專利名稱：聚合物設(shè)備的固態(tài)壓花的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子設(shè)備，特別是有機(jī)電子設(shè)備，以及用于形成這些設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體共軛聚合物薄膜晶體管(TFTs)近來(lái)在集成在塑料襯底上的便宜的邏輯電路(C.Drury等，APL 73，108(1998))以及光電子集成設(shè)備以及高分辨率有效矩陣顯示器中的象素晶體管開(kāi)關(guān)(H.Sirringhaus等，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur等，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))的應(yīng)用引起關(guān)注。在具有聚合體半導(dǎo)體以及無(wú)機(jī)金屬電極以及柵極介質(zhì)層的測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)顯示高性能TFTs。與非晶硅的性能相比，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)達(dá)到0.1cm2/Vs的電荷載流子遷移率以及106-108的開(kāi)-關(guān)電流比(H.Sirringhaus等，Advances inSolid State Physics 39，101(1999))。
聚合物半導(dǎo)體的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們適用于簡(jiǎn)單和低成本的溶液處理。然而，所有聚合物TFT設(shè)備以及集成電路的制作需要有能力形成聚合物導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及絕緣體的橫向圖形。已經(jīng)演示過(guò)各種圖形技術(shù)，諸如照相平版印刷(WO99/10939A2)、絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等，Chem.Mat.9，1299(1997))、軟平版印刷沖壓(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))和微型模塑(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))，以及直接噴墨印刷(H.Sirringhaus等，UK 0009911.9)。
許多直接印刷技術(shù)不能提供定義TFT的源極和漏極所需的圖形分辨率。為獲得足夠的驅(qū)動(dòng)電流和開(kāi)關(guān)速度，需要低于10μm的溝道長(zhǎng)度。在噴墨打印的情況下，通過(guò)打印在包含不同表面自由能的區(qū)域的預(yù)定圖案的襯底上來(lái)克服這種分辨率問(wèn)題(H.Sirringhaus等，UK0009915.0)。
在US專利申請(qǐng)60/182,919中，說(shuō)明了一種方法，該方法通過(guò)固態(tài)壓花(embossing)能微切聚合物載體上的無(wú)機(jī)金屬膜(N.Stutzmann等，Adv.Mat.12，557(2000))。在高溫下，將包含一列尖銳、凸出的楔形物的“硬”母版(master)壓入聚合物承載的金屬膜中。對(duì)半晶質(zhì)聚合物，諸如聚(四氟乙烯-六氟丙烯)(FEP)、聚乙烯(PE)或?qū)Ρ蕉姿嵋叶季埘?PET)來(lái)說(shuō)，壓花溫度高于聚合物的玻璃相變，但低于其熔化溫度。在非晶態(tài)聚合物，諸如無(wú)規(guī)聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的情況下，使用玻璃相變附近的溫度。在壓花期間，母版滲入金屬聚合物結(jié)構(gòu)中，并且遠(yuǎn)離楔形物發(fā)生材料的塑性流動(dòng)。如果壓痕深度大于金屬膜厚度，則生成穿過(guò)金屬膜的凹槽。在剩余的區(qū)域中，保存金屬聚合物層結(jié)構(gòu)的完整性，因?yàn)橐怨虘B(tài)執(zhí)行壓花并且主要橫向發(fā)生塑性流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供如附后的權(quán)利要求所述的方法和設(shè)備。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于在多層結(jié)構(gòu)中形成電子設(shè)備的方法，該多層結(jié)構(gòu)包含至少第一層和第二層，該方法包括迫使切削工具的微切突起進(jìn)入多層結(jié)構(gòu)以便使該突起微切(microcut)通過(guò)第一層。
本發(fā)明的其他方面包括通過(guò)上述或其他方法形成的設(shè)備，以及包括一個(gè)或多個(gè)這種設(shè)備的集成電路、邏輯電路、顯示電路和/或存儲(chǔ)設(shè)備電路。最好所述設(shè)備形成在公共的襯底上。最好，所述設(shè)備形成在有機(jī)材料的公共層中。
本發(fā)明的優(yōu)選方面涉及可將固態(tài)壓花用于制作聚合物晶體管設(shè)備以及電路的方法。


現(xiàn)在將通過(guò)例子，參考附圖來(lái)描述本發(fā)明。
圖1是固態(tài)壓花和微切方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2表示在不同聚合物載體上的微切PEDOT膜的環(huán)境掃描電子顯微術(shù)圖象(A/B在3μm PMMA上的800 PEDOT；C/D在3μmPVP上的800 PEDOT)。亮的區(qū)域是用PEDOT覆蓋的區(qū)域；圖3是可能的源-漏極結(jié)構(gòu)的示意性頂視圖，以便通過(guò)將直接印刷與固態(tài)壓花結(jié)合來(lái)制作離散TFT設(shè)備的規(guī)則陣列。對(duì)集成電路制作來(lái)說(shuō)，可通過(guò)直接印刷來(lái)限定任何兩個(gè)TFT設(shè)備間的互連，如用虛線所示；圖4表示用于通過(guò)將固態(tài)壓花和直接印刷結(jié)合起來(lái)制作頂柵(top-gate)聚合物TFT的順序過(guò)程的示意圖；圖5表示用于通過(guò)固態(tài)壓花制作縱向聚合物TFT的可能的過(guò)程順序；圖6示例說(shuō)明用于通過(guò)將固態(tài)壓花和選擇的表面飾變結(jié)合起來(lái)制作用于聚合物TFTs的自定位柵極的方法；圖7表示用于準(zhǔn)備能用來(lái)通過(guò)直接噴墨印刷制作窄導(dǎo)電互連線以及電極的表面自由能圖形的另一方法；圖8示例說(shuō)明通過(guò)固態(tài)壓花制作通孔互連；圖9表示用于制作縱向晶體管和具有三層壓花金/1μmPVP/金的完整晶體管的照片的多層結(jié)構(gòu)的另外的示意圖；圖10表示利用作為源-漏極的電極E2和E3測(cè)量的縱向、壓花聚合物晶體管的輸出和傳輸特性；圖11表示利用作為源-漏極的電極E2和E4來(lái)測(cè)量的平面、壓花聚合物晶體管的輸出和傳輸特性；圖12表示用來(lái)在卷到卷(reel-to-reel)過(guò)程中壓花連續(xù)、柔性襯底的圓柱形微切工具；圖13表示在同樣也形成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的縱向側(cè)壁上制成的發(fā)光二極管設(shè)備；圖14表示具有提供電子和空穴注入發(fā)光半導(dǎo)體材料中的n型和p型晶體管溝道的電驅(qū)動(dòng)的激光設(shè)備；
圖15表示具有形成在微切凹槽中的橫向p-n結(jié)的設(shè)備；圖16通過(guò)結(jié)合多個(gè)包括相同或不同花紋結(jié)構(gòu)的微切工具，能容易地制作諸如平面(圖16a)，但也可以是圓柱形(圖16b)的大面積微切工具。替換地，也可通過(guò)彎曲例如，包含足夠柔軟的凸緣的薄片來(lái)制作圓柱形微切工具(圖16c)。
具體實(shí)施例方式
第一個(gè)例子示例說(shuō)明將固態(tài)壓花應(yīng)用于微切導(dǎo)電聚合物薄膜。
圖1表示固態(tài)壓花在厚的、平滑的絕緣聚合物載體諸如PMMA、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)或聚酰亞胺(PI)頂部的PEDOT/PSS薄膜的示意圖。通過(guò)分別從15-30％重量百分比的溶液在丙烯二醇甲基醚乙酸酯(PVP)和環(huán)戊酮(PMMA)中進(jìn)行旋涂以產(chǎn)生2-3lμm的膜厚度來(lái)將絕緣聚合物膜沉積在7059玻璃襯底上。在沉積PEDOT前，通過(guò)O2等離子處理，親水性地?zé)捴平^緣聚合物的表面，以便增加PEDOT膜的附著力。然后由噴水霧旋涂PEDOT/PSS(來(lái)自拜爾公司的Baytron P)的800厚的膜。利用約1kg/mm2的負(fù)載，在150℃(PVP)、100℃(PS)、105℃(PMMA)條件下執(zhí)行壓花60分鐘。也已經(jīng)示出了其他工藝條件以得出滿意的結(jié)果。接著，在去除壓力和母版之前，將樣本冷卻到室溫。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中最關(guān)鍵的在于，在微觀結(jié)構(gòu)方法中，聚合物襯底3處于固態(tài)。因此，對(duì)非晶態(tài)聚合物而言，在玻璃相變溫度Tg附近執(zhí)行該方法。后一溫度通常是公知的并且可在例如PolymerHandbook(Eds.，J.Brandrup，H.Immergut，E.A.Grulke，JohnWiley&Sons.，New York，1999)中找到，或可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的熱分析方法很容易地確定。最好，根據(jù)本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)方法在從低于Tg約50℃到高于Tg約50℃，更好是從低于該相變溫度約40℃到高于該相變溫度約40℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。最優(yōu)選的溫度范圍是從低于Tg約25℃到高于Tg約25℃。對(duì)半晶質(zhì)聚合物而言，根據(jù)本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)方法在約為玻璃相變溫度Tg和熔化溫度Tm間的溫度狀態(tài)中執(zhí)行。后一溫度通常是公知的并且可在例如Polymer Handbook中找到，或可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的熱分析方法很容易地確定。最好，在從低于Tg約50℃到低于Tm約1℃，更好是從低于Tg約25℃到低于Tm約2℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行微結(jié)構(gòu)方法。最優(yōu)選的溫度范圍是從Tg到低于Tm約5℃。其他工藝參數(shù)，諸如應(yīng)用到母版的負(fù)載以及應(yīng)用期間的時(shí)限，均不太關(guān)鍵并且很容易調(diào)整這些參數(shù)以便確保實(shí)現(xiàn)所需的將母版透過(guò)一層或多層2a。
該方法的其他重要特征中的一個(gè)是待壓花的母版或襯底可與軟似橡膠的材料接觸，通過(guò)該軟似橡膠的材料，以相似的方式傳送壓花期間的壓力以便獲得穿過(guò)襯底的深度相似的微凹槽。
應(yīng)注意到，導(dǎo)電聚合物薄膜，諸如用聚苯乙烯磺酸質(zhì)子化的聚(3，4-乙烯雙氧噻吩)(PEDOT/PSS)具有與無(wú)機(jī)金屬諸如金或銀的硬的多晶膜相比非常不同的機(jī)械性能和彈性以及粘結(jié)性。因此，用于處理硬薄膜的技術(shù)通常不擴(kuò)展到聚合物薄膜的處理。
圖2表示PMMA上微切PEDOT薄膜的環(huán)境掃描電子顯微術(shù)(ESEM)圖象。在這種情況下，硅母版包括尖銳楔形物突起的平行陣列。通過(guò)楔形物的形狀以及壓痕深度來(lái)確定微切凹槽，即PEDOT電極的間隔空隙的橫向尺寸。已經(jīng)使用具有開(kāi)度角2為70°的楔形物制作出由具有低于0.6μm間隔以及約1.5μm的壓痕深度的間隙分開(kāi)的PEDOT平行帶的圖形(圖2)。
在某些情況下，發(fā)現(xiàn)僅每隔一條線被微切(見(jiàn)圖2D)。在某些情況下，這可能是可接受的，但如果避免它的話，發(fā)現(xiàn)有助于增進(jìn)PEDOT層對(duì)下層聚合物載體的附著力，例如通過(guò)在沉積PEDOT前，利用粘合促進(jìn)劑或等離子處理聚合物載體。
另一例子示出了一種方法，通過(guò)該方法，可將固態(tài)壓花與直接印刷結(jié)合來(lái)限定全聚合物晶體管設(shè)備和集成TFT電路。利用微切導(dǎo)電聚合物膜來(lái)精確地限定具有亞微米分辨率的TFT的源和漏極間的有源溝道(active channel)區(qū)域。將固態(tài)壓花與直接印刷技術(shù)，諸如噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷結(jié)合。這允許制作具有在設(shè)備間的不包含導(dǎo)電材料的區(qū)域的離散TFT設(shè)備和任意的集成電路。注意，結(jié)合薄膜沉積技術(shù)諸如蒸發(fā)，旋涂或到涂的微切僅能去除小面積中的導(dǎo)電材料。下述特征是重要的-將微切與直接印刷結(jié)合為了在壓花前定義襯底上的導(dǎo)電粗略圖形，可使用多種印刷技術(shù)。通過(guò)諸如噴墨、或絲網(wǎng)印刷或微型模塑技術(shù)等技術(shù)可直接沉積導(dǎo)電聚合物電極。為了增加電極的導(dǎo)電性，有可能將印刷的導(dǎo)電聚合物圖形用作為用于無(wú)機(jī)金屬材料的后續(xù)的電極沉積的模板。在這種情況下，微切導(dǎo)電聚合物和無(wú)機(jī)材料膜的雙層結(jié)構(gòu)。替代地，可印刷(通過(guò)例如，噴墨或微觸點(diǎn)印刷)隨后可用來(lái)啟動(dòng)化學(xué)淀積導(dǎo)電層的層(H.Kind等，Langmuir 2000，6367(2000))。然而，另一種可能性是直接印刷導(dǎo)電層的溶液可處理的前體(precursor)，諸如有機(jī)金屬化合物或?qū)щ娏Ｗ拥哪z態(tài)懸浮體(Kydd等，WO98/37133)。
在第二步驟中，然后通過(guò)固態(tài)壓花微切電極圖形來(lái)定義小的源(S)-漏(D)間距。圖3表示一種可能的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)直接印刷沉積一排矩形電極圖形以及互連線，然后通過(guò)包含定義指狀組合型的源-漏極的楔形物的母版來(lái)壓花。指狀組合型電極是有利的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S在小的區(qū)域上形成具有大的溝道寬度的TFTs。用這種方式能制作任意的以及更復(fù)雜的源-漏電極圖形。
-配準(zhǔn)原則上，壓花溝道必須相對(duì)于先前沉積的粗略的電極圖形精確地對(duì)準(zhǔn)。這可通過(guò)用具有光學(xué)定位的掩模對(duì)準(zhǔn)器來(lái)執(zhí)行壓花步驟而實(shí)現(xiàn)。然而，通過(guò)定義周期TFT陣列，諸如圖3中所示的陣列可大大地克服配準(zhǔn)問(wèn)題，在圖3中，母版和粗略電極圖形在一個(gè)或兩個(gè)方向中是周期性的。在這種情況下，對(duì)準(zhǔn)要求不是關(guān)鍵的。為制作集成TFT電路，陣列的各個(gè)TFTs可通過(guò)印刷的互連線以及通孔互連來(lái)連接(參見(jiàn)下文)。
-電氣及結(jié)構(gòu)完整性為避免壓花步驟損環(huán)TFT層，特別是絕緣柵極介質(zhì)，選擇頂柵TFT結(jié)構(gòu)，其中將TFT層形成在壓花源-漏圖形上并且在該壓花源-漏圖形之后。如圖4所示，從溶液沉積半導(dǎo)體和聚合物柵極絕緣聚合物的薄層然后直接印刷導(dǎo)電聚合物柵極(G)。對(duì)于低容積導(dǎo)電性的共軛聚合物，不需要半導(dǎo)體聚合物層的圖形。形成該層結(jié)構(gòu)需要仔細(xì)選擇溶劑以免溶解和膨脹下層。然而，已經(jīng)顯示出交替順序地使用極性和非極性溶劑能實(shí)現(xiàn)TFT的不同聚合物-聚合物交界處足夠的結(jié)構(gòu)完整性(H.Sirringhaus等，UK 0009911.9)。材料的一種可能的順序如圖4所示。
結(jié)構(gòu)自組織為獲得高的載流子遷移率，需要很好地排列半導(dǎo)體聚合物，這可通過(guò)利用自組織機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)?？墒褂酶鞣N自組織半導(dǎo)體聚合物，諸如區(qū)域規(guī)則的聚-3-已基噻吩(P3HT)，以及聚芴共聚物，諸如聚-9，9’-二辛基芴-共-二硫代苯(F8T2)。在諸如圖4中的設(shè)備中，在壓花的密紋內(nèi)形成溝道。凹槽的地形剖面可用來(lái)導(dǎo)致半導(dǎo)體聚合物的對(duì)準(zhǔn)。也可使用雙壓花。在沉積PEDOT S/D層前，可對(duì)聚合物載體一次壓花，以便定義與TFT溝道平行的聚合物載體中的密紋。由于以固態(tài)執(zhí)行壓花，在第二正交壓花步驟期間保持該花紋以便定義溝道(N.Stutzmann等，Adv.Mat.12，557(2000))。如果使用液態(tài)晶體半導(dǎo)體聚合物，諸如F8T2(H.Sirringhaus等，Appl.Phys Lett.77，406(2000)，可使用第一壓花圖形作為對(duì)準(zhǔn)層導(dǎo)致主要平行于TFT溝道的聚合物鏈的對(duì)準(zhǔn)(J.Wang等，Appl.Phys Lett.77，166(2000))。
另一例子描述了定義聚合物多層結(jié)構(gòu)中的垂直側(cè)壁的方法，可用該方法制作縱向聚合物TFT設(shè)備。
在縱向TFT(參見(jiàn)例子，A.Saitoh等，Jpn.J.Appl.Phys.36，668(1997))中，與在平面TFT情況下的高分辨率圖形步驟不同的是，由沉積層中一個(gè)的厚度來(lái)限定溝道長(zhǎng)度。在一種可能的結(jié)構(gòu)中，首先沉積由用薄的介電層分開(kāi)的源和漏電極層構(gòu)成的臺(tái)面型結(jié)構(gòu)，該薄的介電層的厚度確定TFT的溝道長(zhǎng)度。然后通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒?，諸如化學(xué)腐蝕方法來(lái)形成垂直側(cè)壁。將半導(dǎo)體和絕緣層沉積在側(cè)壁上，隨后是柵電極。已經(jīng)使用無(wú)機(jī)材料制作好了縱向TFTs。它們之所以有用，是因?yàn)樗鼈冊(cè)试S形成亞微米溝道長(zhǎng)度而不需要昂貴的平版印刷工具，但卻提供提高的電路速度和驅(qū)動(dòng)電流。
因?yàn)榕c形成垂直側(cè)壁以及將聚合物層的保形溶液涂在真正垂直的側(cè)壁上相關(guān)的困難，至今還沒(méi)有演示過(guò)縱向聚合物TFTs。由于普通有機(jī)溶劑中聚合物的高溶解度以及缺乏各向異性腐蝕機(jī)制，用于形成側(cè)壁的化學(xué)腐蝕方法造成在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的情況下，導(dǎo)致腐蝕在一個(gè)晶體學(xué)方向中快于在允許形成輪廓分明的小平面中的其他方向的問(wèn)題。更多的定向的物理腐蝕方法，諸如活性離子腐蝕遇到由于等離子體暴露而劣化電功能性聚合物的問(wèn)題。
固態(tài)壓花提供新的方法來(lái)克服這些聚合物特有的困難，并且以很好控制的方法來(lái)限定側(cè)壁。圖5表示縱向聚合物TFT的結(jié)構(gòu)，其中在壓花密紋的偽縱向傾斜側(cè)壁上形成溝道。首層結(jié)構(gòu)由兩個(gè)由絕緣聚合物層諸如層PI或PVP分開(kāi)的導(dǎo)電聚合物層組成，通過(guò)直接印刷粗略形成這兩個(gè)導(dǎo)電聚合物層的圖形?？赏ㄟ^(guò)旋涂來(lái)沉積絕緣層。絕緣分隔層的厚度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?μm，優(yōu)選是低于1μm，最優(yōu)是低于0.5μm?？捎猛ㄟ^(guò)母版和聚合物層間的摩擦力來(lái)限定最小厚度，即可用這種方式實(shí)現(xiàn)的溝道長(zhǎng)度。摩擦易于在壓花期間引起上導(dǎo)電聚合物層的凸緣向下運(yùn)動(dòng)。如果分隔層的厚度太小，則可能導(dǎo)致兩個(gè)導(dǎo)電聚合物層間的電短路?？赏ㄟ^(guò)化學(xué)改變母版，諸如沉積功能自組合表面單層以最小化母版和聚合物層或其他減小摩擦的潤(rùn)滑劑間的附著力來(lái)最小化摩擦力。在壓花步驟后，通過(guò)沉積半導(dǎo)體聚合物以及柵極絕緣聚合物的保形層來(lái)完成該設(shè)備。通過(guò)有限傾斜由母版的開(kāi)度角α定義的側(cè)壁，易于進(jìn)行保形涂覆。最后，將柵極圖形印刷在與側(cè)壁重疊的密紋中。通過(guò)適當(dāng)定義的印刷源-漏圖形，可在每個(gè)密紋的兩個(gè)側(cè)壁上獲得TFT操作。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的縱向晶體管通過(guò)下述方法制作首先通過(guò)在50瓦用在二甲苯中的聲處理(Aldrich)以及隨后的氧等離子體處理來(lái)清洗非晶體態(tài)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇聚酯，PET膜(厚度＝0.25mm，Goodfellow)60秒。然后，利用適合的障板，熱蒸發(fā)大小為1×5mm，厚度為40nm的預(yù)先結(jié)構(gòu)化的金襯墊。在異丙醇IPA(Aldrich)中以2000rpm旋涂重量百分比為10％的聚乙烯基苯酚、PVP(Mw≈20kg mol-1，Tg≈151℃；Aldrich)溶液60秒，以便產(chǎn)生這些金襯墊頂部的約1□m厚的絕緣膜。接著，用如上所述相同的方式蒸發(fā)第二組金襯墊，然而，相對(duì)于先前形成的襯墊稍微移動(dòng)這些襯墊以便允許啟動(dòng)它們的定址(addressing)。然后通過(guò)在80℃用如上所述制作的微切工具壓花多層系統(tǒng)、應(yīng)用1kg mm-2的額定壓力30分鐘來(lái)在PET襯底上微切兩個(gè)金和PVP層，以便定義源-漏電極。為此，采用Tribotrak壓制裝置(DACA儀器)。然后，通過(guò)首先以2000rpm在無(wú)水二甲苯(Romil Ltd.)中旋涂半導(dǎo)體聚合物，聚(3-已基噻吩)、P3HT(由R.A.J.Janssen，TUE Eindhoven，荷蘭提供)的重量百分比為8％的溶液達(dá)60秒，然后同樣以2000rpm在無(wú)水醋酸丁酯(RomilLtd.)中旋涂重量百分比為7％的聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA(Mw≈120kg mol-1，Tg≈10；Aldrich)溶液達(dá)60秒；最后，通過(guò)相同的障板，熱蒸發(fā)另一組金電極以限定柵電極，從而完成縱向晶體管。
圖10表示通過(guò)微切由PET襯底上的聚乙烯基苯酚的薄層分開(kāi)的雙層金電極而制作的這種縱向聚合物TFT的輸出和傳輸特性。在該例子中，半導(dǎo)體聚合物層是具有沉積在頂部的PMMA的柵介電層的區(qū)域規(guī)則的聚-3-已基噻吩(P3HT)的層?？捎^測(cè)清洗P型累積操作。盡管注意到通過(guò)避免將P3HT暴露于大氣中來(lái)最小化P3HT的摻雜(在惰性氮大氣下處理)，由于P3HT的某些殘留的摻雜，該設(shè)備是常導(dǎo)通的。然而，最重要的是，在頂部和底部源-漏電極間觀測(cè)不到短路，很明顯，微切技術(shù)能保存多層堆棧的完整性而不會(huì)在不同層中產(chǎn)生電短路。
這提供了在寬范圍中應(yīng)用該設(shè)備的方法，其中微切能用來(lái)定義不同層中具有電極的垂直側(cè)壁。其他具有這種垂直側(cè)壁的有用的結(jié)構(gòu)是具有彼此在頂部堆疊的陽(yáng)極和陰極(用不同材料形成)的垂直發(fā)光二極管(見(jiàn)圖13)。如果用發(fā)光材料，諸如具有高于襯底以及用來(lái)分開(kāi)陽(yáng)極和陰極的介電聚合物分隔層的折射率的共軛聚合物來(lái)填充微切凹槽，來(lái)自LED的光能耦合到波導(dǎo)中?？稍趬夯ò疾壑袑⒐庖龑?dǎo)到相同襯底上的某些其他位置，在這些位置，可利用以與LED相同的方法形成的垂直光電檢測(cè)器檢測(cè)該光。這為集成光學(xué)通信電路提供了簡(jiǎn)單的制作方法。
可用這種方法制作的另一有用的設(shè)備是電驅(qū)動(dòng)的激光器。近來(lái)，已經(jīng)演示過(guò)基于有機(jī)單晶的電驅(qū)動(dòng)激光器(Schn等，Science289，599(2000))。該設(shè)備結(jié)構(gòu)是基于在有機(jī)單晶的兩側(cè)上形成的TFT設(shè)備，從晶體的相對(duì)側(cè)邊提供電子和空穴的注入。沿TFTs的平行溝道，通過(guò)高折射率的柵電極實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)。然而，需要在晶體的相對(duì)側(cè)邊上設(shè)備精確對(duì)準(zhǔn)的制作方法不適合于集成。在這里，建議通過(guò)更適合于集成電路制作的固態(tài)壓花制作類似的設(shè)備結(jié)構(gòu)的方法。示意圖如圖14所示?？稍诔练e到微壓花的凹槽中的半導(dǎo)體層的底面上形成P溝道，同時(shí)在該層的頂面形成N溝道，或反之亦然。如上所述能實(shí)現(xiàn)發(fā)射光的波導(dǎo)?？赏ㄟ^(guò)例如將層順序沉積于已經(jīng)預(yù)先壓花的、具有在垂直于激光器波導(dǎo)的方向中的凹槽的襯底上來(lái)實(shí)現(xiàn)激光器動(dòng)作所需的光反饋。
垂直側(cè)壁也可用來(lái)形成半導(dǎo)體各層，諸如橫向p-n節(jié)之間的輪廓分明的交界，如圖15所示。
另一個(gè)例子演示了用于形成能被用來(lái)制作引導(dǎo)和限制聚合物圖形的溶液沉積的表面自由能圖形的表面花紋特征的方法。
沉積聚合物圖形的許多直接印刷技術(shù)遇到防礙形成具有幾微米的精密標(biāo)度特征以及線的相對(duì)低的分辨率的問(wèn)題。在噴墨印刷的情況下，例如，通過(guò)無(wú)控制將噴墨滴鋪展到襯底上以及在飛行方向中按統(tǒng)計(jì)學(xué)變化，可將分辨率限定到20-50μm。已經(jīng)顯示出，通過(guò)印刷到包含表面自由能的預(yù)先制作的圖形的襯底上，可顯著地提高分辨率。在從水溶液沉積的PEDOT/PSS的情況下，可使用疏水的邊沿來(lái)控制小滴的鋪散，以便將PEDOT沉積物精確地局限于親水的表面區(qū)域。不同的技術(shù)已經(jīng)演示了制作這種表面自由能圖形，諸如在親水的玻璃襯底上的疏水的聚酰亞胺層的照相平版印刷圖形，或自組合的(self-assembled)單層的照相圖形(H.Sirringhaus等，UK0009915.0)。
生成表面自由能圖形的另一種技術(shù)是軟平板印刷沖壓(例如參見(jiàn)Y.Xia等，Angew.Chem.Int.Ed.37，550(1998))。在這里，通過(guò)將聚(二甲基硅氧烷)的溶液(PDMS)澆在有圖形的母版上來(lái)制作包含表面花紋特征的軟印章。在固化和剝?nèi)ツ赴婧?，將印章暴露于自組合單層(SAM)的溶液中，然后與樣本表面接觸。有選擇地將SAM傳送到那些直接與印章接觸的區(qū)域中的樣本上，這產(chǎn)生表面自由能的局部修改。
通過(guò)利用由壓花步驟產(chǎn)生的地形花紋特征，固態(tài)壓花提供用于將材料沉積局限于壓花密紋的很好的、自對(duì)準(zhǔn)方法。
如果將材料溶液沉積在包含密紋的襯底上，通過(guò)表面張力，將溶液吸入密紋內(nèi)。這提供了用于在密紋內(nèi)有選擇地沉積材料的機(jī)制。
可通過(guò)修改襯底的表面能量來(lái)增強(qiáng)該效果。如果將壓花樣本與已經(jīng)暴露于自組合單層的平的軟圖章接觸，則僅在平面表面區(qū)域SAM，而不是在密紋的側(cè)壁上發(fā)生SAM的傳送?？赏ㄟ^(guò)使用為軟平版印刷開(kāi)發(fā)的材料和過(guò)程來(lái)制作平面圖章，而不需要表面花紋，即母版上的圖形。
與軟平版印刷不同，該技術(shù)的一個(gè)有吸引力的優(yōu)點(diǎn)在于，它不需要相對(duì)于先前沉積的圖形來(lái)對(duì)準(zhǔn)或配準(zhǔn)。它允許例如利用極好的方法來(lái)制作用于印刷TFT的柵電極的自對(duì)準(zhǔn)的表面自由能圖形，如圖6所示。如果將柵絕緣層的平面表面區(qū)域修改成疏水的，則將噴墨印刷的柵電極的沉積，例如在水中的PEDOT/PSS局限于密紋而不會(huì)擴(kuò)散到疏水的表面區(qū)域中。這允許制作具有源/漏和柵電極之間的小的疊加電容的自對(duì)準(zhǔn)TFT。該特征在縱向TFTs的情況下特別有用，因?yàn)橛傻匦伟疾厶峁┑挠∷烹姌O的自對(duì)準(zhǔn)克服了縱向晶體管設(shè)備結(jié)構(gòu)的一個(gè)通常的問(wèn)題。由于垂直金屬化的難以對(duì)準(zhǔn)，大多數(shù)縱向晶體管遇到源-漏和柵電極間的大的重疊的問(wèn)題。作為電容減小的結(jié)果，使用壓花縱向晶體管的集成電路將顯示出改進(jìn)的開(kāi)關(guān)次數(shù)和更好的扇出(fan-out)。
對(duì)于這種表面圖形的材料的一個(gè)可能的選擇是使用PVP的柵絕緣層。由于附加在每個(gè)苯環(huán)上的羥基，PVP是中等極性聚合物。通過(guò)氧等離子體的短暫暴露，可將其表面做成甚至更具有親水性，以便水的接觸角變?yōu)榈陀?0°。然而，PVP不可溶于水，并且允許從水溶液進(jìn)行PEDOT/PSS柵極的沉積而不會(huì)溶解。通過(guò)暴露于烷基三氯甲硅烷或氟化烷基三氯甲硅烷的自組合單層，可使其表面變?yōu)槭杷?。可?shí)現(xiàn)超過(guò)60°的接觸角。該接觸角差足以將來(lái)自水溶液的噴墨沉積的PEDOT/PSS滴的沉積限定到親水性的表面區(qū)域。
可替換的改變結(jié)構(gòu)的上部的表面的方法是使用蒸氣方法，例如，蒸發(fā)，其中，以銳角將蒸氣直接對(duì)準(zhǔn)上表面。這允許凹槽的側(cè)面相對(duì)于蒸氣遮蔽至少凹槽的較深部分，以便僅表面處理凹槽的上面部分以及頂面。
在圖7中示出了通過(guò)沖壓甚至不需要表面改變的用于這種表面預(yù)先成形的替換的方法。如果將疏水性聚合物層，諸如聚(二辛基芴)(F8)旋涂在親水性聚合物層如PVP上，當(dāng)親水性聚合物暴露在密紋的側(cè)壁上時(shí)，在壓花時(shí)可自動(dòng)形成表面自由能圖形。用類似的方式，結(jié)合噴墨印刷，可使用該方法來(lái)定義精細(xì)的隔離線特征，例如，用于制作具有任意圖形的高密度排列的細(xì)的互連線。
另一個(gè)例子演示了用于形成通孔互連的方法。
為形成使用如上所述類型的設(shè)備的集成TFT電路，有必要在電極和不同層的互連之間制作通孔互連。已經(jīng)演示過(guò)制作這些通孔的不同方法，諸如使用噴墨印刷(H.Sirringhuas等，UK0009917.6)、照相平版印刷圖形(G.H.Gelinck等，Appl.Phys.Lett.77，1487(2000))的介電層的局部腐蝕，或使用機(jī)械壓合機(jī)連續(xù)沖孔(C.J.Drury等，WO99/10929)。
固態(tài)壓花提供了替換的方法來(lái)開(kāi)啟這些通孔互連，如圖8所示。如果母版包含一排尖銳的錐體(N.Stutzmann等，Adv.Mat.12，557(2000))，壓花可用來(lái)生成通過(guò)暴露于下層導(dǎo)電電極的表面的電介層的小直徑的錐體微切。可按順序的印刷步驟利用導(dǎo)電聚合物填充凹槽。該方法也可應(yīng)用于包含絕緣和半導(dǎo)體聚合物順序的更復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。
用錐體楔形物的大小和壓痕深度來(lái)定義通孔的大小。使用具有70°的開(kāi)度角的楔形物，可制作具有幾微米或甚至亞微米尺寸的通孔。通孔的小尺寸對(duì)制作高密度集成電路來(lái)說(shuō)是重要的。
這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它允許以平行的方式形成大量互連，而諸如機(jī)械壓合或噴墨印刷的技術(shù)基本上是連續(xù)的。
在所有上述實(shí)施例中，PEDOT/PSS可由能從溶液沉積的任何導(dǎo)電聚合物代替。例如，聚苯胺或聚吡咯。然而，PEDOT/PSS的一些有吸引力的特征是(a)固有的低擴(kuò)散率的聚合摻雜劑(PSS)，(b)良好的熱穩(wěn)定性以及空氣穩(wěn)定性，以及(c)與普通空穴傳輸?shù)陌雽?dǎo)體聚合物的電離電勢(shì)良好匹配的≈5.1eV的功函數(shù)允許有效率的空穴載載流子注入。
微切工具在其上具有微切突起。這些適合于采取尖銳突起的特征，諸如脊、鋸齒型結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)釘?shù)鹊?。這些微切工具的制造方法以及材料對(duì)微切方法來(lái)說(shuō)不是關(guān)鍵的。然而，制造工具的材料應(yīng)當(dāng)足夠硬，并且突起應(yīng)當(dāng)足夠尖銳，以便該工具能切通這些層。當(dāng)該工具切通多層結(jié)構(gòu)的上層時(shí)，特征高度h應(yīng)當(dāng)超過(guò)將被切割的層或多層的厚度d。這些特征的特有尺寸，諸如特征高度h，最好在1mm到1nm的范圍內(nèi)。較優(yōu)選的是在約100μm至5nm之間，最優(yōu)選的是在10μm至10nm之間。為提供適當(dāng)?shù)匿J度，這些特征的突起邊緣的曲率半徑應(yīng)當(dāng)最好低于500nm，較優(yōu)選的是低于100nm，最優(yōu)選的是低于10nm。
尖銳的突起特征可是簡(jiǎn)單的幾何形狀(例如，線形脊)或更復(fù)雜的特征，例如指狀組合型特征。適合的幾何形狀的例子包括圓錐以及錐體突起陣列，或線性突起陣列。用于突起的一個(gè)有用的結(jié)構(gòu)是線性的并且彼此平行。
微切工具適用于包括至少一個(gè)切割邊緣，但最好是多個(gè)邊緣。后者允許在單個(gè)壓花/微切步驟中制作多個(gè)設(shè)備。突出邊緣也可有相同或彼此不同的幾何形狀。例如，根據(jù)本發(fā)明的微切工具可包括線型邊緣(圖12的示意性俯視圖)，通過(guò)該工具，例如，在聚合物襯底(圖12)上的預(yù)先構(gòu)成的導(dǎo)電層可在一個(gè)步驟中被切割，產(chǎn)生例如用在諸如薄膜晶體管的電子設(shè)備中的電極陣列。
在另一例子中，微切母版可是平面或圓柱形，或可具有最適用于繞制的設(shè)備或設(shè)備結(jié)構(gòu)以及制作方法的任何幾何結(jié)構(gòu)。由于它們?cè)试S在卷到卷過(guò)程壓花連續(xù)的柔韌襯底(見(jiàn)圖12)，所以圓柱形微切工具特別有用。卷到卷制作可提供比標(biāo)準(zhǔn)的批處理更高的生產(chǎn)能力和更低成本。在這種情況下，最好以固態(tài)執(zhí)行壓花則特別重要，其中壓花凹槽在撤回壓花工具后保持它們的形狀。如果以液相執(zhí)行壓花，則有必要在去除微切工具前，降低襯底溫度，這對(duì)利用軋制圓柱微切工具來(lái)說(shuō)很難實(shí)現(xiàn)。柔性工具可用柔軟的塑料結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成，或可是另一種材料的柔性薄片，例如，硅薄片(例如，20微米厚)。
可通過(guò)例如結(jié)合多個(gè)包括相同或不同花紋結(jié)構(gòu)的微切工具來(lái)制作根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的大面積的微切工具(見(jiàn)圖16)。可通過(guò)首先生產(chǎn)平面工具，隨后軋制或彎曲該平面工具來(lái)制作圓柱形微切工具(見(jiàn)圖16)。
可通過(guò)本領(lǐng)域公知的許多方法來(lái)制造適合的母版，包括但不局限于各向異性腐蝕方法、平版印刷方法、電鍍、電鑄等等。在本發(fā)明的范圍內(nèi)最優(yōu)選的是應(yīng)用各向異性腐蝕技術(shù)來(lái)制作適合的特征，因?yàn)檫@些特征能以最直接的方式產(chǎn)生具有低于10nm的曲率半徑的邊緣的特征。具體來(lái)說(shuō)，單晶或多晶無(wú)機(jī)材料的各向異性腐蝕包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。最適合的材料(但本發(fā)明并不局限于)是單晶{100}硅，為此，可使用具有或不具有異丙醇(IPA)的添加劑的諸如氫氧化鉀(KOH)或氫氧化四甲基銨(TMAH)的水溶液的各向異性腐蝕劑。可采用與{100}硅不同的其他材料以及不同于以上列出的各向異性腐蝕劑來(lái)改變例如腐蝕角或腐蝕率。這些對(duì)微型制造領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是顯而易見(jiàn)的。同樣，為制作更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如用于產(chǎn)生指狀組合型特征所需的矩形角，可應(yīng)用結(jié)合不同補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的各向異性腐蝕技術(shù)，該技術(shù)被設(shè)計(jì)成用“犧牲”束或類似的結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)角落，直到達(dá)到所需的腐蝕深度。這些腐蝕技術(shù)也是公知的(比較vanKampen，R.P.以及Wolffenbuttel，R.F.J.Micromech.Microeng.5，91(1995)，Scheibe，C.以及Obermeier，E.J.Micromech.Microeng.5，109(1995)，Enoksson，P.J.Micromech.Microeng.7，141(1997))。
硅的各向異性腐蝕適合用來(lái)產(chǎn)生用作具有與硅的{111}面相應(yīng)的面的突起的工具或母版的模具。這些面之間的角度為70°(或更精確在說(shuō)，70.53°)。硅片的厚度適合于為約300微米?？墒褂媚鼙桓飨虍愋愿g的其他材料-適合的其他半導(dǎo)體材料。
通過(guò)各向異性腐蝕技術(shù)，首先在例如硅晶片中產(chǎn)生尖銳的特征來(lái)制作微切工具。該微形晶片可用作工具本身，或可隨后制造該晶片的復(fù)制品以用作工具。如果將晶片形成為所需工具的負(fù)片，則可將工具鑄造在晶片上。如果晶片是所需晶片的正版，則制造該晶片的第一復(fù)制品，然后將工具形成為該第一復(fù)制品的復(fù)制品。這些復(fù)制品適合于用諸如熱塑性和熱固性聚合物材料制成。這具有可將尖銳的凹槽腐蝕到原始的母版，如硅晶片中的優(yōu)點(diǎn)，這通常是比腐蝕尖銳脊更直接的方法。這種原始母版的聚合復(fù)制品應(yīng)當(dāng)足夠硬并能切穿所構(gòu)成些層。因此，用作復(fù)制品生產(chǎn)的聚合物最好具有大于25℃的玻璃相變溫度，較優(yōu)選的是大于110℃，最好是大于150℃。后一溫度通常是公知的，并可在例如Polymer Handbook(Eds.，J.Brandrup，H.Immergut，E.A.Grulke，John Wiley&Sons.，New York，1999)中找到。最好，將高玻璃相變、熱固性樹(shù)脂用來(lái)產(chǎn)生復(fù)制的微切工具，諸如氰酸鹽酯樹(shù)脂(例如，4，4’亞乙基二苯基二氰酸鹽以及低(e-亞甲基-1，5-亞苯基氰酸鹽)，或環(huán)氧樹(shù)脂，諸如四功能化合物的四乙縮水甘油基二氨基二苯甲烷)。后者可先與諸如4，4’-氨苯砜，DDS的芳香族硬化劑混合。為制作復(fù)制品，通過(guò)例如冷卻、熱或光化學(xué)交聯(lián)來(lái)鑄造、注入或反應(yīng)模壓和凝固如上所提到的聚合物熔體、溶液或預(yù)先聚合液體以便與母版結(jié)構(gòu)接觸。例如，通過(guò)使原始母版表面變成疏水，使用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚T如利用自組合單層的化學(xué)改變(例如，使用例如十八(烷)三氯硅烷、全氟癸基三氯硅烷以及烯丙基三氯硅烷，來(lái)自蒸氣狀態(tài)的甲硅烷基化)使其變?yōu)闊o(wú)附著力。替換地，可在原始母版的表面上采用去除涂層或試劑，諸如硅油。將這些涂層應(yīng)用到工具的切割面上也很有用。
如上所述，原始母版結(jié)構(gòu)的這些聚合復(fù)制品可再次用來(lái)產(chǎn)生第二、第三或更高代復(fù)制品(“次-母版”)，其具有與原始母版相同的花紋結(jié)構(gòu)或原始母版的負(fù)片。關(guān)鍵的是，最終微切工具包括尖銳的突出邊緣，諸如尖脊。為了經(jīng)由例如壓花、注入或反應(yīng)模塑產(chǎn)生這些“次母版”，它們后來(lái)可用來(lái)復(fù)制最終的微切工具，最好采用顯示出良好的無(wú)附著力特性的聚合材料，諸如全氟化聚合物、聚烯烴，聚苯乙烯或硅橡膠(例如，聚二甲基硅氧烷)。顯然，根據(jù)將制作的設(shè)備和設(shè)備構(gòu)造，可以按最需要的任何幾何結(jié)構(gòu)彎曲或碾壓或成形這些次母版，以便產(chǎn)生圓柱形的微切工具或具有更復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的微切工具。為此，將柔軟的聚合材料，諸如聚二甲基硅氧烷或聚烯烴用于次母版生產(chǎn)是很用的。
通過(guò)首先利用聚苯乙烯，PS(雜亂排列的聚苯乙烯，Mw≈105kgmol-1，Tg≈100℃；Aldich)產(chǎn)生復(fù)制陰模來(lái)準(zhǔn)備根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的次母版。為此，在180℃，用包括尖銳凹槽(高h(yuǎn)≈10mm，周期A＝500mm，邊緣角α＝70°；MikroMasch，Narva mnt.13，10151，Tallinn，Estonia)的硅母版，將300gmm-2的額定壓力應(yīng)用到后者上5分鐘(參見(jiàn)Stutzamnn，N.，Tervoort，T.A.，Bastiaansen，C.W.M.Feldman，K.&Smith，P.Adv.Mater.12，557(2000))，壓花PS粒狀物。隨后，通過(guò)將預(yù)聚合液體注到這些壓花的PS膜上并在室溫，于大氣中固化24小時(shí)，從而制作根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二代聚二甲基硅氧烷(Sylgard硅彈性體184；Dow Corning Corporation)復(fù)制品。通過(guò)首先在110℃熔化氰酸鹽酯樹(shù)脂Primaset PT15(Lonza)3分鐘、將該熔融體澆鑄在結(jié)構(gòu)化的PDMS薄膜上，在170℃固化它4小時(shí)，隨后在200℃固化24小時(shí)，并且在PDMS復(fù)制品末端去除固化的、表面結(jié)構(gòu)化的熱固樹(shù)脂來(lái)產(chǎn)生第3代熱固樹(shù)脂復(fù)制品，從而制作最終的微切工具。
也可能使用由直接從薄的晶片的各向異性腐蝕制作的微切工具。如果晶片的厚度低于50μm，那么這種微切工具是柔韌的并且能安裝在適用于卷對(duì)卷壓花的圓柱滾軸上。
為了使用微切來(lái)制作復(fù)雜的集成電路，可用任意圖形的楔形物來(lái)制作微切工具，這能定義任何復(fù)雜電路的關(guān)鍵設(shè)備尺寸。如果由晶片的各向異性腐蝕來(lái)定義這種復(fù)雜的母版，則需要使用高級(jí)的腐蝕技術(shù)，諸如角補(bǔ)償(參見(jiàn)van Kampen，R.P.以及Wolffenbuttel，R.F.J.Micromech.Microeng.5，91(1995)，Scheibe，C.以及Obermeier，E.J.Micromech，Microeng.5，109(1995)，Enoksson，P.J.Micromech.Microeng.7，141(1997))，以便確保假定來(lái)切割多層堆棧的某一層的工具的所有突出楔形物具有相同的高度。
另外，微切工具可具有很簡(jiǎn)單的楔形圖案，諸如一排平行的、線性楔子。在這種情況下，所有關(guān)鍵設(shè)備尺寸需要布置在規(guī)則的網(wǎng)格上。然而，仍可通過(guò)適當(dāng)定義將切割的層的粗略圖形，以及通過(guò)將適當(dāng)?shù)幕ミB沉積在規(guī)則間隔的設(shè)備之間來(lái)定義任何復(fù)雜的電路。該方法特別適合于基于直接印刷和微切的結(jié)合(見(jiàn)圖12)的卷對(duì)卷方法。在第一步中，通過(guò)諸如噴墨印刷的技術(shù)寫入具有適當(dāng)互連的規(guī)則排列的源-漏極。然后，由微切定義源-漏電極之間的溝道間隙。有源矩陣顯示便是這種規(guī)則排列的TFTs特別有用的一個(gè)例子。
類似的方法可應(yīng)用來(lái)制作用于多層互連方案的通孔，由具有規(guī)則排列的點(diǎn)例如突起的微切工具開(kāi)始，隨后填充選擇的通孔以便提供想要的電路功能。
另一個(gè)例子描述了一種方法，利用該方法，可通過(guò)在相同母版上定義不同高度的楔形物來(lái)選擇地切割不同層設(shè)備中的特征。在后續(xù)的步驟中可執(zhí)行定義母版的楔形物的腐蝕方法，例如，通過(guò)改變腐蝕掩模的平版印刷特征的寬度，以便定義具有不同高度的幾種楔形物圖形。這種母版可用來(lái)在單個(gè)壓花步驟中定義設(shè)備的幾層中的關(guān)鍵設(shè)備尺寸。
工具最好具有面向待切割的材料的切割面，并且從此突出切割突起。切割面最好是平面的。在許多情況下，最好是切割突起均具有相同的深度。
在此描述的方法和設(shè)備不局限于用溶液處理過(guò)的聚合物制作的設(shè)備?？捎美纾芡ㄟ^(guò)印刷膠狀懸浮，或通過(guò)電鍍到預(yù)置圖案襯底上沉積的無(wú)機(jī)導(dǎo)體來(lái)形成電路或顯示設(shè)備中的TFT的一些導(dǎo)電電極或互連。在并非所有層均由溶液沉積而來(lái)的設(shè)備中，該設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)PEDOT/PSS部分可用諸如真空沉積的導(dǎo)體的不溶性導(dǎo)電材料代替。
對(duì)半導(dǎo)體層，可使用顯示出超過(guò)10-3cm2/Vs，最好是超過(guò)10-2cm2/Vs的足夠的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的任何溶液適合加工的共軛聚合或低聚材料。適合的材料可從例如H.E.Katz，J.Mater.Chem.7，369(1997)或Z.Bao，Advanced Materials 12，227(2000)中查到。其他的可能性包括具有溶解的側(cè)鏈的小共軛分子(J.G.Laquindanum等，J.Am.Chem.Soc.120，664(1998)、來(lái)自溶液的半導(dǎo)體有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料自組合(C.R.Kagan等，Science 286，946(1999))、或溶液沉積的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，諸如CdSe毫微粒子(B.A.Ridley等，Science 286，746(1999))。
半導(dǎo)體材料也能是無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，諸如通過(guò)真空或等離子沉積技術(shù)沉積的薄膜硅。
可通過(guò)除噴墨印刷以外的技術(shù)粗略成形電極。適合的技術(shù)包括軟平版印刷(J.A.Rogers等，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999)；S.Brittain等，Physics World May 1998，p.31)、絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等，Chem.Mat.9，12999(1997))以及照相平版印刷(見(jiàn)WO99/10939)或電鍍。噴墨印刷被認(rèn)為特別適合于具有良好配準(zhǔn)的大面積圖案成形，特別用于柔韌的塑料襯底。
可將設(shè)備沉積在另一種襯底材料，諸如朔膠，或例如聚醚砜的柔韌的塑料襯底上。這些材料最好是以薄片的形式，最好是聚合物材料，以及可是透明的和/或柔韌的。
盡管最好通過(guò)溶液處理和印刷技術(shù)沉積設(shè)備和電路的所有層以及各組成部分，但也可通過(guò)真空沉積技術(shù)沉積和/或照相平版印刷方法圖案成形諸如半導(dǎo)體層的一個(gè)或多個(gè)組成部分。
諸如如上所述制作的TFTs的設(shè)備可以是更復(fù)雜的電路或設(shè)備的部分，其中一個(gè)或多個(gè)這種設(shè)備可彼此集成和/或與其他設(shè)備集成。應(yīng)用的例子包括用于顯示器或存儲(chǔ)設(shè)備的邏輯電路和有源矩陣電路，或用戶定義的門陣列電路。
微切方法也可用來(lái)成形這種電路的其他組成部分。一個(gè)可能性是圖案成形有源矩陣顯示器的象素電極。在高分辨率的顯示器中，由應(yīng)用到每個(gè)象素電極的電壓控制每個(gè)象素(例如，液晶、有機(jī)或聚合物發(fā)光二極管)的光學(xué)狀態(tài)。在有源矩陣顯示器中，每個(gè)象素包含電壓門閂，諸如TFT，其保持象素上的電壓，同時(shí)尋址和寫入其他象素。如果TFTs以及尋址線與象素電極一樣在設(shè)備的不同層中，例如，位于象素電極下并通過(guò)通孔與象素電極連接則連續(xù)象素電極微切能產(chǎn)生非常高的孔徑比顯示，其中孔徑比僅由微切凹槽的小寬度限定。
在施力步驟，例如5C內(nèi)，將微切工具保持在與多層結(jié)構(gòu)相同的溫度是有益的?；蛘撸鼈兛商幱诓煌臏囟葟亩?，在施力步驟期間，微切工具的溫度不同于多層結(jié)構(gòu)的溫度，可高5℃。
本發(fā)明不局限于上述例子。本發(fā)明的方面包括所有在此描述的原理的新穎的和/或創(chuàng)造性的方面以及在此描述的特征的所有新穎的和/或創(chuàng)造性組合。
申請(qǐng)人注意到，本發(fā)明可包括在此清楚或隱含或其以任何概述方式公開(kāi)的任何特征或特征的組合，而不限于以上闡述的定義的范圍。根據(jù)上述說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種用于以多層結(jié)構(gòu)形成電子設(shè)備的方法，該多層結(jié)構(gòu)至少包括第一層和第二層，該方法包括迫使切割工具的微切突起進(jìn)入該多層結(jié)構(gòu)中以便導(dǎo)致該突起微切過(guò)第一層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微切突起微切過(guò)第一層并進(jìn)入第二層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于第一和第二層具有不同的電特性。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于在形成至少一層的材料處于其固態(tài)的同時(shí)執(zhí)行迫使步驟。
5.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于突起具有至少一個(gè)其曲率半徑小于100nm的邊緣。
6.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于突起具有至少一個(gè)其曲率半徑小于10nm的邊緣
7.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于突起的深度小于10微米。
8.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于突起的深度小于1微米。
9.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在與各層平行的至少一個(gè)方向中的突起的寬度小于100微米。
10.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在與各層平行的至少一個(gè)方向中的突起的寬度小于10微米。
11.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在與各層平行的至少一個(gè)方向中的突起的寬度小于2微米。
12.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于突起是用其表面已經(jīng)被處理以便減小工具和多層結(jié)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)的材料形成。
13.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于微切工具或多層結(jié)構(gòu)或兩者在微切步驟期間與軟材料接觸。
14.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于工具是支承突起的柔韌的薄片。
15.如權(quán)利要求1-14中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于工具在結(jié)構(gòu)上翻轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求1-15中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于工具基本上按線性路徑在結(jié)構(gòu)上翻轉(zhuǎn)。
17.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于切割工具具有多個(gè)微切突起。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于突起采用拉長(zhǎng)脊的形式。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于脊是線性的。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于脊是平行的。
21.如權(quán)利要求17-20中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于突起的深度相同。
22.如權(quán)利要求17-20中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于突起深度不同。
23.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在迫使步驟期間，微切工具的溫度處于多層結(jié)構(gòu)溫度的5℃內(nèi)。
24.如權(quán)利要求1-22中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于在迫使步驟期間，微切工具的溫度與多層結(jié)構(gòu)溫度的不同大于5℃。
25.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于第一層是導(dǎo)電或半導(dǎo)電的。
26.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于第二層是不導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的。
27.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于第一和第二層形成電子設(shè)備的功能上不同的部分。
28.如權(quán)利要求25-27中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于已經(jīng)通過(guò)微切定義的第一層的兩個(gè)分開(kāi)的區(qū)域形成電子開(kāi)關(guān)設(shè)備的各電極。
29.如權(quán)利要求25-28中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于已經(jīng)通過(guò)微切定義的第一層的兩個(gè)分開(kāi)的區(qū)域形成晶體管設(shè)備的源極和漏極。
30.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于多層結(jié)構(gòu)在從第一層的第二層的另一面上具有另外的層，以及迫使步驟包括迫使切割工具的微切突起進(jìn)入多層結(jié)構(gòu)以便使突起微切過(guò)第一層和第二層，以及切過(guò)或切入該另外的層中的至少一層。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于第一層和另外層的至少一層是導(dǎo)電或半導(dǎo)電的。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于微切工具切入或切過(guò)所述另外的半導(dǎo)電或?qū)щ妼印?br> 33.如權(quán)利要求30至32中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于第一層和所述另外的導(dǎo)電或半導(dǎo)電層形成設(shè)備的功能上不同的部件。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于第一層和所述另外的導(dǎo)電或半導(dǎo)電層形成電子開(kāi)關(guān)設(shè)備的各電極。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于第一層和所述另外的導(dǎo)電或半導(dǎo)電層分別形成晶體管設(shè)備的源極和漏極。
36.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于迫使步驟在所述結(jié)構(gòu)中形成至少一個(gè)凹槽，并且該方法包括將至少一種或多種材料沉積在微切多層結(jié)構(gòu)的頂部。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于將至少一種所述材料有選擇地沉積在凹槽中，或有選擇地接近該凹槽，或有選擇地接近并部分進(jìn)入該凹槽中。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于沉積在多層結(jié)構(gòu)上的至少一種所述材料在該多層結(jié)構(gòu)上或選擇性地在凹槽結(jié)構(gòu)上或選擇性地在緊鄰該凹槽的結(jié)構(gòu)的至少一部分上形成保形涂層。
39.如權(quán)利要求36至38中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于通過(guò)印刷沉積至少一種所述材料。
40.如權(quán)利要求36至39中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于至少一種所述材料是半導(dǎo)電材料。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)電材料是聚合物。
42.如權(quán)利要求40或41所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)電材料形成電子開(kāi)關(guān)設(shè)備的有源半導(dǎo)體層。
43.如權(quán)利要求40至42中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于安排所述半導(dǎo)電材料以便發(fā)射光。
44.如權(quán)利要求36至43中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于安排將至少一種材料沉積在凹槽中以便引導(dǎo)光。
45.如權(quán)利要求36至43中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于沉積在凹槽中的一種所述材料是導(dǎo)電的。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電材料形成電子開(kāi)關(guān)設(shè)備的柵極。
47.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于第一層是有機(jī)的。
48.如權(quán)利要求1至47中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于第一層是金屬的。
49.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于第二層是有機(jī)的。
50.一種用于在襯底上形成電子或光學(xué)設(shè)備的方法，包括步驟(a)在襯底上形成至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)；(b)將材料沉積在襯底頂部，由此將材料的沉積限定到凹槽結(jié)構(gòu)和/或與該凹槽結(jié)構(gòu)相鄰的區(qū)域上。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于所述凹槽結(jié)構(gòu)通過(guò)微切形成。
52.如權(quán)利要求50或51所述的方法，包括改變?cè)诰o鄰凹槽的至少部分區(qū)域內(nèi)的襯底的表面層的表面能而不改變?cè)摪疾劢Y(jié)構(gòu)至少部分內(nèi)的表面能的附加的步驟。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于表面改變的步驟是使得通過(guò)沉積的材料降低所述區(qū)域中將被弄濕的襯底的表面層的材料的電容。
54.如權(quán)利要求52或53所述的方法，其特征在于所述改變襯底的表面能的附加步驟是通過(guò)使襯底與表面改變?cè)噭┙佑|來(lái)執(zhí)行的，用這種方式，在至少部分凹槽結(jié)構(gòu)中不建立接觸。
55.如權(quán)利要求50至54中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于襯底包含具有不同于該襯底的表面層的自由表面能的至少一層埋層，其中微切步驟暴露凹槽中的至少部分埋層。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述暴露的埋層提高了將被限定到凹槽結(jié)構(gòu)的沉積材料的親合性。
57.如權(quán)利要求50或51所述的方法，其特征在于表面改變是通過(guò)將材料以銳角向襯底引導(dǎo)以便到達(dá)襯底的上表面來(lái)執(zhí)行的。
58.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該工具比襯底的至少一層硬。
59.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在多層結(jié)構(gòu)中定義電極。
60.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述設(shè)備是開(kāi)關(guān)設(shè)備。
61.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述設(shè)備是晶體管。
62.一種微切工具，其具有多個(gè)由各向異性腐蝕形成的微切結(jié)構(gòu)。
63.如權(quán)利要求62所述的微切工具，其特征在于每個(gè)結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)邊緣，該邊緣具有小于100nm的曲率半徑。
64.如權(quán)利要求62所述的微切工具，其特征在于每個(gè)結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)邊緣，該邊緣具有小于10nm的曲率半徑。
65.如權(quán)利要求62至64中任何一個(gè)所述的微切工具，其特征在于每個(gè)結(jié)構(gòu)的深度小于10微米。
66.如權(quán)利要求62至65中任何一個(gè)所述的微切工具，其特征在于該工具由硅形成。
67.如權(quán)利要求62至66中任何一個(gè)所述的微切工具，其特征在于每個(gè)結(jié)構(gòu)是突起。
68.如權(quán)利要求62至66中任何一個(gè)所述的微切工具，其特征在于每個(gè)結(jié)構(gòu)是凹陷。
69.一種用于形成微切工具的方法，通過(guò)各向異性地腐蝕材料本體以便在其上形成多個(gè)微切結(jié)構(gòu)。
70.如權(quán)利要求69所述的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)是突起，其中該方法包括迫使突起進(jìn)入襯底中以便使突起微切入該襯底。
71.如權(quán)利要求69所述的方法，包括在材料的另外的本體中形成工具的一個(gè)或多個(gè)壓痕，以及將這些本體中的一個(gè)壓入一個(gè)襯底中，以便使在那個(gè)本體中形成的突起微切入該襯底中。
72.一種用于形成電子設(shè)備的方法，包括迫使切割工具的微切突起進(jìn)入襯底中，以便使突起微切入該襯底中，從而定義該設(shè)備的各特征，其中突起采用多個(gè)拉長(zhǎng)脊的形式。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于脊是線性的。
74.如權(quán)利要求72或73所述的方法，其特征在于脊是平行的。
75.一種用于在多層結(jié)構(gòu)中形成電子和/或光學(xué)設(shè)備的方法，該多層結(jié)構(gòu)至少包括第一層和第二層，該方法包括迫使切割工具的微切突起進(jìn)入多層結(jié)構(gòu)以便使該突起微切過(guò)第一層并進(jìn)入第二層，在暴露第二層的結(jié)構(gòu)中留下凹陷處；以及將材料沉積在該凹陷中。
76.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，包括迫使相同或不同切割工具的微切突起進(jìn)入多層結(jié)構(gòu)中的第二步驟，其中，使在第二迫使步驟中切割工具的定向不同于在第一迫使步驟中切割工具的定向。
77.如權(quán)利要求76所述的方法，其特征在于第一迫使步驟在結(jié)構(gòu)中形成第一拉長(zhǎng)切口系列，以及第二迫使步驟形成相對(duì)于第一切口系列轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度的第二拉長(zhǎng)切口系列。
78.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于各突起深度均相同。
79.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于各突起深度不同。
80.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于使多層結(jié)構(gòu)的至少一層形成圖案。
81.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過(guò)直接印刷，使多層結(jié)構(gòu)的至少一層形成圖案。
82.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于使沉積在多層結(jié)構(gòu)上的至少一種材料形成圖案。
83.如在前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過(guò)直接印刷，使沉積在多層結(jié)構(gòu)上的至少一種材料形成圖案。
84.一種由根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法形成的電子設(shè)備。
85.一種由根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法形成的電子開(kāi)關(guān)設(shè)備。
86.一種由根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法形成的晶體管設(shè)備。
87.一種由根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法形成的發(fā)光設(shè)備。
88.一種由根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法形成的激光設(shè)備。
89.一種在多層結(jié)構(gòu)上形成的電子開(kāi)關(guān)設(shè)備，包括下述元件第一和第二導(dǎo)電層；在兩個(gè)導(dǎo)電層間的第一電絕緣或半導(dǎo)電層；切過(guò)導(dǎo)電和第一電絕緣或半導(dǎo)電體層中的至少一個(gè)的凹槽結(jié)構(gòu)；沉積到與兩種導(dǎo)電材料接觸的該凹槽結(jié)構(gòu)中的至少另一個(gè)電絕緣或半導(dǎo)電層；在沉積到該凹槽結(jié)構(gòu)中的該另外的電絕緣或半導(dǎo)電層頂部的第三導(dǎo)電層。
90.如權(quán)利要求89所述的電子開(kāi)關(guān)設(shè)備，其中以由凹槽結(jié)構(gòu)吸引材料的方式沉積第三導(dǎo)電層，以及將該第三導(dǎo)電層的材料限定到凹槽結(jié)構(gòu)和/或緊鄰該凹槽結(jié)構(gòu)的區(qū)域，以便降低第三導(dǎo)電層和第一及第二導(dǎo)電層之間的電容。
91.一種包括多個(gè)如權(quán)利要求84-90中任何一個(gè)所述的設(shè)備的邏輯電路、顯示器或存儲(chǔ)器設(shè)備。
92.如權(quán)利要求91所述的邏輯電路，其特征在于所述設(shè)備形成在一個(gè)公共襯底上。
93.如權(quán)利要求91或92所述的邏輯電路，其特征在于所述設(shè)備形成在有機(jī)材料的一個(gè)公共層中。
全文摘要
一種用于形成有機(jī)或部分有機(jī)開(kāi)關(guān)設(shè)備的方法，包括通過(guò)溶液處理和直接印刷，沉積導(dǎo)電、半導(dǎo)電層和/或絕緣層；通過(guò)固態(tài)壓花在多層結(jié)構(gòu)中定義密紋；以及在密紋內(nèi)形成開(kāi)關(guān)設(shè)備。
文檔編號(hào)H01L29/12GK1475036SQ0181881
公開(kāi)日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2001年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者亨寧·西林豪斯, 亨寧 西林豪斯, H 弗蘭德, 理查德·H·弗蘭德, 施圖茨曼, 納塔莉·施圖茨曼, 保羅·史密斯, 史密斯 申請(qǐng)人:劍橋大學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司, 蘇黎士聯(lián)合高等工業(yè)學(xué)校