[發明專利]可延展柔性無機光電子器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201611182489.4
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106783745B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 江宇;徐云;宋國峰;白霖;陳華民;王磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/84
• 分類號: H01L21/84;H01L27/142;H01L27/144;H01L27/15
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種可延展柔性無機光電子器件及其制備方法，該方法包括以下步驟：在襯底上生長外延材料，并刻蝕形成多個光電子器件單元，在多個光電子器件單元上制備接觸電極；在多個光電子器件單元之間的間隙中形成聚合物?金屬?聚合物互連結構，并通過接觸電極形成電學互連；在聚合物?金屬?聚合物互連結構上旋涂膠膜，并對膠膜選擇性顯影去除；將上述結構黏附于預拉伸并固定的柔性可延展襯底上，并腐蝕去除生長有外延材料的襯底；去除剩余的膠膜，逐漸釋放預拉伸并固定的柔性可延展襯底，形成翹曲結構，完成器件制備。本方法制備的可延展柔性無機光電子器件，同時具有高可延展性和高占空比的特性。

技術領域

本發明屬于光電子器件制備領域，更具體地涉及一種可延展柔性無機光電子器件及其制備方法。

背景技術

隨著可穿戴電子的發展，柔性電子器件越來越受到重視。當可穿戴電子的發展追求極致時，電子皮膚的概念應運而生。這是一種具有可延展柔性、能隨人體皮膚一起伸展和褶皺的薄膜電子器件。這種器件在實現與人體完美貼合的同時，還具備高性能。這一類的柔性電子器件與傳統的電子器件在應用上的創新也使得其評價指標不同于傳統的電子器件。美國UIUC大學材料系教授John.A.Rogers和美國西北大學的黃永剛教授合作研發了可延展柔性無機光電子器件，其提出的島-橋結構和蛇形互連導線結構使得這種器件在100％的拉伸形變下性能不發生退化，且可以重復測試。柔性電子器件正向著更高的可延展性和更高的集成度方向發展。然而，集成度和可延展性正是相互制約的兩個因素。集成度越高，器件有效面積內允許存在的互連導線長度越短，因此允許的拉伸形變范圍就受到了極大抑制。

三維折紙結構在近兩年被引入微納加工領域，這使得難以加工三維形貌的微納制備領域有了低成本高效率的解決方案。這種三維折紙結構設計，建立了二維圖形和三維形貌的關系，已經被用于三維線圈、三維光學腔和三維柔性可延展導線的設計，在新穎微納加工方面具有極其廣闊的發展空間，但此結構存在集成度和可延展性不能同時提高的矛盾，利用折紙結構將垂直方向的空間利用起來就成為了一個突破方向。目前已經報道的采用折紙結構的柔性電子器件多還集中在利用三維的彎曲互連導線對可延展性的提高，然而面對提高集成度這一需求還未見報道。現有技術下，占空比和可延展性依舊矛盾。現有滿足高可延展性的器件，由于其器件單元之間的空間需要布置大量的彎曲互連結構，導致占空比降低，也由于大量的彎曲互連導線的存在，嚴重增加互連電阻和寄生電容等電學問題。

發明內容

基于以上問題，本發明的目的在于提出一種可延展柔性無機光電子器件及其制備方法，用于解決以上技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提出了一種可延展柔性無機光電子器件的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、在襯底上生長外延材料，并刻蝕形成多個光電子器件單元，在多個光電子器件單元上制備接觸電極；

步驟2、在接觸電極及多個光電子器件單元之間的間隙中形成聚合物-金屬-聚合物互連結構；

步驟3、在聚合物-金屬-聚合物互連結構上旋涂膠膜，并對膠膜選擇性顯影去除；

步驟4、將步驟3中結構黏附于預拉伸并固定的柔性可延展襯底上，并腐蝕去除生長有外延材料的襯底；

步驟5、去除步驟3中剩余的膠膜，逐漸釋放預拉伸并固定的柔性可延展襯底，形成翹曲結構，完成器件制備。

進一步地，上述聚合物-金屬-聚合物互連結構的制備方法為：

步驟2-1、在接觸電極及多個光電子器件單元臺面間的間隙中涂敷第一柔性聚合物材料層；

步驟2-2、刻蝕上述第一柔性聚合物材料層形成接觸小孔，刻蝕至接觸電極為止，并在接觸小孔中和第一柔性聚合物材料層上濺射金屬層；

步驟2-3、在金屬層上涂敷第二柔性聚合物材料層，形成聚合物-金屬-聚合物互連結構。