[發明專利]一種圖案化金屬電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201310565869.6
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103606634A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 劉云圻;王翰林;張磊;胡文平;于貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01L51/56
• 分類號: H01L51/56;H01L51/52
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種圖案化金屬電極及其制備方法。

背景技術

噴墨打印技術作為一種印刷手段，兼備了“增材加工”獨有的節省材料的優點和按照需求圖案化的優點，近年來日益崛起，是溶液法加工中極具發展前景的新技術。在電子電路行業中，金屬電極圖案化通常由光刻技術來完成，和噴墨打印技術相比，成熟的光刻工藝加工的金屬電極具有表面平整度高，大面積厚度均一以及電導率高的優點。但是和噴墨打印相比，傳統的光刻工藝存在價格相對昂貴，對設備要求較高的特點。因此，如何使用廉價的噴墨打印技術在保證圖案高分辨率的前提下，獲得與傳統光刻技術并駕齊驅的加工效果是業界同行努力的方向。

除了增材加工，噴墨打印也可以達到減材加工的效果。通過在襯底上預先制備一層聚合物抗蝕層，噴墨打印腐蝕液即可達到蝕刻圖案化的效果，然后在圖案化的聚合物上淀積金屬后加以溶脫剝離（lift-off）。雖然這種加工思路與光刻的加工步驟類似，但是設備上無需紫外光源，工藝流程上也省略了曝光、顯影等步驟，效果上卻能獲得大面積、高分辨率、高電導率的金屬電極。這套工藝的建立與完善將對有機電子學和集成電路加工產生積極的促進作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種圖案化金屬電極及其制備方法，本發明利用噴墨打印技術結合真空熱蒸鍍技術在任意平面襯底上加工得到金屬圖案。

本發明所提供的一種圖案化金屬電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）在襯底上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯得到聚甲基丙烯酸甲酯抗蝕層；

（2）通過噴墨打印腐蝕性溶劑，按照版圖設計，在所述聚甲基丙烯酸甲酯抗蝕層的表面腐蝕出圖案化的結構，即得到圖案化的抗蝕層；

（3）在所述圖案化的抗蝕層的表面沉積金屬得到導電層；然后將所述襯底與所述圖案化的抗蝕層進行剝離，即得到圖案化的金屬電極。

上述的制備方法中，所述襯底的材質可為硅片、玻璃或聚苯乙烯；將所述聚甲基丙烯酸甲酯溶解于甲苯中，然后旋涂于所述襯底上。

上述的制備方法中，所述腐蝕性溶劑可為甲苯、乙酸正丁酯和鄰二甲苯中至少一種。

上述的制備方法中，所述襯底的材質為硅片或玻璃，在沉積所述金屬之前，先向所述圖案化的抗蝕層的表面沉積鈦粘附層；

所述鈦粘附層的厚度可為3～5nm。

上述的制備方法中，所述金屬可為金和/或銀；

所述導電層的厚度可為30～50nm。

上述的制備方法中，在丙酮和/或甲苯中實現所述襯底與所述圖案化的抗蝕層的剝離。

本發明的方法還包括如下步驟：在所述步驟1）之前，先將所述襯底分別用濃硫酸、雙氧水、水、去離子水、乙醇和異丙醇清洗干凈。

本發明還提供了由上述方法制備得到的圖案化金屬電極。

本發明提供的圖案化金屬電極，其溝道長度為700nm～1000nm，本發明中的溝道長度指的是相鄰兩金屬電極之間的間距。

本發明還提供了所述圖案化金屬電極在有機電子學和集成電路中的應用。

本發明更進一步提供了所述圖案化金屬電極在制備聚合物晶體管器件中的應用。

本發明有具有以下有益效果：

1、本發明首次利用了噴墨打印技術作為減材加工圖案化聚合物抗蝕層，并且通過金屬淀積-溶劑輔助剝離工藝在任意平面襯底上獲得高分辨率金屬電極；

2、本發明所制備的金屬電極電導率高，大面積厚度均一，表面平整度優良；

3、本發明所涉及的圖案化金屬電極對于襯底沒有特殊要求，能夠在絕大多數平面襯底上加工；

4、本發明所涉及的方法具有價格低廉，金屬分辨率和光刻工藝分辨率持平，溝道分辨率優于光刻工藝分辨率的優點。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中步驟2）之后的1英寸硅片襯底的相機照片。

圖2為本發明實施例1中步驟4）之后的1英寸硅片襯底的相機照片。

圖3為本發明實施例1得到的金屬電極溝道的掃描電子顯微鏡照片。

圖4為本發明實施例1中的金屬電極制備的PBTTT晶體管的器件性能曲線。

圖5為本發明實施例2得到的不對稱窄溝道金-銀電極的掃描電子顯微鏡照片（上圖）和光學顯微鏡照片（下圖）。

圖6為本發明實施例3中的在自支撐聚苯乙烯薄膜上的金電極16×16陣列的照片。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。