способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала

Формула изобретения

1. Способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала на подложке, включающий:

обработку поверхности подложки путем осаждения слоя модификации поверхностной энергии и структурирования упомянутого слоя модификации поверхностной энергии, чтобы обеспечить упомянутую поверхность рисунком, определяющим, где должен присутствовать упомянутый электронный или фотонный материал;

формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутой подложке, причем упомянутая пленка электронного или фотонного материала заполняет упомянутый рисунок, перекрывает края упомянутого рисунка и имеет области, простирающиеся за упомянутые края упомянутого рисунка; и

наслоение адгезива на нижележащий материал и отрывание указанного адгезива для избирательного удаления областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки, с оставлением тем самым на упомянутой подложке упомянутого структурированного электронного или фотонного материала и упомянутого слоя модификации поверхностной энергии.

2. Способ по п.1, где упомянутая пленка электронного или фотонного материала является непрерывной.

3. Способ по п.1 или 2, где упомянутый рисунок содержит области более высокой и более низкой поверхностной энергии или, после упомянутого осаждения упомянутого электронного или фотонного материала, более высокой и более низкой адгезии, определяемой прочностью межфазного взаимодействия.

4. Способ по п.1 или 2, дополнительно включающий этап осаждения удаляемого слоя на упомянутом электронном или фотонном материале.

5. Способ по п.4, где упомянутый адгезив приводят в контакт с упомянутым удаляемым слоем.

6. Способ по п.1, включающий:

обеспечение структурированной подложки, имеющей области с более высокой и более низкой поверхностной энергией и имеющей нанесенные на нее (i) непрерывную пленку из электронного или фотонного материала и (ii) удаляемый слой;

приведение адгезива в контакт с упомянутым удаляемым слоем и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

7. Способ по п.1, включающий:

обработку поверхности упомянутой подложки, задающую области, имеющие более высокую и более низкую поверхностную энергию;

формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутой подложке;

осаждение удаляемого слоя на упомянутую пленку;

приведение адгезива в контакт с упомянутым удаляемым слоем и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

8. Способ по п.1 или 2, где упомянутый рисунок образует топографический профиль, содержащий выступы и выемки.

9. Способ по п.1 или 2, где обработка упомянутой поверхности упомянутой подложки включает осаждение удаляемого слоя на упомянутом слое модификации поверхностной энергии, осажденном на упомянутой подложке, и обработку упомянутого слоя, задающую топографический профиль, содержащий выступы и выемки.

10. Способ по п.9, где упомянутую пленку электронного или фотонного материала формируют на упомянутом удаляемом слое.

11. Способ по п.8, где упомянутый адгезив приводят в контакт с данными выступами.

12. Способ по п.8, включающий:

обеспечение подложки, имеющей осажденный на ней (i) удаляемый слой в форме топографического профиля, содержащего выступы и выемки, и (ii) пленку электронного или фотонного материала;

приведение адгезива в контакт с упомянутыми выступами и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

13. Способ по п.12, включающий:

осаждение на поверхности слоя модификации поверхностной энергии подложки удаляемого слоя и обработку упомянутого слоя, задающую топографический профиль, содержащий выступы и выемки;

формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутом профиле;

приведение адгезива в контакт с упомянутыми выступами и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

14. Способ по п.1 или 2, где упомянутый электронный или фотонный материал представляет собой проводящий полимер, полимерный диэлектрик или состоящий из наночастиц материал.

15. Способ по п.1 или 2, где упомянутый электронный или фотонный материал представляет собой органический полупроводник.

16. Способ по п.15, где упомянутый электронный или фотонный материал представляет собой связанный неполимерный полупроводник.

17. Способ по п.15, где упомянутый электронный или фотонный материал представляет собой связанный полимерный полупроводник.

18. Способ по п.1 или 2, где упомянутый адгезив находится на носителе.

19. Способ по п.1 или 2, где упомянутую пленку электронного или фотонного материала формируют путем осаждения из раствора.

20. Способ изготовления электронного или фотонного устройства на подложке, включающий:

изготовление структурированного электронного или фотонного материала на подложке согласно любому из пп.1-19 и

использование упомянутой подложки, несущей упомянутый рисунок, в изготовлении устройства.

21. Способ изготовления электронного или фотонного устройства на подложке с использованием осаждения из раствора или вакуумного осаждения электронного или фотонного материала, включающий:

обеспечение упомянутой подложки;

обработку поверхности упомянутой подложки, обеспечивающую упомянутую подложку рисунком, определяющим, где упомянутый электронный или фотонный материал должен присутствовать на упомянутом изготовленном устройстве;

осаждение упомянутого электронного или фотонного материала из раствора или вакуума поверх упомянутого рисунка на упомянутой подложке так, чтобы осажденный материал перекрывал края упомянутого рисунка и имел области, распространяющиеся за упомянутые края упомянутого рисунка;

нанесение носителя, несущего адгезив, поверх упомянутого осажденного электронного или фотонного материала на упомянутой подложке;

удаление упомянутого носителя, несущего адгезив, вместе с упомянутыми областями упомянутого осажденного материала, распространяющимися за упомянутые края упомянутого рисунка, с оставлением упомянутого осажденного материала на своем месте в упомянутом рисунке и

использование упомянутой подложки, несущей упомянутую структуру осажденного материала, для изготовления упомянутого электронного или фотонного устройства.

22. Способ по п.20 или 21, где упомянутое электронное или фотонное устройство содержит электронное устройство, где упомянутый электронный или фотонный материал содержит полупроводящий материал и где упомянутая подложка включает в себя один или несколько электродов, оптимально обеспеченных материалом, согласующим энергетические уровни, для согласования энергетического уровня упомянутого электрода с энергетическим уровнем упомянутого полупроводящего материала.

23. Структурированный электронный или фотонный материал на подложке, получаемый с помощью способа по любому из пп.1-19.

24. Электронное или фотонное устройство, содержащее структурированный электронный или фотонный материал на подложке по п.23.

25. Устройство по п.24, где данное устройство представляет собой транзистор, содержащий упомянутый структурированный электронный или фотонный материал в качестве активного полупроводникового слоя.

26. Электронное или фотонное устройство, содержащее:

подложку и,

по меньшей мере, один структурированный слой электронного или фотонного материала;

где упомянутая подложка имеет рисунок модификации поверхностной энергии, согласующийся с рисунком, по меньшей мере, одного структурированного слоя упомянутого электронного или фотонного материала, и упомянутый слой электронного или фотонного материала образован путем осаждения из раствора.

27. Электронное или фотонное устройство по п.26, где упомянутый рисунок модификации поверхностной энергии содержит рисунок в или на одном или нескольких слоях материала модификации поверхностной энергии.

28. Электронное или фотонное устройство, содержащее:

подложку и,

по меньшей мере, один структурированный слой электронного или

фотонного материала;

где толщина упомянутого слоя электронного или фотонного материала на расстоянии 2 мкм от края рисунка находится в пределах 10% от средней толщины данного слоя электронного или фотонного материала.

29. Устройство по любому из пп.26-28, которое представляет собой полевой транзистор с нижним затвором или с верхним затвором.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение касается способов формирования рельефа из электронных и фотонных материалов, в частности материалов, осажденных с использованием технологий растворение-осаждение, таких как полупроводниковые полимеры, и структур и устройств, изготовленных с использованием этих способов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ

В последнее десятилетие получаемые из раствора полупроводниковые полимеры стали привлекательным классом материалов для пластиковой электроники, так как их легко подвергать обработке для дешевых устройств с большой площадью. Существует огромный прогресс в разработке материалов, архитектуре и изготовлении устройств, и понимании механизма переноса зарядов в этих материалах. В частности, разработка полукристаллических полупроводниковых полимеров, таких как поли(3-гексилтиофен) (Р3НТ), поли[5,5'-бис(3-алкил-2-тиенил)-2,2'-битиофен)] (PQT) и поли(2,5-бис(3-алкилтиофен-2-ил)тиено[3,2-b]тиофен) (РВТТТ), для получаемых из раствора, тонкопленочных транзисторов (TFT) позволила достичь подвижности 0,01-1 см²/Вс, приближающейся к подвижности транзисторов из аморфного кремния или малых молекул. Высокие подвижности этих полукристаллических полупроводниковых полимеров, главным образом, приписываются образованию предпочтительно плоскостно ориентированных - пакетов, что ведет к эффективному плоскостному переносу зарядов. Высококристаллические структуры и высокая объемная проводимость в этих полимерах, однако, приводят к существенным токам утечки сквозь объем пленки, что приводит к низким отношениям ON-OFF токов для данных транзисторов, если полупроводниковая пленка не структурирована. Это также вызывает нежелательные перекрестные искажения при получении интегральных микросхем. Поэтому необходимо разработать технологии для формирования рельефа (структурирования) полупроводниковых полимерных тонких пленок, чтобы предотвращать образование проводящих путей между отдельными устройствами.

Различные технологии разработаны для структурирования полимеров, такие как непосредственное формирование структуры с помощью сканирующей зондирующей микроскопии, струйной печати, нанопечати, микроконтактной печати, способа сухого травления лазерной абляцией и фотолитографии. Эти технологии имеют большие преимущества в достижении относительно высокого разрешения (от микрон до нанометров), но может быть трудно избежать компромиссов и уступок между технологическими требованиями, чтобы достичь лучшего структурирования, и технологическими условиями, чтобы достичь оптимального исполнения устройства. Проблемы часто включают в себя разложение полимера во время формирования рельефа, вызванное, например, фотооблучением, использованием химикатов или растворителей, несовместимых с полимерами, или необходимостью выполнения формирования рельефа в окружающих условиях. С другой стороны, разработано несколько подходов, чтобы избежать разложения материалов и сделать возможным структурирование "чувствительных" полимерных полупроводников, которые склонны к окислению на воздухе и/или характеристики которых очень чувствительны к микроструктуре полимера, шероховатости подложки, условиям осаждения пленки, воздействию растворителя и т.д. Они включают в себя структурирование, содержащее избирательное выпотевание, фазовое разделение, печать с переносом и использование инновационных материалов, которые совместимы с полимерными полупроводниками в обычном литографическом структурировании. В частности, печать с переносом использовали, чтобы формировать рельеф из маломолекулярных и полимерных полупроводников для получения устройств. Этот подход, главным образом, использует твердую матрицу или полидимелитсилоксановый (PDMS) шаблон, чтобы снимать полупроводниковую полимерную пленку с первой подложки и переносить ее на другую подложку либо в виде непрерывной пленки, либо применяя структурирование. В последнем подходе структурирование достигается путем избирательного объема полимерной пленки с первой подложки путем использования подходящей структурированной матрицы, поверхность которой модифицирована глицерином. Преимуществами этого подхода переносящей печати являются высокое разрешение и совместимость с многослойным структурированием. Однако конкретные поверхностные свойства переносящей матрицы и подложек, например, модификация глицерином, требуемая для подбора и переноса полимерной пленки, могут влиять на качество поверхности/границы раздела структурированного полупроводникового полимера и плохо влиять на характеристики устройства, если полимерный полупроводник является "чувствительным".

Следовательно, существует необходимость в новых простых технологиях формирования рельефа, которые позволяют структурирование полупроводниковых полимеров с высоким разрешением, которые не влияют плохо на конечное устройство. Неожиданно было обнаружено, что структурирование может быть основано на избирательном физическом отслаивании вместо химического структурирования или способов травления. Процессы отслаивания могут легко интегрироваться в изготовление устройств в инертной атмосфере и могут избегать разложения полупроводниковых полимеров, вызываемого воздействием кислорода и химикатов. Пространственное разрешение данной технологии может быть определено с помощью литографического этапа, выполненного до осаждения полимера.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, согласно первому аспекту данное изобретение обеспечивает способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала на подложке, содержащий:

формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутой подложке; и

применение адгезива для избирательного удаления областей упомянутого электронного или фотонного материала с упомянутой пленки,

за счет чего на упомянутой подложке остается упомянутый структурированный электронный или фотонный материал.

В предпочтительном варианте осуществления данного способа поверхность подложки обрабатывают, чтобы обеспечить упомянутую поверхность рисунком, определяющим, где упомянутый электронный или фотонный материал должен присутствовать до формирования пленки из электронного или фотонного материала.

Согласно дополнительному аспекту данное изобретение обеспечивает применение адгезива при приготовлении структурированного электронного или фотонного материала на подложке, где упомянутый адгезив используют, чтобы избирательно удалять области упомянутого электронного или фотонного материала из его пленки, оставляя на упомянутой подложке упомянутый структурированный электронный или фотонный материал.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение обеспечивает структурированный электронный или фотонный материал на подложке, получаемый с помощью способа, описанного выше.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение обеспечивает электронное или фотонное устройство, содержащее структурированный электронный или фотонный материал на подложке, описанный выше.

В предпочтительном варианте осуществления данное устройство представляет собой транзистор, содержащий упомянутый структурированный электронный или фотонный материал в качестве активного полупроводящего слоя.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение обеспечивает электронное или фотонное устройство, содержащее:

подложку; и

по меньшей мере, один структурированный слой электронного или фотонного материала (например, органического полупроводника);

где толщина упомянутого слоя электронного или фотонного материала на расстоянии 2 микрона от края рисунка находится в пределах 10% от средней толщины данного слоя электронного или фотонного материала.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение обеспечивает способ изготовления электронного или фотонного устройства на подложке, содержащий:

приготовление структурированного электронного или фотонного материала на подложке, как описано выше; и

использование упомянутой подложки, несущей упомянутую структуру, в изготовлении устройства.

Альтернативно, данное изобретение обеспечивает способ изготовления электронного или фотонного устройства на подложке, использующий осаждение из раствора или вакуумное осаждение электронного или фотонного материала, где данный способ включает:

обеспечение наличия упомянутой подложки;

обработку поверхности упомянутой подложки, чтобы обеспечить упомянутую подложку рисунком, определяющим, где упомянутый электронный или фотонный материал должен присутствовать на упомянутом изготовленном устройстве;

осаждение упомянутого электронного или фотонного материала из раствора или вакуума над упомянутым рисунком на упомянутой подложке, так что осажденный материал перекрывает края упомянутого рисунка и имеет области, распространяющиеся за упомянутые края упомянутого рисунка;

нанесение носителя, несущего адгезив, над упомянутым осажденным электронным или фотонным материалом на упомянутой подложке;

удаление упомянутого носителя, несущего адгезив, вместе с упомянутыми областями упомянутого осажденного материала за пределами упомянутых краев упомянутого рисунка, чтобы оставить осажденный материал на своем месте в упомянутом рисунке; и

применение упомянутой подложки, несущей упомянутую структуру осажденного материала, для изготовления упомянутого электронного или фотонного устройства.

Применяемый здесь термин "подложка" относится к основе, на которой формируют структурированный электронный или фотонный материал. Данный электронный или фотонный материал может формироваться непосредственно на подложке или нет (т.е. могут присутствовать один или несколько промежуточных слоев). Тем не менее, подложка образует платформу всей структуры.

Подложки, применяемые в способах данного изобретения, могут представлять собой любую обычную подложку, применяемую при приготовлении электронных или фотонных материалов. Предпочтительные подложки являются гладкими, т.е. не имеют, по существу, поверхностной шероховатости. Типичные примеры подложек включают в себя пластики (например, полиэтилентерефталат или полиэтиленнафталин), металлы, кварц, стекло и Si/SiO ₂. Подложка также может быть покрыта оксидом металла. Предпочтительными подложками являются стекло и Si/SiO₂. Как установлено выше, в предпочтительных способах поверхность подложки сначала обрабатывают, чтобы обеспечить упомянутую подложку рисунком, определяющим, где упомянутый электронный или фотонный материал должен присутствовать до формирования пленки из электронного или фотонного материала.

Применяемый здесь термин "электронный или фотонный материал" используется для обозначения любого материала, имеющего электронные или фотонные проводящие свойства соответственно. Предпочтительными материалами для использования в данных способах являются электронные материалы.

Предпочтительные электронные или фотонные материалы для использования в способах данного изобретения представляют собой органические, не полимерные (например, молекулярные) или полимерные полупроводники, проводящие полимеры, полимерные диэлектрики или наночастичный материал, такой как наночастицы, нановолокна или нанотрубки. Предпочтительные материалы для использования в способах данного изобретения представляют собой такие электронные или фотонные материалы, в которых нет трехмерной структуры из сильных ковалентных или ионных связей в пленках, а скорее слабые, не ковалентные или ионные связи между отдельными молекулами/частицами, так что данная пленка может отрываться, когда удаляется адгезив.

Предпочтительным электронным материалом является органический полупроводник, т.е. углеродсодержащий материал, который имеет полупроводниковые свойства. Органические полупроводники для использования в настоящем изобретении могут быть полимерными или не полимерными. Предпочтительные полимерные и не полимерные полупроводники являются связанными. Типичные примеры не полимерных полупроводников, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают в себя сублимированный в вакууме пентацен и триизопропилсилил-замещенный пентацен (TIPS-пентацен). Предпочтительными полимерными полупроводниками являются полукристаллические (например, имеющие кристалличность, по меньшей мере, 60%, определенную с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии). Типичные примеры полимерных полупроводников, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают в себя полифлуорены, политиофены, политиофенвинилы и политиофенвинилены. Полимерные органические полупроводники являются обычно предпочтительными (например, поли(3-гексилтиофен) (Р3НТ), поли[5,5'-бис(3-алкил-2-тиенил)-2,2'-битиофен)] (PQT) и поли(2,5-бис(3-алкилтиофен-2-ил)тиенол[3,2-b]тиофен) (РВТТТ). Особенно предпочтительным органическим полупроводником является поли(2,5-бис(3-тетрадецилтиофен-2-ил)тиено[3,2-b]тиофен) (РВТТТ-С14).

В некоторых вариантах осуществления данного способа пленка из электронного или фотонного материала заполняет рисунок, перекрывает края рисунка, образованного на подложке, и имеет области, распространяющиеся за упомянутые края упомянутого рисунка. Это гарантирует, что рисунок заполняется электронным или фотонным материалом, и минимизирует количество материала, удаляемого адгезивом. В других предпочтительных вариантах осуществления пленка из электронного или фотонного материала является непрерывной.

Применяемый здесь термин "непрерывная пленка" используется для обозначения пленки, которая не имеет каких-либо прерываний или разрывов в ней. Непрерывная пленка может иметь или не иметь равномерную толщину. Непрерывная пленка может быть плоской или не плоской. Изменение толщины и/или плоскости не является прерыванием или разрывом пленки, т.е. она все еще считается непрерывной. Когда пленка является непрерывной, рисунок на подложке может быть более надежно заполнен электронным или фотонным материалом, и лучшая четкость получается в полученном структурированном материале.

В предпочтительных способах пленку электронного или фотонного материала формируют путем осаждения из раствора.

Адгезив, используемый в предпочтительных способах, существует на носителе. Предпочтительно, носитель имеет сторону без адгезива. Это позволяет адгезиву прилипать к материалу под ним, но, в то же время, легко удаляться.

Применяемый здесь термин "адгезия" используется в отношении силы, с которой две поверхности удерживаются вместе. Адгезия может измеряться количественно путем измерения межфазной прочности (Дж/м²).

В предпочтительных способах адгезив присутствует в виде слоистого материала, например, полосы или листа материала. Таким образом, в предпочтительных способах структурирования адгезив наслаивают на нижележащий материал. Более предпочтительно, адгезив присутствует в форме ленты, в частности, ленты, которая может приспосабливаться к форме материала, к которому она применяется. К адгезиву может прикладываться давление, чтобы улучшить его адгезию. Адгезивы в форме лент являются предпочтительными, так как они могут легко удаляться путем отрывания. Может использоваться коммерчески доступная, адгезивная лента, такая как клейкая лента 3М. Удаление адгезива, предпочтительно путем отрывания, является ключевым этапом в описанных здесь способах, так как это позволяет избирательно удалять области электронного или фотонного материала из пленки, оставляя на подложке структурированный электронный или фотонный материал. Если необходимо, применение адгезива может быть использовано более чем один раз (например, дважды, трижды или множество раз), чтобы гарантировать, что достигнуто желаемое избирательное удаление электронного или фотонного материала.

В первом варианте осуществления описанных здесь способов подложка, на которой необходимо формировать структурированный электронный или фотонный материал, предпочтительно имеет высокую поверхностную энергию. Другими словами, поверхность подложки предпочтительно является гидрофильной. Предпочтительной подложкой для использования в этом варианте осуществления является стекло.

Поверхность подложки (например, стекла) предпочтительно обрабатывают, чтобы обеспечить ее рисунком, определяющим, где должен присутствовать электронный или фотонный материал. Структурирование может достигаться любым обычным способом. Предпочтительно, однако, поверхность подложки структурируют так, что она имеет различную межфазную прочность с поверхностью электронного или фотонного материала, когда он осажден. Еще более предпочтительно поверхность подложки модифицируют, задавая области, которые имеют разные, предпочтительно более высокие и более низкие, поверхностные энергии. Области более высокой поверхностной энергии, заданные в этом процессе, должны соответствовать структуре электронного или фотонного материала, которая желательна в итоге.

Модификация предпочтительно достигается путем осаждения на поверхности подложки слоя модификации поверхностной энергии и структурирования данного слоя, например, путем обычной фотолитографии. Слой модификации поверхностной энергии предпочтительно содержит гидрофобное соединение, например, органосилан. Органосиланы являются предпочтительными, так как они могут сами собираться в монослой. Предпочтительные слои модификации имеют равномерную толщину. Типичные примеры органосиланов, которые могут использоваться для модификации подложки, включают в себя алкилтрихлорсиланы (например, октилтрихлорсилан (OTS)), перфтортрихлорсиланы и гексаметилдисилазан (HMDS). Предпочтительными органосиланами являются алкилтрихлорсиланы, например, OTS.

Органосиланы обычно являются более гидрофобными, чем подложки (например, стекло), поэтому те области, на которых осажден органосилан, имеют меньшую поверхностную энергию, чем те области, в которых стекло является обнаженным. Области обнаженного стекла должны, следовательно, соответствовать замышленному рисунку органического полупроводника.

Слой модификации поверхностной энергии (например, органосилан) может наноситься на подложку с использованием любого обычного способа. Например, слой модификации (например, органосилан) может осаждаться на подложке путем переносящей печати. В предпочтительном способе, однако, слой модификации поверхностной энергии (например, органосилан) осаждают (например, путем покрытия центрифугированием) на подложке и затем структурируют с помощью фотолитографии. Таким образом, слой органосилана осаждают (например, путем покрытия центрифугированием) на подложке с последующим слоем фоторезиста, затем выполняют фотолитографию, чтобы избирательно удалить области данного резиста. Слой модификации (например, органосилан) в тех областях, где удален фоторезист, может затем удаляться с помощью, например, O₂ плазменного травления, открывая подложку (например, стекло). В конце, фоторезист может обдираться с получением поверхности, имеющей области более высокой и более низкой поверхностной энергии. Области обнаженной подложки (например, стекла) имеют более высокую поверхностную энергию, чем области, покрытые слоем модификации поверхностной энергии (например, органосиланом).

Когда присутствует, толщина слоя модификации поверхностной энергии (например, органосилана) предпочтительно находится в диапазоне 0,1-10 нм, более предпочтительно 0,5-5 нм, например, приблизительно 1 нм, когда используется OTS, и <1 нм, когда используется HMDS.

Как описано выше, пленка (например, непрерывная пленка) электронного или фотонного материала формируется затем на подложке. Данная пленка может быть образована с помощью любой обычной технологии, например, покрытия центрифугированием. Пленка электронного или фотонного материала будет формироваться сверху слоя модификации поверхностной энергии (например, органосилана), когда он присутствует, и прямо на подложке, когда слой модификации отсутствует. Таким образом, данная пленка вероятно имеет переменную толщину. Однако, как слой модификации поверхностной энергии является очень тонким, пленка электронного или фотонного материала является относительно равномерной.

Максимальная толщина пленки электронного или фотонного материала предпочтительно находится в диапазоне 10-1000 нм, более предпочтительно 100-500 нм, например, 50-250 нм. Предпочтительно, толщина пленки электронного или фотонного материала меньше, чем 300 нм, еще более предпочтительно меньше чем 200 нм.

Предпочтительный способ содержит дополнительный этап осаждения удаляемого слоя на пленке электронного или фотонного материала. Применяемый здесь термин "удаляемый слой" используется в отношении слоя материала, который используется при приготовлении структурированного электронного или фотонного материала, но который не является частью структурированного материала сам по себе. Удаляемый слой предпочтительно представляет собой материал, который имеет более прочную адгезию к электронному или фотонному материалу, чем адгезия электронного или фотонного материала к областям подложки, модифицированным так, чтобы иметь меньшую поверхностную энергию (например, области, модифицированные гидрофобным соединением, таким как органосилан). Еще более предпочтительно удаляемый слой представляет собой материал, который имеет более слабую адгезию к электронному или фотонному материалу, чем адгезия электронного или фотонного материала к областям подложки, имеющим более высокую поверхностную энергию (например, обнаженная подложка, такая как стекло).

Предпочтительно, удаляемый слой не образует каких-либо ковалентных связей с пленкой электронного или фотонного материала. Предпочтительно, удаляемый слой и пленка электронного или фотонного материала являются ортогональными. Это может достигаться путем осаждения удаляемого слоя из растворителя, который не растворяет электронный или фотонный материал или не вызывает набухания. Это снижает опасность повреждения нижележащего слоя.

В других вариантах осуществления, однако, может быть желательно слегка растворять нижележащий слой электронного или фотонного материала и/или вызывать его набухание. Это может быть случай, например, если необходимо увеличить адгезию между удаляемым слоем и электронным или фотонным материалом. Специалист легко сможет выбрать растворители, которые являются ортогональными или не ортогональными, как требуется.

Специалист в данной области техники легко сможет определить подходящие материалы для использования в качестве удаляемого слоя. Обычно полимеры являются предпочтительными, хотя также могут применяться неполимерные соединения. Типичные примеры материалов, которые могут быть использованы для удаляемого слоя, включают в себя поли(метилметакрилат) (РММА), полистирол (PS) и поливинилфенол (PVP). РММА является особенно подходящим удаляемым слоем, особенно когда электронным или фотонным материалом является РВТТТ.

Удаляемый слой может осаждаться на непрерывной пленке из электронного или фотонного материала с использованием любой обычной технологии, известной в данной области техники. Предпочтительно, однако, удаляемый слой осаждают, используя покрытие центрифугированием.

Толщина удаляемого слоя предпочтительно составляет больше, чем 0,5 мкм, более предпочтительно больше чем 1 мкм, например, в диапазоне 1-10 мкм.

В предпочтительном способе адгезив приводят в контакт с удаляемым слоем (например, осаждают на него). Предпочтительно, адгезив наслаивают на удаляемый слой. Еще более предпочтительно адгезив присутствует в форме ленты, которая может наслаиваться на удаляемый слой. К наслоенному адгезиву может, необязательно, прилагаться давление.

Предпочтительно, адгезив удаляют путем отрывания. Таким образом, предпочтительный способ данного изобретения содержит:

обеспечение структурированной подложки, имеющей области с более высокой и более низкой поверхностной энергией, и нанесенной на нее (i) непрерывной пленки из электронного или фотонного материала, и (ii) удаляемого слоя;

приведение адгезива в контакт с упомянутым удаляемым слоем (например, осаждение адгезива на упомянутом удаляемом слое); и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

Поверхность раздела между адгезивом и удаляемым слоем является липкой, таким образом, когда адгезив отрывается, он не отслаивается от удаляемого слоя. Скорее адгезив будет оставаться прикрепленным к удаляемому слою, и он удаляется вместе с адгезивом. Дополнительно, электронный или фотонный материал удаляется из тех областей, где он присутствует на областях поверхности, имеющих меньшую межфазную прочность (обычно областях с меньшей поверхностной энергией, например, областях, покрытых гидрофобным соединением), так как адгезия между ними меньше, чем адгезия между электронным или фотонным материалом и удаляемым слоем. Напротив, электронный или фотонный материал не удаляется из тех областей, где он присутствует на областях поверхности, имеющих более высокую межфазную прочность (обычно областях с более высокой поверхностной энергией, например, областях обнаженной подложки), так как адгезия между ними больше, чем адгезия между электронным или фотонным материалом и удаляемым слоем. Разница в адгезии между различными материалами (например, подложка, слой модификации поверхностной энергии, электронный или фотонный материал, удаляемый слой), следовательно, позволяет адгезиву избирательно удалять области электронного или фотонного материала. Области электронного или фотонного материала, остающиеся на подложке, образуют структурированный электронный или фотонный материал.

Таким образом, предпочтительный способ данного изобретения содержит:

обработку поверхности упомянутой подложки с получением областей, имеющих более высокую и более низкую поверхностную энергию;

формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутой подложке;

осаждение удаляемого слоя на упомянутой пленке;

приведение адгезива в контакт с упомянутым удаляемым слоем (например, осаждение адгезива на упомянутом удаляемом слое); и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

В особенно предпочтительном способе адгезия между упомянутым электронным или фотонным материалом и упомянутыми областями подложки, имеющими более высокую поверхностную энергию, является более прочной, чем адгезия между упомянутым электронным или фотонным материалом и удаляемым слоем, и адгезия между упомянутым электронным или фотонным материалом и удаляемым слоем является более прочной, чем адгезия между упомянутым электронным или фотонным материалом и упомянутыми областями, имеющими более низкую поверхностную энергию.

В другом варианте осуществления описанных здесь способов может применяться любая подложка, например, стекло, Si/SiO₂. Действительно, преимущество этого способа заключается в том, что поверхность подложки не является критичной.

Как в первом варианте осуществления, описанном выше, поверхность подложки предпочтительно обрабатывают, чтобы обеспечит данную поверхность рисунком, определяющим, где должен присутствовать электронный или фотонный материал. Предпочтительно, данный рисунок является топографическим профилем, содержащим выступы и выемки. Выемки соответствуют задуманной структуре электронного или фотонного материала.

В предпочтительных способах поверхность подложки сначала обрабатывают слоем модификации поверхностной энергии, как описано выше для первого варианта осуществления. Предпочтительным органосиланом для использования в этом способе является гексаметилдисилазан (HMDS). Опять-таки, как описано выше для первого варианта осуществления, слой модификации поверхностной энергии может осаждаться с помощью любого обычного способа, например, путем покрытия центрифугированием. Толщина данного слоя (например, органосилана) предпочтительно находится в диапазоне 0,1-10 нм, более предпочтительно в диапазоне 0,2-5 нм, например, 0,5-2 нм. Предпочтительно, толщина данного слоя меньше, чем 1 нм.

Слой удаляемого материала предпочтительно осаждают на поверхности подложки, например, на поверхности слоя модификации поверхностной энергии, когда он присутствует. Как и для первого варианта осуществления, специалист легко определит подходящие материалы для использования в качестве удаляемого слоя. Предпочтительными материалами являются материалы, которые могут быть структурированы. Дополнительные предпочтительные материалы нерастворимы в органических растворителях. Еще другие предпочтительные материалы могут отслаиваться от слоя модификации поверхностной энергии. Предпочтительным материалом является полиимид.

Слой удаляемого материала предпочтительно, по меньшей мере, в 3 раза, более предпочтительно в 5 раз, например, в 10 раз толще, чем толщина пленки электронного или фотонного материала. Удаляемый слой может иметь толщину 100-2000 нм, более предпочтительно толщину 200-1000 нм, например толщину 300-750 нм.

Предпочтительно, обработку поверхности подложки, чтобы обеспечить ее рисунком, выполняют после осаждения удаляемого материала. Структурирование может достигаться с помощью любого обычного способа, но предпочтительно выполняется с использованием фотолитографии. Таким образом, после осаждения удаляемого слоя, осаждают слой фоторезиста (например, путем покрытия центрифугированием) и затем выполняют фотолиграфию, чтобы избирательно удалить области данного резиста. Когда он присутствует, слой модификации поверхностной энергии (например, органосилан) в тех областях, где удален фоторезист, может затем удаляться путем, например, O₂-плазменного травления с освобождением подложки. Фоторезист может затем отдираться. Полученная форма имеет топографический профиль, содержащий выступы и выемки.

Как упоминается выше, преимуществом данного варианта осуществления является то, что электронный или фотонный материал может осаждаться на широком диапазоне поверхностей. Таким образом, в предпочтительных способах материал осаждается на областях подложки, обнаженных посредством процесса структурирования. Например, органосилан, указанный выше, в качестве слоя модификации поверхностной энергии, может осаждаться в них, например, OTS. Осаждение может быть достигнуто с помощью покрытия центрифугированием.

В предпочтительных способах пленка электронного или фотонного материала формируется на удаляемом слое. Хотя удаляемый слой имеет топографический профиль, содержащий выступы и выемки, электронный или фотонный материал предпочтительно осаждается непрерывно вдоль волнистого профиля (т.е. на выступах и в выемках), чтобы гарантировать, что желаемый рисунок заполнен надлежащим образом. Таким образом, в этом варианте осуществления данная пленка обычно не является плоской.

Толщина пленки электронного или фотонного материала предпочтительно находится в диапазоне 50-500 нм, более предпочтительно 100-300 нм, например, 150-250 нм.

Как указано выше, адгезив предпочтительно представляет собой слоистый материал. Это позволяет адгезиву наслаиваться на выступы, а также формировать мостики через выемки. Особенно предпочтительно адгезив присутствует в форме ленты, которая может наслаиваться на выступы. Натяжение может быть приложено к ленте как необходимо, чтобы предотвратить ее от контакта с электронным или фотонным материалом в выемках.

Адгезив предпочтительно приводят в контакт с удаляемым слоем (например, осаждают на нем), предпочтительно на краях выступов. Таким образом, когда адгезив контактирует с выступами (например, осажден на них), он обычно также контактирует с электронным или фотонным материалом (например, осажден на нем), так как его пленка, по меньшей мере, перекрывает края рисунка. Адгезив, следовательно, предпочтительно частично контактирует с удаляемым слоем (например, осажден на нем) и частично контактирует с электронным или фотонным материалом (например, осажден на нем), который присутствует на упомянутом слое. Следовательно, удаление адгезива может включать в себя разрывание электронного или фотонного материала на краях рисунка. Неожиданно, эта технология все же дает структуры, имеющие хорошо определенные рисунки.

Предпочтительно адгезив удаляют путем отрывания. Таким образом, предпочтительный способ данного изобретения содержит:

обеспечение структурированной подложки, имеющей осажденный на ней (i) удаляемый слой в фирме топографического профиля, содержащего выступы и выемки, и (ii) пленку электронного или фотонного материала;

приведение адгезива в контакт с упомянутыми выступами (например, осаждение адгезива на упомянутых выступах); и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

Адгезив образует прочную связь с удаляемым слоем и с электронным или фотонным материалом, к которому он прикреплен, и не будет отслаиваться от них. Скорее адгезив будет оставаться прикрепленным к этим материалам, и они будут удаляться вместе с адгезивом. Удаление адгезива может, следовательно, включать в себя разрыв толщины электронного или фотонного материала на краях рисунка. Электронный или фотонный материал, который остается на подложке, является материалом, который присутствовал в выемках. Он не удаляется, так как он не контактирует с адгезивом.

Таким образом, предпочтительный способ включает:

осаждение на поверхности подложки удаляемого слоя и обработку упомянутого слоя с определением топографического профиля;

формирование пленки упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутом профиле;

приведение адгезива в контакт с упомянутыми выступами (например, осаждение адгезива на упомянутых выступах); и

отрывание упомянутого адгезива с избирательным удалением областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки.

Понятно, что вышеописанные подходы используют избирательное физическое отслаивание осажденного электронного или фотонного материала, что обеспечивает преимущество оставления осажденного материала на своем месте, уменьшение какого-либо нарушения физической микроструктуры слоя этого материала и, следовательно, риска нарушения его электрических свойств, в частности подвижности, и/или оптических свойств, например, прозрачности.

Вышеописанные способы также обеспечивают преимущество обеспечения рельефов с очень хорошо определенными краями. Углы, образованные верхней стороной и боковыми сторонами электронного или фотонного материала, образующего данный рельеф, обычно имеют угол, близкий к 90° (например, 85-90°). Это может достигаться потому, что описанные выше способы дают рельефы, где толщина электронного или фотонного материала является неожиданно однородной вдоль всех краев. В предпочтительных устройствах толщина слоя электронного или фотонного материала на расстоянии 2 микрона от края рельефа находится в пределах 10%, более предпочтительно в пределах 5%, еще более предпочтительно в пределах 3% от средней толщины слоя электронного или фотонного материала.

Специалисту также будет понятно, что описанные выше технологии могут применяться для изготовления фотонного устройства, такого как волновод, переключатель, интерферометр, нелинейное оптическое устройство. Однако применение данного способа особенно полезно при изготовлении молекулярных электронных устройств, в которых электронный/фотонный материал содержит полупроводниковый материал, преимущественно в вариантах осуществления способов с полимерным полупроводниковым материалом. Тогда подложка может быть снабжена одним или несколькими электродами и, возможно, над ними могут осаждаться один или несколько слоев согласующего энергетический уровень материала, чтобы согласовывать энергетический уровень электродов (металл) с энергетическим уровнем применяемого полупроводникового материала. Таким образом, например, электронное устройство может содержать полученный из раствора полевой транзистор (FET) с нижним затвором или верхним затвором, или диод (включая светоизлучающие и фотодиоды) (или другое, осажденное из раствора, полупроводниковое электронное устройство). Одним из особых преимуществ вариантов осуществления данного способа является высокая подвижность носителей заряда, которая может сохраняться после осаждения полупроводникового материала, так как данный полупроводниковый материал остается на своем месте на подложке. Таким образом, например, осажденный электронный/фотонный материал может подвергаться одному или нескольким дополнительным этапам обработки, чтобы, например, модифицировать микроструктуру данного слоя, чтобы улучшить подвижность/прозрачность, таким как этап отжига. В некоторых вариантах осуществления такие один или несколько дополнительных этапов могут выполняться в инертной атмосфере, чтобы ингибировать разложение электронного/фотонного материала, и полученные выгодные свойства электронного/фотонного слоя могут сохраняться в вариантах осуществления данного способа посредством завершения изготовления электронного/фотонного устройства.

Таким образом, в дополнительном аспекте данное изобретение обеспечивает электронное или фотонное устройство, содержащее

подложку; и

по меньшей мере, один структурированный слой электронного или фотонного материала;

где упомянутая подложка имеет рисунок модификации поверхностной энергии, согласующийся с рисунком, по меньшей мере, одного структурированного слоя упомянутого электронного или фотонного материала, и упомянутый слой электронного или фотонного материала образуют путем осаждения из раствора.

Таким образом, граница раздела между подложкой и осажденным из раствора электронным/фотонным материалом имеет другую межфазную прочность относительно межфазной прочности, которая существовала бы между данным материалом и данной подложкой, где данный слой простирался бы за рисунок. В некоторых вариантах осуществления данного устройства рисунок модификации поверхностной энергии содержит рисунок из одного или нескольких слоев материала модификации поверхностной энергии, например, слоев гидрофильного и/или гидрофобного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Данный способ будет теперь описан с помощью последующих, не ограничивающих примеров и фигур, где:

Фигура 1 показывает схему протекания процесса структурирования РВТТТ полимерных пленок с использованием РММА диэлектрической пленки в качестве удаляемого слоя и 3М клейкой ленты для избирательного отслаивания пленок РВТТТ/РММА от OTS-покрытых, гидрофобных областей подложки, которые были предварительно структурированы, используя PR рисунок, заданный фотолитографией.

Фигура 2 показывает (a) оптическое изображение структурированных РВТТТ полос с шириной линии 2 мкм, разделенных 10 мкм, на большой области поверхности. Вставка показывает светлое изображение, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме, и (b) трехмерный вид морфологии поверхности для вставки на (a).

Фигура 3 показывает (a) схематическое изображение TFT с верхним затвором со структурированным РВТТТ; (b) изображение структурированного РВТТТ поверх электродов исток-сток; (c) сравнение переходных характеристик при V_ds=-5 В TFT с верхним затвором со структурированным и не структурированным РВТТТ с РММА диэлектриком толщиной ~500 нм. Длина и ширина канала составляют 40 мкм и 1000 мкм соответственно. Вставка показывает сравнение с PS диэлектриком толщиной ~500 нм; (d) Такое же сравнение, как (c) для длины канала 2 мкм. Вставка показывает линейные подвижности структурированных и не структурированных устройств с РММА диэлектриком как функцию длины канала от 40 мкм до 2 мкм. Каждая точка данных и величина ошибки получены из, по меньшей мере, четырех устройств.

Фигура 4 показывает схематическое протекание процесса отрывного структурирования РВТТТ-пленки на областях поверхности, обработанных OTS, путем использования 3М клейкой ленты для отдирания РВТТТ и нижележащей структурированной полиимидной (PI) пленки от поверхностей, обработанных HMDS.

Фигура 5 показывает (a) оптическое изображение РВТТТ-пленки, нанесенной центрифугированием на структурированную полиимидную (PI) пленку; (b) оптическое изображение структурированной РВТТТ-пленки в области, обработанной OTS, на Si/SiO₂ подложке после отрыва PI. Вставка показывает изображение атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме края структурированной РВТТТ-пленки; (c) трехмерный вид морфологии поверхности для вставки на (b).

Фигура 6 показывает переходные характеристики устройства со структурированным РВТТТ, нижним затвором, верхним контактом на Si/SiO₂ подложке. Длина и ширина канала составляют 20 мкм и 1000 мкм соответственно.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Пример 1

Процесс первого варианта осуществления, показанный на фигуре 1, был следующим. Октилтрихлорсилан (OTS) осаждали в виде самоорганизующегося монослоя на голой стеклянной подложке. OTS слой затем структурировали с помощью обычной фотолитографии, создавая боковой контраст поверхностной энергии. OTS на незащищенных областях удаляли путем O₂-плазменного травления, и данная область становилась гидрофильной, тогда как области, покрытые фоторезистом, оставались гидрофобными. После снятия фоторезиста наносили тонкую пленку РВТТТ методом центрифугирования с последующим нанесением покрытия центрифугированием из поли(метилметакрилатной) (РММА) пленки в качестве удаляемого слоя. В конце, 3М-клейкую ленту использовали для отслаивания РММА-пленок. Так как адгезия между РВТТТ и РММА-пленками сильнее, чем адгезия РВТТТ к OTS-обработанным областям, но слабее, чем адгезия РВТТТ к гидрофильным областям, отслаивание РММА пленки отрывало РВТТТ-пленку только от гидрофобных областей, но оставляло РВТТТ-пленку только на гидрофильных областях.

Чтобы проверить разрешение структурирования, достижимое с помощью данной технологии, использовали фотолитографию, чтобы нарисовать массив из гидрофильных прямых линий с ширинами линий ~2 мкм, тогда как окружающие области покрывали OTS. Фиг.2(а) показывает изображения атомно-силовой микроскопии (AFM) полученных линий РВТТТ. РВТТТ может быть точно структурировано до 1-2 мкм и точно расположено в гидрофильных областях, заданных фотолитографией. Это точное структурирование воспроизводимо на больших областях (масштаба сотен микрометров). AFM-изображение (фиг.2(b)) показывает, что профиль поверхности полученных линий является довольно гладким. Никаких выступов не было обнаружено на краях структурированных РВТТТ линий после отслаивания. Внутри точности AFM-измерения толщина РВТТТ-пленки в структурированных областях является такой же, как перед отслаиванием (30-40 нм). Эта технология структурирования делает возможным изготовление тонких элементов с гладкими поверхностями и хорошей регистрацией на больших областях.

Данную технологию структурирования использовали для изготовления РВТТТ-транзисторов с верхним затвором. Геометрия устройства показана на вставке на фиг.3(a). Способ изготовления был аналогичен способу, описанному выше. OTS-слой осаждали на стеклянной подложке с предварительно структурированными Au-электродами исток-сток. OTS слой затем структурировали, получая гидрофильную область, покрывающую канальную область и соседние контакты исток/сток, но оставляя остальную стеклянную подложку гидрофобной. Поле удаления фоторезиста с OTS структуры подложку обрабатывали 1H,1H,2H,2H-перфтордекантиолом (PFDT), получая гидрофобные поверхности на Au-электродах нижних контактов. Есть две причины для PFDT-обработки электрода: Во первых, PFDT уменьшает контраст поверхностной энергии между Au-электродами и OTS-обработанными областями, так что электроды не будут притягивать раствор полупроводящего полимера во время нанесения покрытия центрифугированием и нарушать формирование тонкой пленки. Во вторых, данная обработка увеличивает работу выхода Au-электродов, снижая контактное сопротивление. После нанесения РВТТТ центрифугированием из 5 мг/мл раствора в ТСВ, тонкие пленки РВТТТ сушили при 100°С в течение 10 мин и затем отжигали до жидкокристаллического состояния при 170°С в течение 10 мин с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры. РММА пленку толщиной ~500 нм наносили центрифугированием в качестве удаляемого слоя, чтобы отслаивать РВТТТ-пленку. Структурированная РВТТТ-пленка является однородной и полностью покрывает область, структурированную OTS, как на изображении, показанном на фиг.3(b). Предполагалось структурировать РВТТТ в прямоугольную форму с двумя короткими краями в нескольких микрометрах от краев контактов исток/сток, чтобы минимизировать ток при выключенном канале устройства с верхним затвором. Можно отметить, что РВТТТ-пленка отлаивалась от Au-поверхностей в OTS-обработанных областях, но не от Au-поверхностей в закрытой области, структурированной без OTS. Было случайно обнаружено, что РВТТТ остается на PFDT-обработанных Au-электродах, которые окружены относительно большими гидрофильными поверхностями. Наконец, устройства с верхним затвором заканчивали путем нанесения центрифугированием РММА пленки толщиной 500 нм в качестве диэлектрика затвора и нанесения испарением алюминиевого электрода верхнего затвора толщиной 40 нм. Осаждение и отслаивание РВТТТ- и РММА-пленок выполняли в атмосфере азота, чтобы избежать разложения РВТТТ и загрязнения границы раздела РВТТТ/РММА, вызванного контактом с кислородом.

Полимер РВТТТ-С14 синтезировали со среднечисленной молекулярной массой (Mn) 28000 г/моль и полидисперсностью 2,0. Для РВТТТ-устройств с верхним затвором Au-электроды нижнего контакта структурировали путем обычной фотолитографии с 3-меркаптопропилтриметоксисиланом в качестве адгезионного слоя между стеклянной подложкой Corning 7059 и Au-электродами. Слой октилтрихлорсилана (OTS) осаждали путем экспозиции стеклянных подложек в парах OTS в течение 1-2 часов. OTS слой затем структурировали, используя положительный фоторезист (Shipley 1813) в качестве маски травления, и удаляли посредством O₂ плазмы при 150 Вт в течение 2 мин. После снятия фоторезиста подложки обрабатывали в парах 1H,1H,2H,2H-перфтордекантиола (PFDT) в течение 24 часов, получая гидрофобную поверхность на Au-электродах. Тонкие пленки РВТТТ толщиной 30-40 нм наносили центрифугированием из 5 мг/мл раствора в ТСВ, сушили при 100°C в течение 10 мин и затем отжигали при 170°C в течение 10 мин с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры. РММА (Mw=120000 г/моль) и PS (Mw=200000 г/моль) готовили при концентрации 80 мг/мл и 70 мг/мл в н-бутилацетате соответственно. РММА и PS пленки ~500 нм для удаляемого и диэлектрического слоев наносили центрифугированием на РВТТТ-пленки при 2000 об/мин в течение 60 с и сушили при 80°C в течение 30 мин. Клейкую ленту 3М использовали для отслаивания РММА(PS)/РВТТТ-пленок.

Переходные характеристики на фиг.3(c)(d) показывают, что транзисторы с верхним затвором со структурированным РВТТТ имеют аналогичные отношения при включенном токе и гораздо более высокие отношения включено/выключено по сравнению с не структурированными устройствами. В общем, ток выключенного состояния структурированных устройств имеет интенсивность на 2-3 порядка ниже, чем ток не структурированных устройств, и достигает утечки затвора данных устройств (~10^-11 ампер), что означает, что структурированный РВТТТ эффективно запирается и ток выключенного состояния устраняется. Оптимальные устройства с высокими подвижностями, близкими к 0,1 см²/В·с, и большими отношениями включено/выключено >10⁵ могут быть достигнуты при длине канала 40 мкм. При масштабировании длины канала до 2 мкм подвижности структурированных устройств только немного (20-30%) ниже, чем подвижности не структурированных устройств (вставка на фиг.3(d)). Для контрольного эксперимента использовали полистирол (PS) в качестве удаляемого и диэлектрического слоя (вставка на фиг.3(c)). Структурированное устройство также демонстрирует заметно улучшенное отношение включено/выключено (10⁵), и подвижности (~0,1 см²/Вс) имеют такой же порядок, как подвижности не структурированного устройства (~0,2 см²/Вс). Эти результаты ясно показывают, что характеристики РВТТТ-устройств с верхним затвором немного ухудшаются в способе формирования рельефа и что высокий OFF ток, который обычно наблюдается в РВТТТ TFT с верхним затвором, происходит не вследствие внутреннего тока утечки, а вследствие паразитных токов утечки на периферии устройства.

Пример 2

Далее представлен родственный вариант осуществления, который позволяет структурировать полупроводящие полимеры на гидрофобных поверхностях. Данный способ использует структурированную твердую пленку в качестве удаляемого слоя, чтобы отрывать полупроводниковую полимерную пленку от нежелательных областей на подложке. Выбирали в качестве удаляемого слоя полиимид, так как (i) он является достаточно механически прочным после отжига, (ii) его можно легко структурировать, и (iii) его можно легко отслаивать от гидрофобных поверхностей. Весь способ описан на фиг.4. HMDS-слой осаждали на Si/SiO₂ подложке, и затем наносили методом центрифугирования полиимидную пленку с толщиной ~1 мкм. Полиимидную пленку сушили при 100°C в течение 10 мин и затем отжигали при 270°C в течение 15-20 мин. Полученная полиимидная пленка могла растворяться в проявителе Shipley MF319, применяемом в фотолитографии, но не в органических растворителях, применяемых для успешного осаждения РВТТТ. После структурирования полиимидной пленки HMDS-монослой удаляли на структурированных областях путем O₂-плазменного травления, и взамен затем осаждали слой OTS. РВТТТ-пленку наносили центрифугированием из 8 мг/мл раствора в 1,2-дихлорбензоле (DCB), покрывая OTS-обработанные/структурированные области, как показано на фиг.5(a). В конце использовали клейкую ленту 3М, чтобы отрывать полиимидные/РВТТТ-пленки от HMDS-обработанных поверхностей. Так как РВТТТ-пленка существенно тоньше, чем PI пленка, структурированная РВТТТ-пленка остается на OTS-обработанных областях поверхности.

Фиг.5(b) показывает изображение оптической микроскопии РВТТТ-пленки, структурированной в прямоугольную форму, после отрыва полиимидной пленки на фиг.5(a). Структурированная РВТТТ-пленка хорошо определена и имеет четкие края с боковой шероховатостью на субмикронном уровне. AFM-изображение на фиг.5(c) дополнительно показывает, что поверхностная шероховатость на краю структурированного РВТТТ составляет порядка нескольких десятков нанометров, гораздо меньше, чем толщина оторванной полиимидной пленки. Это указывает, что процесс физического отрыва аккуратно разрывает непрерывную РВТТТ-пленку возле нижних краев структурированной полиимидной пленки, что может быть из-за прочной адгезии РВТТТ с полиимидным слоем. Разрешение данного способа структурирования может быть снижено до сотен или даже нескольких десятков микрон.

Транзисторы с нижним затвором с верхним контактом изготавливали с такими структурированными РВТТТ-пленками на OTS-обработанных Si/SiO₂ подложках. Перед осаждением путем испарения Au-электродов верхнего контакта, структурированную РВТТТ-пленку отжигали до ее жидкокристаллической фазы при 170°C в течение 10 мин. Структурированное устройство демонстрирует прекрасные переходные характеристики с резким поведением при включении, большим отношением включено/выключено и низкой утечкой затвора (фиг.6). Полученные подвижности ( _lin~0,18 см²/Вс и _sat~0,25 см²/Вс) сравнимы с литературными данными для не структурированного РВТТТ, и никакого разложения не было обнаружено по сравнению с не структурированными устройствами ссылок, изготовленными в идентичных в ином отношении рабочих условиях.

Для второго варианта осуществления, чтобы структурировать РВТТТ на OTS-обработанных поверхностях, осаждали HMDS-монослой на Si/SiO₂-подложке путем нанесения центрифугированием HMDS при 1000 об/мин в течение 60 сек и затем прогревали при 100°C в течение 5 мин. Полиимид разбавляли в 1-метил-2-пирролидоне (NMP) в отношении 2:1 и наносили центрифугированием при 5000 об/мин в течение 3 мин, достигая толщины ~1 мкм. Полимидную пленку сушили при 100°C в течение 10 мин и затем отжигали при 270°C в течение 15-20 мин в окружающей атмосфере. Перед фотолитографией полиимидную поверхность обрабатывали O₂ -плазмой при 250 Вт в течение 1 мин, чтобы предотвратить фоторезист от потери способности смачивания. После структурирования полиимидной пленки и осаждения OTS-слоя на обнаженные области стеклянной подложки, РВТТТ-пленку наносили центрифугированием из раствора с концентрацией 8 мг/мл в DCB, покрывая OTS-обработанные области, и отрывали полиимидные/РВТТТ-пленки от HMDS-обработанных поверхностей, и затем отжигали структурированные РВТТТ-пленки при 170°C в течение 10 мин. Процессы осаждения из раствора РВТТТ, отрывания и отжига выполняли в атмосфере азота. Au-электроды исток-сток толщиной 30 нм осаждали испарением на структурированную РВТТТ-пленку с длиной канала 20 мкм и шириной канала 1000 мкм. Толщина термически выращенного SiO₂-диэлектрика затвора в устройстве с нижним затвором составляла 300 нм.

Описанные выше способы достигают точного структурирования полукристаллических полупроводящих полимеров с высокой подвижностью на гидрофобных и гидрофильных подложках. Данные способы используют процессы физического отслаивания вместо процессов химического структурирования или травления и могут быть легко интегрированы в способ изготовления устройства без нарушения характеристик устройства. Структурирование полимерного полупроводника приводит к существенному снижению OFF тока в конфигурациях устройства с верхним затвором и нижним затвором, сохраняя высокие полевые подвижности не структурированных полимерных пленок. Данный способ обеспечивает структурирование с высоким разрешением, но низкой стоимостью полимерных полупроводниковых пленок для множества практических приложений, включая дисплеи, логические микросхемы, датчики. Данный способ применим для структурирования органических полупроводников для иных применений, чем транзисторы, таких как светоизлучающие диоды, фотоэлектрические диоды, фотодетекторы, сенсорные и запоминающие устройства, но не ограничивается ими.