WO2002099908A1

WO2002099908A1 - Verfahren zur erzeugung von leitfähigen strukturen mittels drucktechnik sowie daraus hergestellte aktive bauelemente für integrierte schaltungen

Info

Publication number: WO2002099908A1
Application number: PCT/DE2002/001717
Authority: WO
Inventors: Adolf Bernds; Wolfgang Clemens; Walter Fix; Alexander Friedrich Knobloch; Andreas Ullmann
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2002-12-12
Also published as: US20040209191A1; DE10126859A1; EP1393388A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen, das sich dadurch auszeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht, Leiterbahnen oder Elektroden direkt oder indirekt mittels einer Drucktechnik erzeugt. Das Verfahren ist besonders geeignet in einfacher, schneller und kostengünstiger Weise Elektroden und Leiterbahnen in optoelektronischen Bauelementen zu erzeugen.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen mittels Drucktechnik sowie daraus hergestellte aktive Bauelemente für integrierte Schaltungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen sowie daraus hergestellte aktive Bauelemente, insbesondere organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs), organische Leuchtdioden (OLEDs) bzw. diese umfassende integrierte Schaltungen.

Zur Realisierung von organischen und anorganischen optoelektronischen Bauelementen werden leitfähige und feinstruk- turierte Elektroden bzw. Elektrodenbahnen benötigt, die aus leitfähigen Materialien, wie Metallen, organischen leitenden Polymeren oder partikelgefüllten Polymeren hergestellt werden können. Organische Schichten lassen sich dabei photochemisch (vgl. C.J. Drury et al . , Appl . Phys . Lett . 73 (1) (1998) 108 und G.H. Gelink et al . , Appl. Phys. Lett. 77 (10) (2000)

1487) oder auf lithographischem Wege (Synth. Met 101 (1999) 705) strukturieren. Ähnliche Methoden sind auch für die Strukturierung von anorganischen leitfähigen Schichten möglich.

Diese Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Schichten bzw. zur Erzeugung von Leiterbahnen bzw. Elektroden sind arbeitstechnisch sehr aufwendig und damit zeit- und kostenintensiv. Insbesondere für die Erzeugung von hochaufgelösten leitenden Strukturen in opto-elektronischen Bauelementen, wie OFETs, OLEDs und dergleichen sind diese Schritte daher zu umfangreich.

In der noch nicht veröffentlichten DE 10047171.4 der Anmelde- rin wird ein Verfahren zur Herstellung eine Elektrode und/oder Leiterbahn aus organischem Material durch Kontaktieren mit einer chemischen Verbindung beschrieben. Die organi- sehen Materialien haben den Nachteil, dass sie nicht so stabil wie entsprechende anorganische Materialien sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah- ren anzugeben, mit welchem in einfacher und kostengünstiger Weise mit möglichst wenigen Arbeitsschritten hochaufgelöste leitfähige Strukturen, möglichst aus anorganischem Material, erzeugt werden können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Schichten, das sich dadurch auszeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht, Leiterbahnen bzw. Elektroden mittels einer Drucktechnik erzeugt.

Durch eine druckbare Strukturierung wird das Verfahren wesentlich vereinfacht, billiger und schneller. Es fallen ebenfalls sämtliche beispielsweise für die Lithographie nötigen Schritte, wie Aufbringen eines Photolackes, Belichtung, Entwicklung und gegebenenfalls anschließende Reinigung weg.

Prinzipiell eignen sich alle Druckverfahren, wie Tiefdruck, Hochdruck, Flachdruck, Durchdruck (Siebdruck) . In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden jedoch die Leiterbahnen bzw. Elektroden im sogenannten Gravur-Offset-Druck erzeugt. Man spricht hier auch vom Tampon-Druck. Der Vorteil dieses Druckverfahrens besteht darin, dass man die zu erzeugende Struktur positiv oder negativ in Form eines Klischees, das die Druckpaste enthält, anlegen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in vorteilhafterweise zur Erzeugung sowohl organischer als auch anorganischer leitfähiger Strukturen bzw. Leiterbahnen oder Elektroden.

Eine leitfähige organische Schicht ist vorteilhafterweise beispielsweise dotiertes Polyanilin, in welcher durch Bedrucken mit einem basischen Druckmedium durch Deprotonierung eine nichtleitende Matrix erzeugt wird. Auch kann durch Bedrucken von nicht-dotiertem Polyanilin mit einem sauren Druckmedium durch Protonierung eine leitfähige Struktur in einer nichtleitenden Matrix erzeugt werden. Diese Matrix kann dann entfernt werden und gegebenenfalls mit einer Halbleiterschicht ausgefüllt werden. Aus Gründen der Stabilität des opto-elektronischen Bauelementes, das eine gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte leitfähige strukturierte Schicht enthält, ist es von Vorteil, diese aus einem anorganischen leit- fähigen Material, vorteilhafterweise Gold, Aluminium, Kupfer oder Indium-Zinn-Oxid (ITO) auszuwählen. Hier wird auf einem Substrat oder einer unteren Schicht zunächst die metallische leitfähige Schicht, welche beispielsweise 1 bis 100 nm dick sein kann, beispielsweise durch Aufdampfen aufgetragen. Dann wird mittels der Gravur-Offset-Drucktechnik eine geeignete

Ätzpaste im Negativ zu der erzeugenden Leiterbahn bzw. Elektrode aufgedruckt, wodurch die leitfähige Schicht in den bedruckten Bereichen unter Ausbildung der Leiterbahn bzw. Elektrode weggeätzt wird. Auch kann umgekehrt positiv ein Ätzresist gedruckt werden, der nach dem Ätzschritt wieder entfernt wird.

Je nach Art der zu strukturierenden leitfähigen Schicht kann diese Paste basischen oder sauren Charakter besitzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafterweise kontinuierlich ausgestaltet, wodurch eine Massenproduktion gewährleistet ist.

Die Erfindung betrifft auch einen organischen Feldeffekt- Transistor, bei dem Source-, Drain- und/oder Gate-Elektroden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.

Die Erfindung betrifft auch organische Leuchtdioden, bei wel- chen die leitenden Strukturen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft auch organische Dioden, insbesondere Gleichrichterdioden.

Die Erfindung betrifft auch integrierte Schaltungen, umfassend wenigstens ein OFET oder ein anderes aktives Bauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spieles und der anliegenden Fig. 1 näher erläutert.

In Schritt A wird mittels eines Druckstempels 1 die hochviskose Druckpaste 2 von der Druckvorlage (Klischee) 3 abgenommen. Der Druckstempel 1 ist vorteilhaft aus einem gegenüber der reaktiven Druckpaste 2 resistenten Material. Für die Aus- bildung anorganischer Leiterbahnen bzw. Elektroden ist das in geeigneter Weise quellbeständiges, säureresistentes Silikon. Die Druckvorlage 3 enthält die Druckpaste als Negativ- Klischee der zu erzeugenden Leiterbahnen bzw. Elektroden. In Schritt B und C wird die Druckpaste 2 mittels des Druckstem- pels 1 auf das mit einer leitfähigen Schicht 4 beschichtete Substrat 5 übertragen. Die Druckpaste 2 haftet an dem Druckstempel 1 in Form diskreter Strukturen, welche eine Behandlung der leitfähigen Schicht 4 zu deren Strukturierung ermöglicht. Die leitfähige Schicht 4 besteht bei der angege- benen Ausführungsform aus einer 1 bis 100 m dicken, leitenden Metallschicht, wie beispielsweise einer Schicht aus Gold, Aluminium, Kupfer oder ITO, welche aufgedampft wurde. Die Druckpaste 2 hat ätzende Eigenschaften und weist für den Anwendungsfall Kupfer einen Gehalt an Eisen (III) Chlorid, für den Anwendungsfall Gold einen Gehalt an Jod/Kaliu jodid, für den Anwendungsfall ITO einen Gehalt an Halogenwasserstoff auf und für den Anwendungs all Aluminium einen Gehalt an Salzsäure oder Natronlauge auf.

Das Substrat ist prinzipiell frei wählbar und kann so ein Siliziumträger oder eine dünne Glasschicht sein. Bevorzugt wird man jedoch dünnste, flexible Kunststofffolien, beispielsweise CO ) M ) P> P¹

Cπ o Cπ o Cπ o cπ z, O : <i CΛ P rt CΛ α Q Φ P> N 0 cn Φ tr 0 P^J tr PJ C Q cn c-i cn !V ιp ö PJ p- O P- rt φ rt P- Φ O P, Φ P- 0 0 J Φ ^{1 )} 0: φ φ 0 p- φ φ P- φ Φ P3 Φ P- 0

Φ P" ΓΛ N l-J Φ φ 0" 0 3 0 cn 0 P. φ 0 Ω P- 0 3 Φ 3 P¹ Ω P- 0 0 φ cn

P- J 0 tr 3 U3 P- Ω P>: ιQ s: 0 ;v Ps¹ rt φ P>: Ω tr 0 0 0 Cn

0 Ω rt 0 H *Ö Ω &α ιQ Φ P- rt < rt tr Hi 0 CΛ Φ P¹ to P^{^} P> 0

P> U P- ιQ Φ Φ Φ 0 tr p Φ Hi φ P Φ tr P>: Hl 0 3 φ Φ Ό Ω P> tr Φ O o rt O P- P> P- 0 rt Φ Φ Φ 0: Q, P o p- - PJ tr P- CΛ 0 - α 0 cn P- P¹ tr P N tr rt p. α P- P- tr φ P> Hi 0 cn Φ P- cn ? rt Ω 0 P- P> Ω rt rt •

0 Φ P¹ Hi >C- P- 0 vQ l-f P 0 P⁾ P- Tf P- U3 ¹ rt P- Hi tr PJ 0 cn tr 0 Hi φ α Φ p- 0 P): P r Φ 0 rt 0^J cn P^J cn p- tr Φ cn P Φ pi: 0 Ω N Φ P⁾ pj: rr φ (D (D 0" P- 0: § P, Φ Φ O Ω 0 Ω Φ rt P> tr tr P- t P- 0 cn Φ rt tr tr

0 >P Φ tr P- φ tr rt 0 P¹ tr Φ tr P¹ CΛ 3 rt 0 p- rt Hi Ό Ω P- P- *<

P- Φ 0 3 ^ i φ s: PJ Φ φ 0 Φ cn Ω φ P- ιp rt o P- H tr 0 Cπ ι

55 Φ P- tr : φ Φ P¹ l-J P- 0 cn N 0 P- cn ≤; P- " 0 iP φ φ P- o Φ Φ

Φ 0 0 P- cn P^J Φ rt P. o. s: • Φ 2 Φ Φ P- 0 P- Φ α vp ιp 0 rt P⁾ 0

0 rt Φ 0 cn O: CΛ P- l-J φ 0¹ P- &o φ Cd P- Ω 0

_^ 3 0 P⁾ φ P" Φ Φ 0 CΛ rr l-J P φ cn O rt P⁾ ι-( O: cn ö Φ P- ⁾ cn tr PJ φ 0 P- 0 0 cn P- Hi Ω

0 Φ 0 rt ^J H) ι3 φ cn Ω P> 0 cn 0 Φ Φ rr P- PS¹ Ö o cn P_ N cn rt P" vP tr d

P> ιQ tu 0 P- P>: Φ P- 0 0 0- cn & Φ φ P- cn rt 0 0 rt

Φ 0 Φ P¹ Φ rt σ> 0 ι s Ω 0 ιP Φ P- O

P¹ Φ PJ 0 P> .-», n P^J 0 φ φ tr 0 Φ tr Ω P¹

P- cn cn tr CΛ 0^* P- iQ 0 M iQ 3 φ p- Hi Z, Φ Ω P> 0 P- P> SV Hl 0 tr ^ cn rt CD ιP o rr ι _^^ ö 0 cn cn P): Φ 0 3 0 P>: . H- 0 δ^* 0 p- P¹ Hl rt Φ J rt rt

PJ O -« 3 Φ 0- Φ CΛ P cn 3 Ω cn P cn φ Φ tr Φ Φ rt 3 P- φ pj: 0 rt 0 0 Ω Φ rt O 0 P¹ 0 d≥> Ω 0 o P- tr cn Φ cn 0 cn P- s: Hi φ cn 0 0 Φ P r tr Ji. P

P- *Ö CQ O CΛ rt φ z : P- Ω 0: rt H rt P- rt ιP Φ Φ Φ o H rt rt 0 P- H- rr Φ

O cn cn rt z n l-J ?T tr rt P- 0 Φ O Φ P- P- 0¹ P- Φ Φ Φ <P 3 Ό

0 P" rt rt P- tr P- T⁾ l-J Φ rt cn P- φ cn ^ ¹ 0' 0 p φ uq 0 0 P- 0 rt cn 0 tr

2 O P l-J P- rt P⁾ 0 P" rt P- Q H t? CΛ cn o Φ 3 Φ rt ω Φ rr Φ Φ cn rt

0 0f P> Z 3 o rt cn P _^ Ω rt na rt P¹ 0 CΛ Ω 0 Φ cn P- cn tr

0 0 φ cn Φ 0- rt ^ ιQ tr ö Φ cn H P- tr P^J Ω cn s: tr •^ 0 P⁾ Cπ

P 0 • J rt H Φ cn Φ P- s: ι-J P 0 0 P⁾ pj: tr Ω P- <! ] • P> P¹

Φ 0 < P 0 - — - Hi rt 0 0: Φ 0 P> O ? 0 pj: 0 P- P^J 0 Φ Φ P O 0 P⁾

H 0 P- Φ Φ !Λ • O P> tr P Ω P rt •_^ cn ιP Ω P⁾ α 0 0 •ö α Ω r

P n l-J 0 Φ P H 0 Φ α PS¹ tr φ 0 Φ cn Φ P^J Hi Φ P¹ s: V rt P- tr rr p^J Hi • cn Φ l-J σ 3 Ω Φ l-f Φ cn Φ H 0 3 cn rt 0 rt rt 0 P- Φ rt O Φ O

Hl H rt J rt Φ P- P- t 3 0 rt P- O • • Ω 0 P- 1 0

Φ 0 tr Φ P⁾ Φ P. tr rr Φ •^ Φ rt φ ^ Ö Hi tr σi 0^* 0- O Φ P- Φ

0 3 l-J 3 tr ιP φ N O- P- Φ P- 0 φ ö Φ Φ Φ 0 P⁾ Ω P

0 CΛ P- Φ CD Φ P- cn ? 2 £, Φ 0 p Ό rt 0 0 0 P- Φ ι 0 rt cn Φ 0 tr

0 o rr Φ φ rt rt P- H Φ 3 φ φ s: Ω 0 φ H- φ Φ cn SV 0 rt d

0 P^J H- l-J 0 i-J H 0 P¹ s: cn φ &¹ cn σ 3 α 0 0 O r 0 o ιp 0 P 0 α. 0 Φ 0 P> 3 σ CL Φ 3 cn φ rt p): P Hi tr 0 rt &

P- Φ 0 Φ P- o 0 PS¹ 0 P- •_^ H P" Φ P¹ P cn Ω Φ P- P &> 0 PJ α P- O Φ P- •<

P rt l-J Φ SV rt Hi rt 0 P- 0 •^ O 0^J Ω 0 Ω 0 0 Ω 0 P 0 P-

P- rt n N rt 3 0 l-J Ω φ Φ 0 Φ P- - < 0 P. SV tr 0 P^ P- Φ 3

Φ P^J 0 ⁾ Φ P- l-J φ Φ w l-J > P⁾ 0 cn p o Φ *Ö Φ Ω rt cn ? P-

Φ 3 0 rt P- P- P- P> cn l-f 0 rt 3 0 l-J P⁾ P- V Φ Ω P- rt cn P- Φ P^J Φ Φ Φ 0 rt 0 tr Ω w p- φ P- iQ cn cn rt Ό 0 P^{^} Φ rt P- rt P- O CΛ CΛ P- H φ P- Φ P- Φ tr P⁾ iQ P- P» φ P> P- σ rt 0 P> φ ι ⁾ <!

H 03 Φ 0 0^* rt rt 0 rt 9 cn M Ω P- φ rt 0 0 Ω P Φ 0 cn P> cn Φ 0 φ

0 rt 0 Φ Φ φ Φ P> Φ Φ P- O tr rt H Φ Hi P⁾ ι tr 0 ιp rt 0 0 Hi 0 sv P. 0 3 0 P- P⁾ φ Φ rt ω PJ • 0 P¹ tr Ω cn Φ Hi tö ~ rt iQ Φ Ό P< ö rt 0 l-J cn M o O: ιp P- cn ^ P- cn £ P> Φ φ

0 Φ 0 -3 P» φ Φ Φ H Hi φ - Ω J tu Ό N cn Φ cn O cn φ Ω Φ Φ 0 φ 0

0 N φ rt (-^■ 0 H 0 pj: 0 φ tr O Φ rt p rt 0" rt rf •^ tr 0 P- Φ CΛ 3

Φ Φ Ω 0- l-f • P- H 0 P- o 3 • o < P 0 ιp cn P" Ω Φ

P- P- rt 0 <i 0 P ¹ P- Φ P- rt P- 1 tr ιp o 0 P- Φ r φ t H 0

P iQ 0 P> O 0 13 «Q 0 0 Φ rt ιQ α N Φ Φ 0 ? P> rt tr • 3 P- 0 rt ⁾ P* 3 CL P⁾ Φ l-J rt Φ P- 0 0 ιp rt cn rt Φ φ Ω P⁾:

1 ro n 1 Hl 1 Φ Φ 0 cn Φ 0 tr 1 1 1 1 1 P rt rt

der leitfähigen Schicht ausgebildet ist. Auch hier können weitere Bearbeitungsschritte wie oben beschrieben folgen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zu Erzeugung von leitfähigen Strukturen, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht (4), Leiterbahnen und/oder Elektroden direkt oder indirekt mittels einer Drucktechnik erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass man die Leiterbahnen und/oder Elektroden im

Gravur-Offset-Druck durch Auftragen einer reaktiven Druckpaste (3) erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine organische leitfähige Schicht erzeugt und mittels Gravur-Offset-Druck strukturiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass die leitfähige organische Schicht dotiertes

Polyanilin ist, in welcher durch Bedrucken mit einem basischen Medium durch Deprotonierung eine nichtleitende Matrix erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige organische Schicht nichtdotiertes Polyanilin ist, in welcher durch Bedrucken mit einem sauren Medium durch Protonierung eine nichtleitende Matrix erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine anorganische leitfähige Schicht erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische leitfähige Schicht aus

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den Druckprozess kontinuierlich führt.

9. Organischer Feldeffekt-Transistor, bei dem die Source-, Drain- und/oder Gate-Elektroden nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 ausgebildet sind.

10. Organische Leuchtdiode, bei welcher die leitenden Strukturen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 ausgebildet sind.

11. Organische (Gleichrichter) Diode, bei welcher die leiten- den Strukturen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen

1 bis 8 ausgebildet sind.

12. Integrierte Schaltung, umfassend wenigstens ein aktives Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11.