[發(fā)明專利]一種多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)制備方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310282662.8
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103510275B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹周平;黃永安;潘艷橋;丁亞江;陳建魁;熊有倫
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: D04H3/005
• 分類號: D04H3/005;D04H3/16;D01D5/00;D01D4/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多層薄膜微結(jié)構(gòu)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)的制備方法及裝置。?

背景技術(shù)

多層薄膜微結(jié)構(gòu)是一種具有多個厚度在微米級甚至納米級的薄膜層狀結(jié)構(gòu)，廣泛的存在于電子制造領(lǐng)域中。?

目前常見的制備多層薄膜微結(jié)構(gòu)的方法包括磁控濺射、真空鍍膜、化學(xué)氣相沉積等，這些制備工藝都得基于由光刻工藝來制造出的掩膜保護(hù)層。一般在硅基底上制備出一層圖案化薄膜的話，需要經(jīng)過以下步驟：首先，清洗硅基底，并在表面旋涂一層光刻膠，烘干；然后，利用事先制備好的圖案化的掩膜板在光刻機下進(jìn)行光刻，用顯影液顯影，這樣掩膜板上的圖案就會復(fù)制到光刻膠上；最后，利用圖案化的光刻膠作為掩膜保護(hù)層，采用磁控濺射、真空鍍膜或者化學(xué)氣相沉積等工藝在硅基底上制備出一層微米級厚度的薄膜，然后利用清洗液將剩余的光刻膠去除，于是在硅基底上得到了一層圖案化的薄膜。想要制備出多層薄膜的話，則需要多次重復(fù)上述步驟，層與層之間的對準(zhǔn)精度是由兩次光刻時的掩膜板精度來決定的，通常能夠達(dá)到幾個微米的對準(zhǔn)精度。?

柔性電子器件通常具有多層結(jié)構(gòu)，經(jīng)常會碰到雙層結(jié)構(gòu)的套印問題，例如有機材料p-n結(jié)通常有兩層具有不同屬性的自由離子（電子或者空穴）的材料組成，在柔性的基底上直接打印p-n結(jié)就會遇到兩種薄層的對準(zhǔn)問題，若無法對準(zhǔn)完全，則p-n結(jié)很可能會失效。目前柔性電子器件的制造通常是基于上文提到的光刻、鍍膜等該工藝來實現(xiàn)的，然而這種制備方法，所需要的工序復(fù)雜，成本高，不利于大規(guī)模的推廣使用，因此尋找一種低?成本并且能夠?qū)崿F(xiàn)柔性電子器件多層薄膜微結(jié)構(gòu)的制備的方法，已成為當(dāng)前研究的熱點問題。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)制備方法及裝置，實現(xiàn)多層薄膜微結(jié)構(gòu)的高精度自對準(zhǔn)制備。?

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)制備方法，具體為：通過隔板將噴頭內(nèi)腔體縱向分為至少兩個腔室，在各腔室內(nèi)注入不相溶的高分子溶液，各高分子溶液匯聚于噴頭的噴嘴處；在噴頭與接收板之間施加高壓靜電場，同時驅(qū)使接收板在噴頭下方做平面直線運動，在高壓靜電場作用下噴嘴處的高分子溶液變形形成泰勒錐，在靜電力的作用下從泰勒錐尖端拉出射流，射流中的多種高分子材料先后沿著接收板運動的方向進(jìn)行靜電紡絲，形成多層薄膜微結(jié)構(gòu)。?

本發(fā)明多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)制備方法的技術(shù)效果體現(xiàn)在：本發(fā)明利用機電紡絲的工藝，采用中間帶有分隔板的噴頭，分隔板能夠使得管狀噴嘴兩側(cè)的溶液直到出口處才開始接觸，于是噴嘴末端形成的“組合式泰勒錐”中各高分子溶液先后沿著接收板運動的方向進(jìn)行靜電紡絲。由于圓柱體狀射流的直徑只有幾微米，因此在其接觸接收板的瞬間可以保證多層薄膜間具有高精度的自對準(zhǔn)性。另外，當(dāng)各高分子溶液的蒸發(fā)速度不一致，只有當(dāng)溶液均在空氣中固化后才會在接收板上形成對準(zhǔn)精度高的微結(jié)構(gòu)，若一種溶液形成的纖維到基板上仍未完全固化，則會擴(kuò)散鋪展到固化的纖維表面，形成搭接結(jié)構(gòu)，一定程度上幫助實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的自對準(zhǔn)。整個工序簡單，成本低，有利于大規(guī)模的推廣使用。?

進(jìn)一步地，通過改變分隔板在接收板與接收板運動方向的夾角，能夠?qū)崿F(xiàn)雙層結(jié)構(gòu)、平行結(jié)構(gòu)以及搭接結(jié)構(gòu)的高精度打印，從而可以控制打印的多層微結(jié)構(gòu)的自對準(zhǔn)制備。當(dāng)增加分隔板和溶液注入口的數(shù)量時，也能夠一次性打印出多層微結(jié)構(gòu)。具體說，所述分隔板與接收板運動方向的位?置關(guān)系或垂直,或平行,或形成銳角,可以通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)噴頭來實現(xiàn)夾角的改變。?

為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種多層薄膜微結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)制備裝置，包括噴嘴、分隔板、密封片、端部蓋板和轉(zhuǎn)換接口；分隔板縱向設(shè)于噴嘴內(nèi)，將噴嘴內(nèi)腔體分隔為至少左右兩個腔室，各腔室內(nèi)的高分子溶液匯聚于噴頭的噴嘴處；在噴嘴遠(yuǎn)離其噴孔的端部設(shè)有端部蓋板，端部蓋板與噴嘴端部之間設(shè)有密封片；噴嘴的側(cè)面開有一一對應(yīng)各腔室的溶液注入孔，注入孔通過轉(zhuǎn)換接口連接外部溶液輸入管。?

進(jìn)一步地，還包括接收板，置于噴嘴下方；?

所述分隔板的位置決定各腔室的體積相等或不相等，特別的，當(dāng)只有一個分隔板，且兩個腔室的體積相等時，調(diào)節(jié)分隔板與接收板運動方向的夾角能夠在接收板上形成雙層結(jié)構(gòu)、平行結(jié)構(gòu)以及搭接結(jié)構(gòu)的高精度制備；當(dāng)只有一個接收板，且兩個腔室的體積不相等時，則在接收板往返運動時，能夠在接收板上形成內(nèi)外兩層的包絡(luò)結(jié)構(gòu)或者是功能材料的島狀結(jié)構(gòu)。?