[發明專利]一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法

有效

• 申請號: 202110281429.2
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113054058B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 田浩;李帥;譚鵬;孟祥達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01B13/00;G03F7/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法，本發明涉及一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法。本發明的目的是要解決現有在柔性疏水基襯底上旋涂水基溶液時，難實現良好的圖案化刻蝕的問題，本發明在清洗后的基底上旋涂聚酰亞胺，固化后再旋涂光刻膠，烘干后得到光刻膠層；使用紫外光刻機曝光將光刻膠層圖案化，烘干后獲得帶有預設圖案光刻膠層的基底；在帶有預設圖案化光刻膠層的基底上旋涂法沉積PEDOT:PSS薄膜，浸泡在有機溶劑中，超聲清洗，氮氣吹干即完成。本發明應用于有機薄膜電極加工刻蝕及應用研究領域。

技術領域

本發明涉及一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法。

背景技術

隨著煤炭、石油等傳統能源快速消耗，為防止出現資源緊張的局面，新能源的利用，如太陽能電池等成為重要綠色產業。其中可作為電池陽極的新型透明電極PEDOT:PSS薄膜及該薄膜的圖案化刻蝕處理是電池的深層次開發及薄膜的廣泛應用的技術基礎。另外，當前民用顯示技術的發展對可穿戴器件、柔性顯示等技術提出了更高的要求，亟需新型柔性電極及對柔性襯底上電極的圖案化刻蝕技術。柔性襯底多為有機高聚物，疏水性較強，新型透明電極PEDOT:PSS通過水基溶液旋涂后烘干獲得，在柔性襯底上粘附性較差。全襯底型的透明電極是初步應用，可圖案化刻蝕技術是柔性電控器件的發展基礎。

有機薄膜刻蝕技術應用較多的是直寫技術、光刻工藝結合反應離子刻蝕、電子束曝光技術等。其中直寫技術應用廣泛，包涵激光直寫、電子束掃描直寫刻蝕、離子束直寫刻蝕等技術。一般多應用于小尺度刻蝕，刻蝕周期較長、成本及產能考慮更適用于科學研究。電子束曝光刻蝕技術需要對線條進行單獨曝光，與直寫技術同樣存在制作周期長、成本高，產業化困難的問題。

反應離子刻蝕工藝在科研工作中是對PEDOT:PSS薄膜刻蝕較為成熟的技術，需要結合光刻掩膜曝光工藝制作一層犧牲層或保護層。可刻蝕襯底尺寸相對較大但是對于有機襯底如聚酰亞胺層上的PEDOT:PSS電極需要單獨設計犧牲層及設計每層反應氣體種類及流量，且存在有機柔性襯底被過刻蝕的風險。大面積刻蝕技術還有納米壓印刻蝕技術，其精度受限于模板精度且需要結合反應離子刻蝕技術。噴墨打印技術也可用于制作圖案化透明電極，其精度依賴于噴墨打印機的微打印頭尺寸，精度一般低于100μm。

柔性疏水基襯底如聚酰亞胺上旋涂水基溶液時由于襯底疏水性較強，PEDOT:PSS溶液附著性差，因此更難實現良好的圖案化刻蝕。

發明內容

本發明的目的是要解決現有在柔性疏水基襯底上旋涂水基溶液時，難實現良好的圖案化刻蝕的問題，提供一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法。

本發明一種柔性疏水基襯底上圖案化刻蝕PEDOT:PSS透明電極的紫外光刻方法，是按以下步驟完成的：一、在清潔后的基底上旋涂聚酰亞胺，烘干后得到亞胺化的襯底；

二、在亞胺化的襯底上旋涂光刻膠、烘干，重復涂膠、烘干步驟操作，得到光刻膠層；旋涂時勻膠機的轉速為1000rpm-3000rpm，旋涂時間為30s-60s；

三、使用紫外光刻機對光刻膠進行掩膜曝光，烘干后顯影獲得帶有預設圖案光刻膠層的襯底；

四、在帶有預設圖案的光刻膠層上使用勻膠機旋涂PEDOT:PSS水溶液，加熱烘干，烘干的溫度為50℃-70℃，時間為60s-180s；然后置于有機溶劑中浸泡并振蕩，超聲清洗，氮氣吹干后進行烘干固定處理，將聚酰亞胺襯底從基底上剝離，即得到聚酰亞胺襯底上圖案化的有機薄膜PEDOT:PSS電極。

本發明的優點：(1)本發明采用傳統的經典紫外曝光刻蝕工藝，成熟穩定，刻蝕精度取決于掩模版及光刻機精度，可達到微米量級。