微图案化新方法及在有机光电器件加工中的应用

有机半导体材料正以其光电性能优异、生产成本低廉，加工工艺简单，选材范围宽广，性质调节方便，易于制成大面积器件，与柔性基底结合性好对器件适度弯曲或扭曲而光电性能无明显改变等显著优点，吸引了世界范围内的目光。新的加工方法在有机微电子器件产生、发展和应用中发挥着技术推动力的作用。而从传统的硅基材料为基础的无机微电子中发展起来的光刻工艺，由于制作成本非常昂贵，工艺十分复杂，对环境要求苛刻，不适宜大面积生产，很难制作尺寸小于100nm的图形，而且大多数有机材料的光电性能在光刻胶、显影液等溶液中会大幅的下降，所以不适于有机器件的加工，因此目前开发适合有机材料的廉价大面积加工方法成为研究的焦点。本论文在软刻蚀技术基础上，以机械瓤附力或毛细力为图案化驱动力提出了多种有机电子器件加工方法，并取得了初步的结果。主要有三种方法：金属传递打印、热剥离、冰模板方法。（1）利用聚合物粘弹性随温度和饱和溶剂处理时间变化的规律，通过调控金属薄膜和模板及金属薄膜和聚合物薄膜之间界面相互作用力，发展出以机械粘附力作为图案化驱动力的金属传递打印（MTP）方法。它可以适用于多种材料例如Au、AI等金属和PS、PMMA等多种聚合物。这种方法的分辨率目前在5协m左右。与其它打印技术相比MTP的一个显著的优点是它可以形成多层结构，这种结构在微电子电路（如欧姆接触等方面）中有着巨大的潜在应用价值。为展示金属传递打印在有机电子器件加工中的应用，我们将MTP用于有机场效应晶体管（OFETs）的加工，并在-3cm*3cm的Si片上形成大面积晶体管器件。这些器件的场效应迁移率-0.0193士0.0038cm2V-1s-1。（2）发展了一种用环氧树脂模板为模板图案化的方法一热剥离（Hotlift-off）。它是一种利用机械薪附力为图案化驱动力的方法，所以适用材料范围非常广泛，既可以加工有机电子器件的有源部分一有机半导体材料，也可以加工有机电子器件的金属电极部分，是一种多功能的方法。我们将热剥离用于有机晶体管和有机发光二极机管的加工。这些器件的性能与用其它方法加工的器件性能相当。（3）我们用冰为模板实现了聚合物的图案化，因为大多数聚合物溶液对冰模板不会产生溶解、溶胀作用，所以这种方法适用于许多聚合物材料如P3HT、PvK和PMMA等。这种方法与其它使用PDMS、硅片或金属为模板的方法相比最突出的优点是冰模板非常容易被除去。所以使用冰模板方法可以加工出多种别的方法无法胜任的聚合物结构如多元聚合物结构，自由无支撑的聚合物结构，聚合物微沟道。以上这些图案化技术具有快速大面积图案化、可在开放的空气环境中操作的优点，为发展适宜于未来塑性电子器件卷帘式（reel to reel）的加工过程提供新思路，促进了塑性电子学的发展。