wird minimiert.

Weiterhin ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektronischen Bauelements, dass die Schichten zu dessen Aufbau, insbesondere die Schicht aus dem zweiten Material, sehr viel dünner ausgebildet werden können als bisher. Besonders dünne Schichten erwiesen sich nämlich bisher als Sollbruchstellen in Schichtstapeln, an welchen die strukturelle Integrität besonders gefährdet ist. Die nun eröffnete Möglichkeit, besonders dünne Schichten einzusetzen, wirkt sich insbesondere auf die Herstellungskosten für ein elektronisches Bauelement günstig aus.

Dabei hat es sich bewährt, wenn die erste Adhäsionskraft um mindestens 50%, insbesondere um mindestens 75% geringer ist als die zweite Adhäsionskraft. Ein solcher Unterschied zwischen erster und zweiter Adhäsionskraft lässt es als besonders vielversprechend erscheinen, die bessere Haftung des dritten Materials am ersten Material zu nutzen, um das zweite Material am ersten Material zu verankern.

Es hat sich bewährt, wenn das erste Material die Oberfläche des Substrats bildet, das zweite Material durch eine auf der Oberfläche des Substrats angeordnete erste Schicht bereitgestellt ist und das dritte Material durch eine auf der Oberfläche der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht bereitgestellt ist.

Genauso vorteilhaft ist es aber, wenn das erste, das zweite und das dritte Material durch drei dünne Schichten des Schichtstapels bereitgestellt sind. Diese können dabei direkt an das Substrat angrenzen oder davon beabstandet angeordnet sein.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch mehrere Bereiche des elektronischen Bauelements gleichzeitig betreffen. So kann beispielsweise ein schichtförmiges drittes Material beidseitig mit einem schichtförmigen zweiten Material bedeckt sein, wobei das dritte Material das zweite Material auf einer Seite an einem Substrat verankert und auf der anderen Seite an einer weiteren Schicht aus einem ersten Material verankert. Diverse Ausbildungen sind hierbei für den Fachmann ersichtlich, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Insbesondere weisen die dünnen Schichten des Schichtstapels jeweils eine Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 10μm, vorzugsweise im Bereich von 1nm bis 1μm, auf. Für halbleitende Schichten ist dabei eine Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 300nm bevorzugt. Elektrisch isolierende Schichten oder Schutzschichten werden bevorzugt mit einer Schichtdicke im Bereich von 5nm bis 1μm ausgebildet, während elektrisch leitfähige Schichten vorzugsweise mit einer Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 100nm ausgebildet werden.

Derartige Schichtdicken ermöglichen eine optimale Verankerung des zweiten Materials am ersten Material im Bereich der mindestens einen Öffnung.

Weiterhin kann das flexible Substrat mehrlagig ausgebildet sein. So werden unter anderem Substrate aus unterschiedlichen, üblicherweise im Hinblick auf den Verarbeitungsprozess miteinander ausreichend fest verbundenen Materiallagen eingesetzt, wobei lediglich die an den Schichtstapel angrenzende Oberfläche des Substrats im Hinblick auf die Adhäsions der darauf aufgebrachten Schichten von Interesse ist. So kann das Substrat je nach den gewünschten Eigenschaften beispielsweise Papier-, Kunstoff-, Metall-, Gewebeschichten oder anorganische Schichten aufweisen. Vorzugsweise wird das Substrat aber durch eine Folie aus PET oder PVP oder aus – gegebenenfalls Kunstoff-beschichtetem – Papier bereitgestellt.

Die Flexibilität des elektronischen Bauelements macht dieses besonders widerstandsfähig, insbesondere völlig unempfindlich gegen Stoßbelastungen. Im Gegensatz zu auf starren Substraten aufgebauten Bauelementen sind solche mit flexiblen Substraten einsetzbar in Applikationen, bei denen sich das elektronische Bauelement an Objekte mit unregelmäßiger Kontur, beispielsweise Verpackungen, anschmiegen soll. Diese sind mit wachsender Tendenz für Geräte mit unregelmäßig ausgebildeten Konturen, wie Handys oder elektronische Kameras, vorgesehen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das zweite Material die mindestens eine Öffnung an mindestens 50% des Öffnungsumfangs, insbesondere an 100% des Öffnungsumfangs, begrenzt. So kann eine Öffnung im schichtförmigen zweiten Material beispielsweise im Randbereich oder innerhalb der Schicht angeordnet werden. Öffnungen im Bereich der Schichtecke oder Schichtkante führen zu einer Verlängerung des Umfangs der Schicht aus zweitem Material und damit zu einer verbesserten Verankerung dieser mittels des schichtförmigen dritten Materials am ersten Material. Öffnungen in der Schicht aus zweitem Material, die entfernt vom Rand, also senkrecht zum Substrat gesehen allseitig von zweitem Material umgeben angeordnet werden, sind bei Schichten aus zweitem Material besonders bevorzugt die zumindest bereichsweise so breit ausgebildet sind, dass die Gefahr einer flächigen Ablösung/Aufwölbung im Mittenbereich besteht. Eine Öffnung, die zu 100% ihres Umfangs von zweitem Material begrenzt ist, vermindert die Breite der Schicht aus zweitem Material in diesem Bereich und ermöglicht eine Verbindung zwischen dem dritten Material und dem ersten Material durch die Schicht aus zweitem Material hindurch. Dies erhöht die Flexibilität und Haftung zwischen dem zweiten und dem ersten Material und vermindert die Gefahr einer Ablösung im Mittenbereich der Schicht aus zweitem Material. Eine Anordnung von Öffnungen im Randbereich und im Mittenbereich der Schicht aus zweitem Material ist besonders bevorzugt.

Es hat sich weiterhin bewährt, wenn die mindestens eine Öffnung an ihrem maximalen Querschnitt, senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen, eine Breite im Bereich von 0,5 bis 200 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,5 μm aufweist. Derart ausgestaltete Öffnungen ermöglichen einen ausreichenden Kontakt zwischen dem schichtförmigen dritten Material und dem ersten Material. Öffnungen mit kleineren Durchmessern behindern das dritte Material eher, in Kontakt zum ersten Material zu treten, so dass es zu keiner ausreichenden Verankerung kommt, während größere Öffnungsdurchmesser die Funktionalität der Schicht aus zweitem Material wesentlich beeinträchtigen können.

Insgesamt hat es sich bewährt, wenn etwa 5 bis 50%, insbesondere 5 bis 10%, der Fläche des zweiten Materials mit Öffnungen belegt ist. Insbesondere sollte nicht mehr als 50% einer für die elektrischen Werte des Bauelement kritischen Dimension des zweiten Materials durch Öffnungen unterbrochen sein, um die Funktionsfähigkeit des Bauelements nicht zu beeinträchtigen.

Generell können unterschiedlichste Öffnungsquerschnitte, beispielsweise in Kreis-, Ellipsen-, Quadrat-, Rechteck-, Dreieck-, Sternform oder freier Form sowie Kombination dieser Formen, ausgebildet werden.

Vorzugsweise weist das zweite Material eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 200 nm auf. Schichtförmige zweite Materialien mit derartigen Schichtdicken ermöglichen einen ausreichenden Kontakt zwischen dem schichtförmigen dritten Material und dem ersten Material. Dickere Schichten aus zweitem Material behindern die Verankerung des dritten Materials am ersten Material, so dass zweite Material nicht ausreichend verankert wird.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine Schichtdicke des dritten Materials mindestens 10% der Schichtdicke des zweiten Materials beträgt. So wird gewährleistet, dass die Schicht aus drittem Material eine geschlossene Schicht bildet und nicht im Bereich der mindestens einen Öffnung unterbrochen ist. Dünnere Schichten aus drittem Material behindern die Verankerung des dritten Materials am ersten Material, so dass das zweite Material nicht ausreichend verankert wird.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn das schichtförmige zweite Material senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen etwa bis zu 50% der Gesamtfläche mit Öffnungen versehen ist. Eine geeignete Einstellung der Breite der zwischen den Öffnungen und am Rand verbleibenden Stege aus zweitem Material wird dabei über eine gleichmäßige Anordnung von Öffnungen bewirkt, so dass das bereits oben erwähnte Ablösen und gegebenenfalls Aufwölben von breiten Schichten aus zweitem Material in deren Mittenbereich unterbunden wird.

Dabei hat es sich bewährt, wenn das zweite Material senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen an jeder Stelle eine Breite aufweist, die um weniger als etwa 25% von der Breite des zweiten Materials in den übrigen Bereichen abweicht. Je gleichmäßiger dabei die Stegbreiten der Schicht aus zweitem Material ausgebildet werden, desto gleichmäßiger ist auch die erzielte Verbesserung der Haftung des zweiten Materials am ersten Material.

Vorzugsweise ist das zweite Material elektrisch leitfähig, insbesondere aus einem Metall, einem leitfähigen Polymer, einem leitfähigen Kleber, einer leitfähigen Substanz mit leitfähigen anorganischen Partikeln in einer Polymermatrix oder aus einer Paste/Tinte enthaltend elektrisch leitfähige Partikel gebildet. Als Metall kommen dabei beispielsweise Gold, Silber Titan, Kupfer oder Legierungen aus diesen in Frage. Als leitfähige Polymere haben sich unter anderem Polyanilin oder Polyethylendioxytiophen (PeDOT) bewährt, während als Pasten/Tinten enthaltend elektrisch leitfähige Partikel oft solche mit Silber- oder Graphit/Ruß-Partikeln eingesetz werden.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das zweite Material als eine erste Elektrode fungiert. Dabei sind unter einer ersten Elektrode auch Elektrodenpaare, beispielsweise die auf gleicher Ebene auf dem Substrat angeordneten Source- und Drain-Elektroden eines p-leitenden Feldeffekttransistor, zu verstehen.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Bauelement weiterhin eine zweite Elektrode aufweist, welche ebenfalls Öffnungen zur Erhöhung ihrer Flexibilität aufweist. Die Öffnungen in der zweiten Elektrode werden dabei analog zu den Öffnungen in der ersten Elektrode gebildet, was soviel bedeutet, als auch hier die Anzahl, Anordnung und der Öffnungsquerschnitt so gebildet werden, als würde es sich um eine Öffnung im schichtförmigen zweiten Material handein. Dabei können die Öffnungen in der zweiten Elektrode deckungsgleich zu den Öffnungen in der ersten Elektrode ausgebildet sein, insbesondere bei gleichen Flächen-Dimensionen von erster und zweiter Elektrode, oder in Art, Anzahl und Lage abweichen, insbesondere bei abweichenden Flächen-Dimensionen von erster und zweiter Elektrode.

Weiterhin ist es möglich, dass das zweite Material mehrschichtig ausgebildet ist, insbesondere aus mehreren Metallschichten und/oder mehreren Polymerschichten und/oder mehreren Pasten/Tinten-Schichten oder ähnlichem. Entscheidend ist hierbei die Adhäsionskraft der an das erste Material angrenzenden Einzelschicht aus zweitem Material bzw. der Adhäsionskraft der an das erste Material angrenzenden Einzelschicht aus drittem Material.

Es ist bevorzugt, wenn das dritte Material die elektrische Funktionsschicht aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bildet. Die Bildung der halbleitenden elektrischen Funktionsschicht kann vorzugsweise mittels verdruckbaren, löslichen anorganischen Halbleitern oder Polymeren erfolgen, wobei der Begriff des Polymers hier ausdrücklich polymeres Material und/oder oligomeres Material und/oder Material aus „small molecules" und/oder Material aus Nanopartikeln einschließt. Nanopartikel bestehen aus metallorganischen halbleiterorganischen Verbindungen, die beispielsweise Zinkoxid als nicht organischen Bestandteil enthalten. Es kann sich bei dem Polymer am einen hybriden Werkstoff handeln, beispielsweise um einen n-leitenden polymeren Halbleiter auszubilden. Es sind auch beispielsweise Silikone eingeschlossen. Weiterhin soll der Begriff nicht im Hinblick auf die Molekülgröße beschränkt sein, sondern wie weiter oben ausgeführt, „small molecules" oder „Nanopartikel" einschließen. Es kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschichten mit unterschiedlichen organischen Material ausgebildet sind.

Die Halbleiterschicht kann als p-Leiter oder als n-Leiter ausgebildet sein. Die Stromleitung in einem p-Leiter erfolgt fast ausschließlich durch Defektelektronen, die Stromleitung in einem n-Leiter fast ausschließlich durch Elektronen. Die jeweils vorherrschend vorhandenen Ladungsträger werden als Majoritätsträger bezeichnet. Wenngleich die p-Dotierung für organische Halbleiter typisch ist, ist es doch möglich, das Material mit n-Dotierung auszubilden. Als p-leitende Halbleiter können Pentacen, Polyalkylthiophen etc. vorgesehen sein, als n-leitende Halbleiter z.B. lösliche Fulleren-Derivate.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das dritte Material die elektrische Funktionsschicht aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bildet, wobei klassische Halbleiter (kristallines Silizium oder Germanium) und typische metallischen Leiter verwendet werden.

Vorzugsweise weist das schichtförmige zweite Material mindestens zwei Öffnungen auf, wobei die mindestens zwei Öffnungen senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen den gleichen Querschnitt aufweisen. Diese Ausgestaltung der Öffnungen bietet sich insbesondere dann an, wenn die Schicht aus zweitem Material eine einfache geometrische Form aufweist, beispielsweise rechteckig, quadratisch, rund oder ähnlich ausgebildet ist.

Es ist aber ebenso möglich, dass das zweite Material mindestens zwei Öffnungen aufwiest, wobei die mindestens zwei Öffnungen senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen mindestens einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung der Öffnungen erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Schicht aus zweitem Material eine komplexere geometrische Form mit Abwinkelungen aufweist, beispielsweise T-förmig oder sternförmig ausgebildet ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das elektronische Bauelement als ein organisches Halbleiterbauelement, insbesondere ein Feldeffekt-Transistor (OFET), als eine organische Diode, als ein organischer Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazität, als ein organischer Widerstand oder als eine organische elektrische Leitungsanordnung ausgebildet ist.

Bei einem organischen Feldeffekt-Transistor (OFET) handelt es sich um einen Feldeffekt-Transistor mit mindestens drei Elektroden, einer Halbleiterschicht und einer Isolierschicht. Der OFET ist aus einem Trägersubstrat angeordnet. Eine Schicht aus einem organischen, halbleitenden Material bildet einen leitfähigen Kanal, dessen Endabschnitte durch eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode gebildet sind. Der leitfähige Kanal ist mit einer Isolationsschicht abgedeckt, aus der eine Gate-Elektrode angeordnet ist. Durch Anlegen einer Gate-Source-Spannung U_GS zwischen Gate-Elektrode und Source-Elektrode kann die Leitfähigkeit des Kanals verändert werden. Die Ladungsträger werden durch die Ausbildung eines elektrischen Feldes in der Isolationsschicht verdichtet, wenn eine Gate-Source-Spannung U_GS geeigneter Polarität angelegt wird, d.h. bei p-Leitern eine negative Spannung bzw. bei n-Leitern eine positive Spannung. Infolgedessen sinkt der elektrische Wiederstand zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode. Es kann sich nun bei Anlegen einer Drain-Source-Spannung U_DS ein größerer Stromfluss zwischen der Source- und der Drain-Elektrode ausbilden, als bei einer offenen Gate-Elektrode. Es handelt sich bei einem Feldeffekttransistor also um einen gesteuerten Widerstand.

Insbesondere ist für das elektronische Bauelement bevorzugt, wenn die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material mittels einer Flüssigkeit, insbesondere durch ein Druckverfahren, gebildet ist. Der Begriff Flüssigkeit umfasst dabei beispielsweise Suspensionen, Emulsionen, sonstige Dispersionen oder auch Lösungen. Das Druckverhalten der Flüssigkeit wird dabei durch Parameter wie Viskosität, Konzentration. Siedetemperatur und Oberflächenspannung bestimmt. So kann eine Variation der Dicke der durch Drucken gebildeten elektrischen Funktionsschicht dadurch erreicht werden, dass entweder die Konzentration an organischem Material, beispielsweise Polymer, in der Flüssigkeit erhöht wird oder die Auftragsmenge in einem Druckvorgang erhöht wird oder die Anzahl an Flüssigkeitsaufträgen mit Zwischentrocknung erhöht wird. Als Druckverfahren sind hierbei Tiefdruck, Hockdruck, Siebdruck, Flexo- oder Tampondruck, Schablonendruck oder ähnliches verwendbar. Auch einem Druckverfahren gleichzusetzende Verfahren wie ein Aufrakeln ist möglich.

Weiterhin ist es für das elektronische Bauelement bevorzugt, wenn die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material durch Abscheidung über eine Gasphase, insbesondere durch Aufdampfen oder Sputtern, gebildet ist.

Es hat sich für das elektronisches Bauelement bewährt, wenn dass die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material mittels Laser oder Photolithographie strukturiert ist.

Vorzugsweise ist die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren gebildet. Hier sind Rolle-zu-Rolle-Verfahren besonders bevorzugt.

Die 1a bis 5c sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt/zeigen
1a einen Querschnitt durch ein Substrat mit zwei darauf angeordneten Schichten,
1b eine Draufsicht auf die Schicht 2 aus 1a
2a einen Querschnitt durch ein Substrat mit drei darauf angeordneten Schichten,
2b und 2c jeweils eine Draufsicht auf eine mögliche Variante der Schicht 2 aus 2a,
3a einen Querschnitt durch ein weiteres Substrat mit drei darauf angeordneten Schichten,
3b und 3c jeweils eine Draufschicht auf eine mögliche Variante der Schicht 2 aus 3a,
4a einen Querschnitt durch einen OFET,
4b und 4c jeweils eine Draufschicht auf eine mögliche Variante der Schicht 2a aus 4a,
5a einen Querschnitt durch einen Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazität und
5b und 5c jeweils eine Draufsicht auf mögliche Variante der Schicht 2a aus 5a,
1a zeigt einen Querschnitt durch ein flexibles Substrat 1 in Form einer Kunstoff-Folie aus einem ersten Material, hier aus PET. Auf dem Substrat 1 ist eine erste Schicht aus einem zweiten Material 2 mit einer Schichtdicke von 10nm angeordnet, wobei als zweites Material 2 aufgesputtertes Silber eingesetzt wurde. Die erste Schicht aus dem zweiten Material 2 weist Öffnungen 4 auf (siehe auch 1b). Über der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2 ist eine zweite Schicht aus einem dritten Material 3 angeordnet, wobei die zweite Schicht aus dem dritten Material 3 eine Schichtdicke von 20nm aufweist und durch die Öffnungen 4 hindurch in Kontakt zum Substrat 1 aus dem ersten Material steht. Zur Bildung der zweiten Schicht aus dem dritten Material 3 wurde hierbei eine Flüssigkeit enthaltend Poly-3-alkylthiopen aufgedruckt und getrocknet. Eine zweite Adhäsionskraft des dritten Materials 2 am ersten Material, welches durch die Oberfläche des Substrats 1 bereitgestellt wird, ist dabei höher als eine erste Adhäsionskraft des zweiten Materials 2 am ersten Material.
1b zeigt eine Draufsicht auf die erste Schicht aus dem zweiten Material 2 aus 1a. Dabei ist erkennbar, dass es sich bei den Öffnungen 4 im zweiten Material 2 um quadratische Öffnungen mit gleichem Öffnungsquerschnitt handelt. Die Seitenlänge der Öffnungen beträgt 10μm. Die Menge an Öffnungen 4, sowie deren Anzahl und Anordnung ist so gewählt, dass weniger als 50% der Gesamtfläche der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2 ausgespart ist. Die Breite (siehe beispielhaft die Breiten B₁, B₂ und B₃ in 1b) des zweiten Materials 2, die senkrecht zum Substrat gesehen verbleibt, ist kleiner als 30μm. Dies gewährleistet eine zuverlässige und gleichmäßige Fixierung des zweiten Materials 2 mittels der zweiten Schicht aus dem dritten Material 3 am ersten Material beziehungsweise der Substratoberfläche.
2a zeigt einen Querschnitt durch ein flexibles Substrat 1 aus PET als erstem Material, auf welchem eine erste Schicht aus einem zweiten Material 2a angeordnet ist. Die Schicht aus dem zweiten Material 2a ist aus Silberleitpaste in einer Schichtdicke von 15 nm gebildet worden und weist Öffnungen 4 auf. Auf der Schicht aus dem zweiten Material 2a ist eine zweite Schicht aus einem dritten Material 3 angeordnet, welches eine Schichtdicke von 35 nm aufweist und durch die Öffnungen 4 hindurch in direktem Kontakt zu der Oberfläche des Substrats 1 beziehungsweise zum ersten Material steht. Auf der zweiten Schicht aus dem dritten Material 3 ist eine mittels Silberleitpaste gebildete, flächige Elektrode 2b angeordnet. Um die Flexibilität der Elektrode 2b zu erhöhen, wird diese vorzugsweise ebenfalls mit Öffnungen gemäß der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2a versehen (hier nicht dargestellt). Das dritte Material 3 ist aus dem organisch halbleitenden Material Pentacen gebildet, wobei die Adhäsionskraft des dritten Materials 3 am Substrat 1 höher ist als die Adhäsionskraft des zweiten Materials am Substrat 1.
Die 2b und 2c zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine mögliche Variante der ersten Schicht aus 2a, wobei die 2b zwei gleich große, rechteckige Öffnungen 4a und die 2c mehrere gleich große, quadratische Öffnungen 4b aufzeigt, die als Öffnungen 4 gemäß 2a eingesetzt werden können. Dabei sind die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen 4a, 4b im Verhältnis zur Flächenausdehnung der ersten Schicht so klein gewählt, dass die Funktion der ersten Schicht nicht beeinträchtigt wird. Das Verhältnis zwischen der Summe der Öffnungsquerschnitte aller Öffnungen zur Fläche der ersten Schicht liegt dabei vorzugsweise im Bereiche von 1:20 bis 1:1.
Die 3a zeigt einen Querschnitt durch ein flexibles Substrat 1 aus Papier, auf welchem eine Schicht aus einem ersten Material 3a angeordnet ist. Das erste Material 3a ist dabei aus dem organischen Halbleiter Poly-3-alkyltiophen in einer Schichtdicke von 15 nm gebildet. Auf der Schicht aus dem ersten Material 3a ist eine Schicht aus einem zweiten Material 2 gebildet, die Öffnungen 4 aufweist. Das zweite Material 2 ist aus aufgedampftem Kupfer in einer Schichtdicke von 10 nm gebildet. Auf der Schicht aus dem zweiten Material 2 ist eine weitere Schicht aus einem dritten Material 3b mit einer Schichtdicke von 15 nm angeordnet, wobei das dritte Material 3b gleich dem ersten Material 3a gewählt ist. Somit ergibt sich zwischen den Schichten aus dem dritten Material 3b und dem ersten Material 3a eine höhere Adhäsionskraft als zwischen der Schicht aus dem zweiten Material 2 und der Schicht aus dem ersten Material 3a.
Die 3b und 3c zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine mögliche Variante der Schicht 2 aus 3a, wobei die 3b zwei gleich große, rechteckige Öffnungen 4a und die 3c mehrere gleich große, quadratische Öffnungen 4b aufzeigt, die als Öffnungen 4 gemäß 3a eingesetzt werden können.
4a zeigt einen Querschnitt durch einen OFET mit einem flexiblen Substrat 1 aus PVP (=erstes Material), einer ersten Schicht aus einem zweiten Material 2a, hier aufgedampftes Gold in einer Schichtdicke von 12 nm, wobei die erste Schicht die Source-/Drain-Elektroden des OFET bereitstellt, sowie einer zweiten Schicht aus einem dritten Material 3, welches organisch halbleitend, hier aus Poly-3-alkylthiophen gebildet ist. Auf der zweiten Schicht aus dem dritten Material 3, die eine Schichtdicke von 23 nm aufweist, befindet sich eine organische, elektrisch isolierende Schicht 5, welche wiederum eine Gate-Elektrode 2b aus aufgedampften Gold trägt.
Die erste Schicht aus dem zweiten Material 2a weist Öffnungen 4 auf, durch welche hindurch die zweite Schicht aus dem dritten Material 3 in Kontakt zum ersten Material beziehungsweise zur Oberfläche des Substrats 1 steht. Dadurch wird eine gute Haftung der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2 am ersten Material erreicht.
Um die Flexibilität und Haftung der Elektrode 2b zu erhöhen, wird diese vorzugsweise ebenfalls mit Öffnungen ähnlich denen in der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2a versehen (hier nicht dargestellt).
Die 4b und 4c zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine mögliche Variante der Schicht 2a aus 4a. In 4b sind dabei Öffnungen 4a, 4b mit unterschiedlichem Öffnungsquerschnitt vorgesehen, während in 4c lediglich Öffnungen 4 mit gleichem Öffnungsquerschnitt angeordnet sind.
5a zeigt einen Querschnitt durch einen Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazität, welcher ein Substrat 1 aus einem ersten Material aufweist. Das erste Material ist aus PET-Folie gebildet. Auf dem Substrat 1 ist eine erste Schicht aus einem zweiten Material 2a angeordnet. Das zweite Material 2a ist aus PeDOT mit einer Schichtdicke von 1 nm gebildet und weist Öffnungen 4 auf. Auf der Schicht aus dem zweiten Material 2a ist eine zweite Schicht aus einem dritten Material 3 angeordnet, welches aus dem organischen Halbleiter Poly-3-alkylthiophen gebildet ist. Die zweite Schicht aus einem dritten Material 3 ist über die Öffnungen 4 in der ersten Schicht mit dem Substrat 1 verbunden und fixiert dadurch die erste Schicht zuverlässig am Substrat 1. Auf der zweiten Schicht ist eine elektrisch isolierende Schicht 5 aus Polyhydroxystyrol (PHS) angeordnet. Auf der Schicht 5 ist eine elektrisch leitende Schicht 2b, welche als Elektrode fungiert und aus PeDOT gebildet ist, angeordnet.
Um die Flexibilität und damit die Heftung der Elektrode 2b zu erhöhen, wird diese vorzugsweise ebenfalls mit Öffnungen wie denen in der ersten Schicht aus dem zweiten Material 2a versehen (hier nicht dargestellt).
Die 5b und 5c zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine mögliche Variante der Schicht aus dem zweiten Material 2a aus 5a. In 5b sind dabei Öffnungen 4a mit rechteckigem Öffnungsquerschnitt vorgesehen, während in 5c in der Schicht aus dem zweiten Material 2a Öffnungen 4b mit quadratischem Öffnungsquerschnitt angeordnet sind, um die Flexibilität der ersten Schicht und deren Haftung am Substrat 1 zu verbessern.

Claims

Elektronisches Bauelement mit einem flexiblen Substrat (1), auf dessen Oberfläche ein Schichtstapel aus dünnen Schichten, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material, angeordnet ist, wobei das Bauelement mindestens ein erstes Material (3a), ein schichtförmiges zweites Material (2, 2a) und ein schichtförmiges drittes Material (3, 3b) umfasst und wobei senkrecht zur Oberfläche des Substrat (1) gesehen auf das erste Material (3a) das zweite Material (2, 2a) folgt und auf das zweite Material (2, 2a) das dritte Material (3, 3b) folgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Adhäsionskraft des zweiten Materials (2, 2a) am ersten Material (3a) geringer ist als eine zweite Adhäsionskraft des dritten Materials (3, 3b) am ersten Material (3a) und dass das zweite Material (2, 2a) mindestens eine Öffnung (4, 4a, 4b) aufweist, über welche das dritte Material (3, 3b) mit dem ersten Material (3a) zur Erhöhung der Haftung des zweiten Materials (2, 2a) am ersten Material (3a) verbunden ist.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Adhäsionskraft um mindestens 50%, insbesondere um mindestens 75% geringer ist als die zweite Adhäsionskraft.
Elektronisches Bauelement nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material die Oberfläche das Substrats (1) bildet, dass das zweite Material (2, 2a) durch eine auf der Oberfläche des Substrats (1) angeordnete erste Schicht bereitgestellt ist und dass das dritte Material (3, 3b) durch eine auf der Oberfläche der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht bereitgestellt ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und das dritte Material durch drei dünne Schichten des Schichtstapels bereitgestellt sind.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnen Schichten des Schichtstapels jeweils eine Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 10μm aufweisen.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Substrat (1) mehrlagig ausgebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) die mindestens eine Öffnung (4, 4a, 4b) an mindestens 50% des Öffnungsumfangs, insbesondere an 100% des Öffnungsumfangs, begrenzt.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (4, 4a, 4b) an ihrem maximalen Querschnitt, senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen, eine Breite im Bereich von 0,5 bis 200 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,5 μm, aufweist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 200 nm aufweist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material (3, 3b) eine Schichtdicke aufweist, die mindestens 10% der Schichtdicke des zweiten Materials (2, 2a) beträgt.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass 5 bis 54%, insbesondere 5 bis 10%, einer Gasamtfläche des zweiten Materials mit Öffnungen belegt ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen an jeder Stelle eine Breite aufweist, die um weniger als 25% von der Breite des zweiten Materials (2, 2a) in den übrigen Bereichen abweicht.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) elektrisch leitfähig ist, insbesondere aus einem Metall, einem leitfähigen Polymer, einem leitfähigen Kleber, einer leitfähigen Substanz mit leitfähigen anorganischen Partikeln in einer Polymermatrix oder aus einer Paste/Tinte enthaltend elektrisch leitfähige Partikel gebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) als eine erste Elektrode fungiert.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement weiterhin eine zweite Elektrode aufweist, welche ebenfalls Öffnungen zur Erhöhung ihren Flexibilität aufweist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) mehrschichtig ausgebildet ist, insbesondere aus mehreren Metallschichten und/oder mehrere Polymerschichten und/oder mehreren Pasten/Tinten-Schichten.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material (3, 3b) die elektrische Funktionsschicht aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bildet.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) mindestens zwei Öffnungen (4, 4a, 4b) aufweist, wobei die mindestens zwei Öffnungen (4, 4a, 4b) senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen den gleichen Querschnitt aufweisen.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2, 2a) mindestens zwei Öffnungen (4, 4a, 4b) aufweist, wobei die mindestens zwei Öffnungen (4, 4a, 4b) senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen mindestens einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement als ein organisches Halbleiterbauelement, insbesondere ein Feldeffekt-Transistor (OFET), als eine organische Diode, als ein organischer Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazität, als ein organischer Widerstand oder als eine organische elektrische Leitungsanordnung ausgebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material mittels einer Flüssigkeit, insbesondere durch ein Druckverfahren, gebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material durch Abscheidung über eine Gasphase, insbesondere durch Aufdampfen oder Sputtern, gebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material mittels Laser oder Photolithographie strukturiert ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren gebildet ist.