AT15048U1

AT15048U1 - Beschichtetes flexibles Bauteil

Info

Publication number: AT15048U1
Application number: ATGM350/2015U
Authority: AT
Inventors: Harald Köstenbauer
Original assignee: Plansee Se
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-11-15
Also published as: TW201728766A; KR102578294B1; CN108292667A; JP2018538571A; JP6908223B2; TWI701346B; WO2017087998A1; CN108292667B; KR20180087267A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes flexibles Bauteil (1), insbesondere ein beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil, das ein flexibles Substrat (2) und mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) enthält. Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) enthält mehr als 6 at% und weniger als 50 at% Re. Zusätzlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten flexiblen Bauteils (1) über Bereitstellen eines flexiblen Substrats (2) und Abscheiden mindestens einer metallischen Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3), die mehr als 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält.

Description

Beschreibung

BESCHICHTETES FLEXIBLES BAUTEIL

[0001] Die Erfindung betrifft ein beschichtetes flexibles Bauteil, insbesondere ein beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil, das ein flexibles Substrat und mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis enthält. Zusätzlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten flexiblen Bauteils.

[0002] Der technische Fortschritt auf dem Gebiet der flexiblen Bauteile ist eng mit Fortschritten auf dem Gebiet der Dünnschichtmaterialien verknüpft. Insbesondere ermöglicht dieser Fortschritt weitere Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektronik, insbesondere Dünnschicht-Bauteile, wie beispielsweise Dünnschichttransistoren (Thin Film Transistor / TFT). Weiter ermöglichen Fortschritte bei der Entwicklung neuer Integrationsprozesse auch die Kombination von Elektronik mit flexiblen Substraten und in weiterer Folge die Herstellung flexibler elektronischer Bauteile.

[0003] Die bereits über Jahrzehnte andauernde Entwicklung und Optimierung von Dünnschichtmaterialien hat mittlerweile bereits zahlreiche vorteilhafte Herstellmethoden für Dünnschichtbauelemente hervorgebracht. So können solche Dünnschichtbauelemente beispielsweise über die Herstellung auf großflächigen Substraten äußerst kostengünstig und mit gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Zwei der gebräuchlichsten solcher Dünnschichtbauelemente sind Dioden und Transistoren, die in einer Vielzahl von digitalen und analogen Schaltungen, sowie als Sensorelemente und zur Energiegewinnung verwendet werden.

[0004] Im Bereich der Elektronik und der elektronischen Geräte, insbesondere der „Consumer Electronics“ (Verbraucher- bzw. Unterhaltungselektronik) werden aktuelle Entwicklungen immer stärker vom Design bestimmt: „Die Form folgt der Funktion“ / „form follows function“. Zur Umsetzung dieses Designkonzeptes in modernen Geräten werden flexible Bauteile immer wichtiger. Der sogenannte (flexible) Formfaktor ist dabei eine bestimmende Größe. Durch die Flexibilität (auch Biegsamkeit, Verformbarkeit) der Bauteile und in weiterer Folge der Geräte eröffnen sich in Zukunft eine große Anzahl an Anwendungsgebieten wie zum Beispiel im Gesundheitswesen, in der Automobilindustrie, bei Mensch-Maschine-Schnittsteilen („Human Machine Interface“ - HMI, „graphical user interface“ - GUI), in neuartigen Computerplattformen, im Mobilfunk, im Energiemanagement und vielen mehr.

[0005] Auf dem Gebiet der flexiblen elektronischen Geräte gibt es heute bereits eine große Anzahl an Prototypen. Oft werden dafür exotische neue Materialien (z.B.: Graphen, Kohlen-stoffnanoröhrchen, organische Halbleiter usw.) und Edelmetalle verwendet um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Für eine Massenproduktion sind solche Prototypen aus Kostengründen kaum geeignet und oft nur von akademischem Interesse. In der Unterhaltungselektronik wird daher oft versucht einen etablierten Dünnschichtprozess vom starren Substrat (z.B.: Glas, Silizium) auf ein flexibles Substrat (z.B.: Kunststofffolie) zu transferieren.

[0006] Auch die Patentliteratur beschäftigt sich mit dem Gebiet der flexiblen elektronischen Bauteile. So offenbart beispielsweise die US 2014 0170413 A1 verschiedene Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Körpers der ein flexibles Substrat aufweist. In den gezeigten Verfahren werden unterschiedliche Schichten aus transparenten leitfähigen Oxiden sowie dotiertem oder legiertem Silber auf das flexible Substrat abgeschieden.

[0007] Solche flexiblen Bauteile, insbesondere flexible elektronische Bauteile, werden für die Anwendung in Displays, Wearables und Portables, in der Medizintechnik (z.B.: Medizinische Geräte, Sensorik, Implantate) bei der Energieerzeugung, im Energiemanagement und der Energiespeicherung (z.B. in flexiblen Solarzellen, Dünnschichtbatterien, Kondensatoren), in der Automobilindustrie und in der Wohnraum- oder Gebäudetechnik (z.B. in Sensoren, Smart-Glass) immer wichtiger. Diese Bauteile müssen im Betrieb oder beim Einbau oder der Installation hohen elastischen Verformungen, beispielsweise einer Biegebeanspruchung oder einer Zugbeanspruchung standhalten. Diese Beanspruchungen sind oft auch zyklisch und stellen hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der Materialien die in diesen Bauteilen ihren Einsatz finden.

[0008] Die Leiterbahnen oder Leiterbahnstrukturen solcher flexibler elektronischer Bauteile sind aufgrund des benötigten geringen elektrischen Widerstandes oft aus Cu, AI, Ag, Cu-, AI- oder Ag-Basislegierungen oder auch Edelmetallen wie Pt und Au. Alternative Materialien wie Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen und leitfähige Polymere sind sehr flexibel, weisen jedoch eine im Vergleich zu den genannten Metallen oder Edelmetallen eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit auf, weshalb sie derzeit nur in einfachen Bauteilen Anwendung finden.

[0009] Pt und Au weisen eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit sowie auch eine sehr gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf, sind aber aus Kostengründen nicht für Massenanwendungen geeignet.

[0010] Cu, AI, Ag, Cu-, AI- oder Ag-Legierungen weisen hohe Bruchdehnungen auf. Jedoch zeigen sie eine nur geringe Barrierewirkung gegenüber einer (Ein-)Diffusion von Verunreinigungen auf. Eine solche kann beispielsweise aus dem Substrat oder anderen Schichten des Bauteils in die Leiterbahn, aber auch aus der Leiterbahn in den Halbleiter stattfinden. So besteht die Gefahr, dass Cu, AI, Ag oder Bestandteile der Cu-, AI- oder Ag-Legierungen in den Halbleiter diffundieren und die Halbleitereigenschaften zerstören. Außerdem weisen Cu, AI, Ag, Cu-, Al-oder Ag-Legierungen nur eine geringe Korrosionsbeständigkeit auf. Gerade für Bauteile die auch in Umgebungen mit höherer Luftfeuchtigkeit eingesetzt werden sollen, sind diese also nur begrenzt einsetzbar und es werden für Leiterbahnen aus Cu, AI, Ag, Cu-, AI- oder Ag-Legierungen je nach Anwendung des jeweiligen Bauteils zusätzliche Deckschichten und/oder Barriereschichten benötigt.

[0011] E in weiteres wichtiges Kriterium für die Funktion von flexiblen Bauteilen ist eine ausreichende Adhäsion der auf dem Substrat aufgebrachten Schicht oder Schichten, beispielsweise einer Leiterbahn. Deshalb werden je nach verwendetem Substrat zusätzlich passende Haftvermittlerschichten aufgebracht.

[0012] In starren elektronischen Bauteilen ist es Stand der Technik Schichten aus Refraktärmetallen, wie Mo, W, Ti, Ta, Cr und deren Legierungen, als Barriere- oder Haftvermittlerschichten oder auch oxidations- oder korrosionsbeständige Deckschichten zu verwenden. So werden, wie beispielsweise in der US 2011199341A1 beschrieben, Schichten aus Molybdän-Tantal Legierungen in Berührungssensoranordnungen verwendet.

[0013] Schichten aus Refraktärmetallen haben, wenn sie zwischen einer Leiterbahn und einer vorhandenen Halbleiterschicht aufgebracht werden, zusätzlich den Vorteil, dass ein Ohm’scher Kontakt zwischen Leiterbahn und Halbleiter hergestellt wird.

[0014] Refraktärmetalle und ihre Legierungen weisen jedoch sehr häufig eine schlechte Verformbarkeit, begründet durch ihre kubisch raumzentrierte Kristallstruktur, und weiter eine zu geringe Zähigkeit (Widerstand gegen Rissbildung und -ausbreitung) auf, um gleichermaßen in flexiblen Bauteilen verwendet werden zu können. Deswegen hat der Einsatz von Refraktärmetallen in Bauteilen die eine hohe Flexibilität aufweisen sollen, bisher nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt. Risse in einer Haftvermittlerschicht können sich beispielsweise in die Leiterbahn fortpflanzen. Dies führt zu einer Rissinduktion in der Leiterbahn und weiter zu durchgehenden Rissen über die gesamte Breite der Leiterbahn. In Folge steigt der elektrische Widerstand stark an, bzw. ist eine Leitfähigkeit der Leiterbahn im Extremfall nicht mehr gegeben.

[0015] Zwar existieren Untersuchungen an in alle drei Raumrichtungen ausgedehnten Körpern oder Proben („bulk material“) aus Refraktärmetalllegierungen zur Erhöhung der Duktilität und Schlagzähigkeit (vgl. z.B. Leichtfried et al. in Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 37A, Oct. 2006, 2955-2961), nicht aber Untersuchungen an dünnen Schichten. Am Beispiel von reinem Molybdän kann aber z.B. gezeigt werden, dass sich die Eigenschaften dünner Schichten stark von jenen eines in alle drei Raumrichtungen ausgedehnten Körpers unterscheiden können. So weist Molybdän typischerweise Bruchdehnungen von etwa 10% bei Raumtemperatur auf, abhängig von Mikrostruktur, Eigenspannungs- und Rekristallisationszustand. Dünne Mo- lybdänschichten weisen hingegen nur Bruchdehnungen von 1 bis 2% auf.

[0016] Es ist also Aufgabe der Erfindung ein flexibles Bauteil bereitzustellen, das die oben genannten Probleme und Nachteile vermeidet. Das Bauteil sollte eine zum Stand der Technik signifikant verbesserte Zähigkeit, also einen erhöhten Widerstand gegen Rissbildung und Risswachstum, aufweisen. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung eine Methode für die Herstellung eines flexiblen Bauteils bereitzustellen.

[0017] Diese Aufgabe wird mit der Bereitstellung eines flexiblen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0018] Unter Flexibilität und „flexibel“ ist hier die Eigenschaft zu verstehen eine Biegebeanspruchung, ohne nachteilige Auswirkungen auf die für die Verwendung des Bauteils relevanten Eigenschaften, aufzunehmen beziehungsweise einer solchen standzuhalten. Ausreichend flexible Bauteile weisen also auch eine signifikant verbesserte Zähigkeit auf.

[0019] Mit signifikant verbesserter Zähigkeit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass das Bauteil, beziehungsweise natürlich auch die enthaltene Schicht oder Schichten einen erhöhten Widerstand gegen Rissbildung und Risswachstum aufweisen, dass sich also Risse bis zu bestimmter Dehnung nicht bilden, sich erst bei höherer Dehnung bilden, oder einen modifizierten Rissverlauf aufweisen.

[0020] Um die Zähigkeit und in weiterer Folge also die Flexibilität zu beschreiben wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die kritische Dehnung verwendet. Als kritische Dehnung wurde jene Dehnung sk definiert, bei der der elektrische Widerstand R der Schicht oder der Schichten auf dem flexiblen Substrat um 20% gegenüber dem Ausgangszustand angestiegen ist (R/R0=1,2). Bei Bauteilen mit ausreichend hoher Flexibilität ist die kritische Dehnung sk signifikant erhöht, es bleibt also die Leitfähigkeit der Schicht oder Schichten deutlich länger erhalten.

[0021] Gemäß Anspruch 1 wird ein beschichtetes flexibles Bauteil bereitgestellt, welches ein flexibles Substrat und mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis enthält. Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis enthält mehr als 6 at% und weniger als 50 at% Re.

[0022] Unter Refraktärmetall basis ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Legierung auf Basis eines oder mehrerer Refraktärmetalle zu verstehen, wobei der Anteil des Refraktärmetalls oder der Refraktärmetalle mehr als 50 at% der gesamten Legierung enthält. Unter Refraktärmetalle sind die Metalle Mo, W, Ta, Nb, Ti und Cr zu verstehen.

[0023] Bei einem Re (Rhenium) Gehalt bis zu 6 at% ist eine Flexibilität der metallischen Beschichtung auf Refraktärmetallbasis und damit des flexiblen Bauteils noch nicht in ausreichendem Maße gegeben.

[0024] Unter einem flexiblen Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Substrat zu verstehen, das bei Anlegen einer Biegebeanspruchung eine Dehnung ε in einer darauf abgeschiedenen Schicht oder darauf abgeschiedenen Schichten (Beschichtung) hervorruft. Wenn die Schicht oder Schichten sehr viel dünner als das Substrat ist oder sind, wird die Dehnung näherungsweise durch e=ds/2R beschrieben (dS ist die Dicke des Substrates und R der Biegeradius). Ist oder sind die Schicht oder Schichten sehr dünn im Vergleich zum Substrat kann die Dehnung in der Schicht oder in den Schichten näherungsweise einer reinen Zug- oder Druckbeanspruchung gleichgesetzt werden. Beispielsweise kann ein flexibles Substrat auf Basis eines oder mehrere polymerer Werkstoffe, beispielsweise Polyimid, Polycarbonat, Polyethylen-terephthalat oder Polyethylennaphthalat, aufgebaut sein. Die meisten flexiblen Substrate auf Basis eines oder mehrerer polymerer Werkstoffe weisen einen E-Modul von kleiner oder gleich 8 GPa auf. Auch Dünnglas (Glas mit einer Dicke von kleiner 1 mm), Metallfolien, beispielsweise Stahlblech mit einer Dicke von kleiner 1 mm, oder mineralische Materialien, wie beispielsweise Mica, sind geeignete flexible Substrate für ein erfindungsgemäßes flexibles Bauteil.

[0025] Ein für die Erfindung geeignetes flexibles Substrat kann wiederum aus einer Schicht oder mehreren Schichten bzw. einem oder mehreren Werkstoffen oder Materialien bestehen. Ebenso kann ein solches Substrat bereits vorab komplett oder nur teilweise mit ein oder mehreren Schichten aus anderen Materialien beschichtet sein.

[0026] Bevorzugt ist dieses Bauteil ein beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil. Im Gegensatz zu einem beschichteten flexiblen Bauteil wie beispielsweise Verpackungsfolien mit metallischen Dampfsperrschichten oder optischen Schichten weist ein beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil mindestens eine den elektrischen Strom leitende Schicht auf. Dies ist beispielsweise in flexiblen Schaltkreisen, flexiblen Displays, flexiblen Sensorelementen, flexiblen Dünnschichtkondensatoren, flexiblen Dünnschichtbatterien oder einfachen elektrisch leitenden Folien der Fall.

[0027] Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils enthält bevorzugt mehr als 6 at% und weniger als 35 at% Re. Bei Gehalten von mehr als 35at% ist es bereits möglich, dass sich intermetallische Phasen zwischen dem Refraktärmetall, den Refraktärmetallen oder der Refraktärmetallbasis und dem Re bilden. Eine solche Bildung von intermetallischen Phasen kann in einigen Legierungen wiederum bereits zu einer Verminderung der Zähigkeit führen. Weiters ist ein zu hoher Re Gehalt auf Grund der hohen Rohstoffkosten in manchen Fällen nicht mehr sinnvoll.

[0028] Besonders bevorzugt ist es wenn die Beschichtung auf Refraktärmetall basis eines erfindungsgemäßen beschichteten Bauteils 10 at% Re oder mehr enthält. Ab einem Gehalt von 10 at% Re ist eine besonders signifikante Steigerung der kritischen Dehnung ek (im Fall einer reinen MoRe Beschichtung von 20%) beobachtbar.

[0029] Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils weist bevorzugt eine Dicke von kleiner 1 pm auf. Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis weist bevorzugt eine Mindestdicke von 5 nm auf, weiter bevorzugt eine Dicke von mindestens 10 nm. Bevorzugt ist auch eine Dicke von 5 bis 300 nm, noch weiter bevorzugt von 5 bis 100 nm. Solche Schichtdicken sind besonders vorteilhaft wenn die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis als Haftvermittlerschicht verwendet wird. Alternativ bevorzugt ist ein Dickenbereich von 150 bis 400 nm. Eine Schichtdicke von 150 bis 400 nm ist besonders gut für einen Einsatz eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils in einem Display, beispielsweise als Gateelektrodenschicht, geeignet.

[0030] Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils ist weiter bevorzugt eine Beschichtung auf Molybdänbasis. Das bedeutet, dass das Refraktärmetall Molybdän anteilsmäßig (in at%) am meisten in der Beschichtung auf Refraktärmetallbasis enthalten ist. Eine Beschichtung auf Molybdänbasis kann im vorliegenden Fall zum Beispiel eine Mo-Re Beschichtung, eine Mo-Nb-Re Beschichtung, eine Mo-Ta-Re Beschichtung, eine Mo-W-Re Beschichtung eine Mo-Ti-Re Beschichtung oder eine Mo-Cr-Re Beschichtung sein. Es sind aber auch weitere Beschichtungen auf Molybdänbasis, beispielsweise quaternärer Art möglich. Ein solches Beispiel wäre eine Mo-W-Nb-Re Beschichtung.

[0031] Beschichtungen auf Molybdänbasis sind unter anderem wegen ihrer guten Adhäsion auf vielen Substratwerkstoffen und ihrer guten Eignung als Diffusionsbarriere bevorzugt. Ein weiterer Grund ist die Bildung eines Ohm’schen Kontaktes mit vielen Halbleiterwerkstoffen, insbesondere mit Silizium.

[0032] Alternativ bevorzugt ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils eine Beschichtung auf Wolframbasis, beispielsweise eine W-Re Beschichtung oder eine W-X-Re Beschichtung, wobei X=Cr, Nb, Ta, Ti, Mo. Beschichtungen auf Wolframbasis weisen im Vergleich zu Beschichtungen auf Molybdänbasis eine leicht verbesserte Barriere Wirkung auf.

[0033] Das flexible Substrat eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils ist in bevorzugter Weise transparent. Transparent bedeutet, dass Licht im anwendungsrelevanten Teil des elektromagnetischen Spektrums, beispielsweise im sichtbaren, nahen Infrarot oder Ultraviolett, nicht oder nur in geringem Ausmaß vom flexiblen Substrat absorbiert wird.

[0034] Weiter bevorzugt umfasst das flexible Substrat eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils zumindest ein Material der folgenden Gruppe (Polymer, Dünnglas, Metallfolie, mineralisches Material). Auch eine Kombination aus den genannten Materialien ist eine mögliche Ausführungsform. Aus Kosten und Gewichtsgründen ist es besonders bevorzugt, wenn das flexibles Substrat aus einem Polymer besteht.

[0035] Die Dicke eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils ist bevorzugt kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt kleiner 5 mm, ganz besonders bevorzugt kleiner 2 mm. Ein erfindungsgemäßes beschichtetes flexibles Bauteil weist bevorzugt eine Mindestdicke von 10 pm auf, weiter bevorzugt eine Dicke von mindestens 50 pm.

[0036] Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils weist weiter bevorzugt eine um 25% erhöhte kritische Dehnung ek im Vergleich zur Referenzbeschichtung Refraktärmetall basis ohne Re auf. Die kritische Dehnung wird wie folgt bestimmt und gibt Aufschluss über die Flexibilität und Zähigkeit der Beschichtung auf Refraktärmetallbasis, die in weiterer Folge auch Einfluss auf die Flexibilität und Zähigkeit des Bauteils hat.

[0037] Das Verhältnis R/R0 wird an einer Probe der Beschichtung auf Refraktärmetallbasis auf einem Substrat mittels eines einachsigen Zugversuchs mit einer MTS Tyron 250® Universalprüfmaschine bestimmt. Dabei wird die Probe (Substrat und Beschichtung) bis zu einer maximalen Dehnung ε von 15% elastisch verformt. Während der Zugprüfung wird der elektrische Widerstand R der Beschichtung unter Verwendung der Vierpunkt-Methode kontinuierlich aufgezeichnet. Der elektrische Widerstand im Ausgangszustand wird als R0 bezeichnet. Die Probenlänge (freie Länge zwischen den Einspannungen) im Ausgangszustand beträgt dabei beim verwendeten Messaufbau 20 mm und die Breite 5 mm. Der verwendete Messaufbau ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Lconst bezeichnet dabei die fixe Klemmlänge innerhalb der keine Dehnung stattfindet.

[0038] Als kritische Dehnung wurde jene Dehnung £k definiert bei der der elektrische Widerstand der Beschichtungen R auf dem flexiblen Substrat um 20% gegenüber dem Ausgangszustand angestiegen ist, also R/Ro = 1.2.

[0039] Besonders bevorzugt ist es wenn bei die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis bei einer elastischer Dehnung e von 2% ein Verhältnis elektrischen Widerstands R zum elektrischen Widerstand am Beginn der Messung R0, R/R0 von kleiner 1.2 aufweist.

[0040] In einem erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteil tritt bei einer durch einen wie oben beschriebenen und in Figur 1 gezeigten Versuchsanordnung bevorzugt eine Rissstruktur auf bei der der Anteil parallel zueinander laufende Risse normal zur Belastungsrichtung verringert wird. In einem äußerst bevorzugten Fall verlaufen mehr als 50% der Risslängen nicht normal zur Belastungsrichtung.

[0041] E in erfindungsgemäßes beschichtetes flexibles Bauteil weist bevorzugt mindestens eine Leiterbahnstruktur auf. Als Leiterbahnstruktur oder auch einfach Leiterbahn sind hier zumeist ebenfalls in Schichten aufgebrachte, den elektrischen Strom leitende Strukturen zu verstehen. Ein beschichtetes flexibles Bauteil das mindestens eine Leiterbahnstruktur aufweist, ist ein beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil.

[0042] Eine solche Leiterbahnstruktur kann direkt auf das Substrat des beschichteten flexiblen Bauteils aufgebracht sein. Es kann oder können aber auch eine oder mehrere weitere Schichten zwischen dem Substrat und der Leiterbahnstruktur vorgesehen und aufgebracht sein. Eine solche Leiterbahnstruktur kann aus einer einzelnen Schicht bestehen, sie kann aber auch aus einer Abfolge von mehreren Schichten aufgebaut sein.

[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Leiterbahnstruktur eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteiles mindestens eine metallische Schicht aus Cu, AI, Ag einer Cu-Basislegierung, einer Al-Basislegierung oder einer Ag-Basis-legierung auf. Mit Cu-, AI- oder Ag-Basislegierung sind im vorliegenden Fall Legierungen ge meint, die respektive mehr als 50 at% Cu, AI oder Ag enthalten. Eine metallische Schicht aus Cu, AI, Ag, einer Cu-Basislegierung, Al-Basislegierung oder einer Ag-Basislegierung weist eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf und ist dadurch besonders für die Verwendung in einer elektrischen Leiterbahn geeignet.

[0044] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis des erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils Teil der mindestens einen Leiterbahnstruktur. Hier sind mehrere Fälle zu unterscheiden.

[0045] So kann die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis beispielsweise bereits die gesamte Leiterbahnstruktur sein. Auch Refraktärmetalle haben eine gute elektrische Leitfähigkeit und können somit bereits elektrischen Strom für einige Anwendungen in befriedigender Weise transportieren. Ein solcher Fall ist beispielsweise die Gate-Elektrode in einem Dünnschichttransistor.

[0046] In einer alternativen Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis auf der dem Substrat abgewandten Seite der mindestens einen Leiterbahnstruktur angeordnet. In einem solchen Fall kann die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eine Funktion als Deckschicht zum Schutz vor Korrosion und oder Oxidation übernehmen.

[0047] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis zwischen dem flexiblen Substrat und der metallischen Schicht aus Cu, AI, Ag, einer Cu-Basislegierung, Al-Basislegierung oder einer Ag-Basislegierung, also auf der dem Substrat zugewandten Seite der mindestens einen Leiterbahnstruktur, angeordnet. In einem solchen Fall kann die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis eine Funktion einer Barriereschicht, einer Haftvermittlerschicht oder auch einer Schicht zur Erzeugung eines Ohm'schen Kontakts übernehmen.

[0048] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform enthält ein erfindungsgemäßes beschichtetes flexibles Bauteil zusätzlich mindestens eine halbleitende Schicht. Eine solche halbleitende Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus amorphem, mikro- oder nanokristallinem Silizium, einem Metalloxid beispielsweise Indium-Gallium-Zink-Oxid (IGZO) oder Wolframoxid oder einem halbleitenden Polymer sein.

[0049] In einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis Teil einer TFT Struktur. Eine TFT Struktur (TFT = Thin Film Transistor / Dünnschichttransistor) ist eine Anordnung aus Dünnschichttransistoren, die in einer Vielzahl an beschichteten flexiblen elektronischen Bauteilen enthalten sein kann.

[0050] E in erfindungsgemäßes beschichtetes flexibles Bauteil ist bevorzugt ein Bauteil aus der folgenden Gruppe (flexibles LCD Display, flexibles OLED Display, flexibles elektrophoretisches Display (e-Paper), flexible Solarzelle, elektrochrome flexible Folie, flexible Dünnschichtbatterie). Ganz besonders bevorzugt ist es ein flexibles LCD Display, flexibles OLED Display oder ein flexibles elektrophoretisches Display.

[0051] E in erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Bauteils, insbesondere eines beschichteten flexiblen elektronischen Bauteils, umfasst zumindest die folgenden Schritte: [0052] - Bereitstellen eines flexiblen Substrats; [0053] - Beschichten des flexiblen Substrats durch Abscheiden mindestens einer metallischen

Beschichtung auf Refraktärmetall basis, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis mehr als 6 at% und weniger als 50at% Re enthält.

[0054] Es wird also ein geeignetes flexibles Substrat bereitgestellt. Unter einem flexiblen Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Substrat zu verstehen, das bei Anlegen einer Biegebeanspruchung eine Dehnung ε in einer darauf abgeschiedenen Schicht oder darauf abgeschiedenen Schichten (Beschichtung) hervorruft. Wenn die Schicht oder Schichten sehr viel dünner als das Substrat ist oder sind, wird die Dehnung näherungsweise durch e=ds/2R beschrieben (ds ist die Dicke des Substrates und R der Biegeradius). Ist oder sind die Schicht oder Schichten sehr dünn im Vergleich zum Substrat kann die Dehnung in der Schicht oder in den Schichten näherungsweise einer reinen Zug- oder Druckbeanspruchung gleichgesetzt werden. Beispielsweise kann ein flexibles Substrat auf Basis eines oder mehrere polymerer Werkstoffe, beispielsweise Polyimid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat oder Polyethylen-naphthalat, aufgebaut sein. Die meisten flexiblen Substrate auf Basis eines oder mehrerer polymerer Werkstoffe weisen einen E-Modul von kleiner oder gleich 8 GPa auf. Auch Dünnglas (Glas mit einer Dicke von kleiner 1 mm), Metallfolien, beispielsweise Stahlblech mit einer Dicke von kleiner 1 mm, oder mineralische Materialien, wie beispielsweise Mica (Glimmer), sind geeignete flexible Substrate für ein erfindungsgemäßes flexibles Bauteil.

[0055] E in für die Erfindung geeignetes flexibles Substrat kann wiederum aus einer Schicht oder mehreren Schichten bzw. einem oder mehreren Werkstoffen oder Materialien bestehen. Ebenso kann ein solches Substrat bereits vorab komplett oder nur teilweise mit ein oder mehreren Schichten aus anderen Materialien beschichtet sein.

[0056] Weiters wird also mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis abgeschieden, die mehr als 6 at% und weniger als 50 at % Re enthält. Eine Abscheidung der mindestens einen metallischen Beschichtung auf Refraktärmetall basis kann über verschiedenartige Abscheidungsverfahren realisiert werden. Beispielsweise kann eine solche Beschichtung über physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung realisiert werden.

[0057] Vorteilhaft ist es aber, wenn das Abscheiden der mindestens einen metallischen Beschichtung auf Refraktärmetallbasis mittels eines PVD Verfahrens, insbesondere eines Sputter-verfahrens realisiert wird. PVD Verfahren (physical vapour deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) sind bekannte Dünnschicht-Beschichtungstechnologien bei denen Teilchen des Beschichtungsmaterials in die Dampfphase übergeführt und dann auf dem Substrat abgeschieden werden. Durch ein Abscheiden mittels eines PVD Verfahrens kann eine besonders homogene Beschichtung abgeschieden werden, deren Eigenschaften über die beschichtete Fläche gleich und isotrop sind. Weitere Vorteile dieses Verfahrens sind die geringen Substrattemperaturen die damit realisiert werden können. Damit wird beispielsweise die Beschichtung von Polymeren ermöglicht. Weiters zeichnen sich PVD-Schichten durch sehr gute Adhäsion auf dem Substrat aus.

[0058] Besonders bevorzugt ist es wenn die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis über ein Sputterverfahren (auch: Kathodenzerstäubungsverfahren) abgeschieden wird. Ein Sputterpro-zess kann relativ einfach zur homogenen Beschichtung großer Flächen eingesetzt werden und ist somit ein kostengünstiges Verfahren für die Massenproduktion.

[0059] Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren weiter folgenden Schritt enthält: [0060] - Bereitstellen eines Targets auf Refraktärmetallbasis das zwischen 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält; [0061] Die Bereitstellung eines Targets auf Refraktärmetallbasis das zwischen 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält erfolgt vor dem Abscheiden mindestens einer metallischen Beschichtung auf Refraktärmetallbasis. Die metallische Beschichtung wird also von dem bereitgestellten Target abgeschieden.

[0062] Unter Target ist dabei eine Beschichtungsquelle für eine Beschichtungsanlage zu verstehen. In einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei dem verwendeten Target um ein Sputtering Target für ein Sputterverfahren.

[0063] Die chemische Zusammensetzung der Beschichtung wird über die chemische Zusammensetzung des verwendeten Targets bestimmt. Durch leicht unterschiedliches Sputterverhal-ten der im Target enthaltenen Elemente, kann es jedoch zu Abweichungen der Beschichtungszusammensetzung von der Targetzusammensetzung kommen. Beispielsweise kann durch bevorzugtes Sputtern von Re aus einem MoRe Target der Re Gehalt in der abgeschiedenen Beschichtung leicht erhöht sein. Um Beschichtungen die mehr als 6 at% Re enthalten sollen zu erzeugen, kann ein entsprechendes Target auch weniger als 6 at% Re enthalten. Dieses Verhalten hängt allerdings von den im Target enthaltenen Elementen ab, kann sich also für unterschiedliche Targets auf unterschiedlicher Refraktärmetall basis unterscheiden.

[0064] Alternativ zur Verwendung eines einzelnen Targets kann die metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis auch über Co-Abscheiden, bevorzugt Co-Sputtern, von einzelnen Targets abgeschieden werden. In diesem Fall kann die chemische Zusammensetzung der Beschichtung zusätzlich über die Wahl der unterschiedlichen Targets gesteuert werden.

[0065] Die Herstellung von Sputtering Targets, die geeignet für die Abscheidung von metallischen Beschichtungen auf Refraktärmetallbasis sind, kann beispielsweise auf pulvermetallurgischem Weg erfolgen.

[0066] Mögliche pulvermetallurgische Routen zur Herstellung von Sputtering Targets basieren auf Heißpresstechnologien wie Heißpressen (HP) oder Spark-Plasma-Sintering (SPS). In beiden Fällen wird eine Pulvermischung in eine Form einer Presse gefüllt, in der Form erhitzt und bei hohem Pressdruck und hoher Temperatur zu einem dichten Bauteil gesintert/verdichtet. Dabei stellt sich eine homogene Mikrostruktur mit gleichförmigen Körnern ein, die keine Vorzugsorientierung (Textur) aufweist.

[0067] Eine ähnliche pulvermetallurgische Route zur Herstellung von Sputtering Targets ist das Heißisostatische Pressen (HIP). Das zu verdichtende Material wird dabei in einen deformierbaren, dichten Behälter (meist eine Stahlkanne) gefüllt. Dabei kann es sich um Pulver, Pulvermischungen oder Grünkörper (in Form gepresstes Pulver) handeln. Das sich in diesem Behälter befindende Material wird im Behälter in einem mit Druck beaufschlagten Kessel bei hohen Temperaturen und Drücken unter Schutzgas (z.B. Ar) gesintert/verdichtet. Der Gasdruck wirkt von allen Seiten, deshalb wird dieser Vorgang als isostatisches Pressen bezeichnet. Typische Prozessparameter sind z.B. 1100°C und 100 MPa mit einer Haltezeit von 3 h. Dabei stellt sich eine homogene Mikrostruktur mit gleichförmigen Körnern ein, die keine Vorzugsorientierung (Textur) aufweist.

[0068] Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Sputtering Targets über eine pulvermetallurgische Route ist Sintern und nachfolgendes Umformen. Dabei wird ein Pulverpressling bei hoher Temperatur unter Wasserstoff oder Vakuum gesintert. Nach dem Sintern erfolgt ein Umformschritt wie beispielsweise Walzen oder Schmieden, um eine hohe relative Dichte von >99% zu erhalten. Dabei stellt sich eine Mikrostruktur mit langgestreckten Körnern ein, die eine Vorzugsorientierung (Textur) aufweist. Bei einer optionalen nachfolgenden Rekristallisationsglühung stellt sich eine homogene Mikrostruktur mit gleichförmigen Körnern ein, die aber weiterhin eine Vorzugsorientierung (Textur) aufweist.

[0069] Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Sputtering Targets über eine pulvermetallurgische Route ist das Aufträgen eines Pulvers oder einer Pulvermischung auf eine entsprechende Stützstruktur, beispielsweise eine Platte oder ein Rohr, mittels eines thermischen Spritzverfahrens, beispielsweise Kaltgasspritzen.

[0070] I m Folgenden wird die Erfindung beispielhaft näher beschrieben und anhand der Tabellen und Figuren weiter erläutert. BEISPIEL 1: [0071] Im Rahmen mehrerer Versuchsserien wurden unterschiedliche metallische Beschichtungen auf Refraktärmetallbasis auf Polyimid Substrate abgeschieden. Dabei wurden Beschichtungen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gefertigt.

[0072] Die Zusammensetzungen der metallischen Beschichtungen auf Refraktärmetallbasis sowie jene der für deren Abscheidung verwendeten Targets sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.

[0073] Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der MoRe Sputtering Targets und der damit hergestellten MoRe Beschichtungen

[0074] Tabelle 2: Chemische Zusammensetzung der MoXRe Sputtering Targets und der damit hergestellten MoXRe Beschichtungen

[0075] Als Referenzmaterial für die Molybdänbasislegierungen wurde reines Mo, in Form einer Molybdänbeschichtung mit einer Dicke von 200nm verwendet.

[0076] Weiters wurden auch jeweils MoX Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W), ebenfalls mit einer Dicke von 200nm, als Vergleich zu den MoXRe Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W) gemessen.

[0077] Das Verhältnis (in at%) Mo zu X wurde bei den MoXRe Legierungen gleich jenem in den MoX Vergleichslegierungen gewählt. Der Re-Gehalt in den MoXRe Legierungen (in den für die Abscheidung verwendeten Targets) betrug immer 15at% Re. Die jeweiligen Beschichtungen wurden von Sputtering Targets aus den entsprechenden Refraktärmetallbasislegierungen abgeschieden.

[0078] Alle Beschichtungen wurden auf 50pm dicke Folie aus Polyimid (PI, „Kapton“) bei Raumtemperatur abgeschieden. Die Prozessparameter wurden dabei konstant gehalten, um einen Einfluss unterschiedlicher Prozessbedingungen auf die Ergebnisse so weit als möglich auszuschließen. Die Schichtdicke wurde mit 200nm konstant gehalten um einen Einfluss geometrischer Effekte auf die Ergebnisse zu vermeiden.

[0079] An den Beschichtungsproben auf den Polyimid Substraten wurde ein einachsiger Zugversuche mit einer MTS Tyron 250® Universalprüfmaschine durchgeführt. Dabei wurden die Substrate bis zu einer maximalen Dehnung ε von 15% elastisch verformt. Während der Zugprüfung wurde der elektrische Widerstand R der Beschichtungen unter Verwendung der Vierpunkt-Methode kontinuierlich aufgezeichnet. Der elektrische Widerstand zu Beginn der Messung wird als R0 bezeichnet. Die Probenlänge (freie Länge zwischen den Einspannungen) im Ausgangszustand betrug dabei 20 mm und die Breite 5 mm. Der Messaufbau ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Lconst bezeichnet dabei die fixe Klemmlänge innerhalb der keine Dehnung stattfindet.

[0080] Als kritische Dehnung wurde jene Dehnung ek definiert, bei der der elektrische Widerstand der Beschichtungen R auf dem flexiblen Substrat um 20% gegenüber dem Ausgangszustand angestiegen ist, also R/R0 = 1.2.

[0081] Die mittels dieses Zugversuches ermittelten kritischen Dehnungen ek sind in den Tabellen 3 und 4 aufgeführt.

[0082] Tabelle 3: Kritische Dehnung ek der untersuchten Mo und MoRe Beschichtungen, sowie die Differenz zur Referenzprobe aus reinem Mo

[0083] I m Fall der MoRe Legierungen (nur Mo als Refraktärmetallbasis) ist für eine Re Zugabe von 6at% noch keine signifikante Steigerung der kritischen Dehnung ek zu beobachten. Die kritischen Dehnungen von rein Mo und MoRe6 at% sind weitgehend ident, die geringen Unterschiede sind durch typische Schwankungen bei der Messung zu erklären.

[0084] Tabelle 4: Kritische Dehnung ek der untersuchten MoX und MoXRe Beschichtungen, sowie die Differenz zu den Referenzprobe aus MoX (X= Cr, Nb, Ta, Ti, W)

[0001] Nach der oben beschriebenen Zugprüfung wurden die getesteten Beschichtungen im Lichtmikroskop und Rasterelektronenmikroskop untersucht. Dabei wurden die Form der Risse und der mittlere Abstand zwischen den in den Beschichtungen aufgetretenen Risse beurteilt.

[0002] In einer Beschichtung auf Basis eines spröden Werkstoffes wie beispielsweise reinem Mo, tritt beim Versagen der Probe unter Zugbelastung üblicherweise ein Rissbild auf, das für ein sprödes Werkstoffverhalten typisch ist. Dieses ist durch ein Netzwerk aus geraden, parallel verlaufenden Rissen, die sich annähernd im rechten Winkel zur Belastungsrichtung bilden, gekennzeichnet. Ein solches Rissbild ist beispielsweise in den Figuren 4 a) (Mo) und 5 zu erkennen. Diese geraden Risse verlaufen meist über die gesamte Breite der Probe von einer Seite zur anderen sowie durch die gesamte Dicke der Beschichtung. Solche Risse werden auch Through Thickness Cracks (TTC) genannt. TTCs reduzieren die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung beträchtlich, da im schlimmsten Fall keine durchgehende leitfähige Verbindung mehr in der Beschichtung vorhanden ist. Wie in den an den Referenzmaterialien gemessenen Kurven ersichtlich, steigt der elektrische Widerstand sehr stark mit steigender Dehnung an. Dies ist den Figuren 2 und 3 zu entnehmen, die den Anstieg des elektrischen Widerstands im Vergleich zum Ausgangswiderstand (R/Ro) gegenüber der aufgebrachten Dehnung ε zeigen. Siehe darin die Kurven für Mo, bzw. MoX (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W). Die Kurve mit der Bezeichnung „Theorie“ bezeichnet die Zunahme des elektrischen Widerstandes welche nur über die Formänderung der Probe entsteht.

[0003] In Figur 6 sind die kritischen Dehnungen Aek aus dem Versagenskriterium R/R0 = 1.2 dargestellt. Ab einem kritischen Re Gehalt von größer 6 at% Re ist die Zähigkeit der Beschichtung bereits gesteigert. Es wird vermutet, dass diese Steigerung der Zähigkeit durch eine Senkung der spröd-duktil Übergangstemperatur verursacht wird. Dies führt in weiterer Folge zu einer Erhöhung der kritischen Dehnung und zu einem reduzierten Auftreten von TTCs. Beispiele für dieses Verhalten sind in den Figuren 2 bis 5 zu sehen.

[0004] So zeigt Figur 2 die Widerstandskurven R/R0 der MoRe Proben mit unterschiedlichen Re Gehalten und Figur 3 die Widerstandskurven R/R0 der unterschiedlichen MoXRe Legierungen. Die kritische Dehnung ek ist jeweils signifikant erhöht, dies ist ebenfalls aus den Tabellen 3 und 4 ersichtlich. Das Erscheinungsbild der Risse ist in den Figuren 4 und 5 zu erkennen.

[0005] Ein weiterer Effekt der zusätzlich zur Erhöhung der kritischen Dehnung ek beobachtet werden kann, ist, dass das Erscheinungsbild der Risse sich von einem spröden zu einem zähen Werkstoffverhalten ändert. Risse die für ein zähes Werkstoffverhalten typisch sind, sind daran zu erkennen, dass die Risse nicht mehr geradlinig sind sondern eher einen Zick-zack Verlauf aufweisen. Eine Umlenkung der Risse an den Rissspitzen ist eine mögliche Erklärung für ein solches Rissverhalten. In Figur 4 b) (MoRe 16.7at%) ist zu erkennen, dass bei MoRe 16,7at% die Risse zwar weitestgehend parallel aber nicht mehr geradlinig verlaufen. In Figur 4 c) (MoRe 27,9at%) ist deutlich ein bereits zäheres Rissbild zu erkennen. Risse mit zäherem Charakter verlaufen meist durch die gesamte Schichtdicke aber nicht zwangsläufig über die gesamte Probenbreite wodurch noch leitfähige Verbindungen im Material vorhanden bleiben. Die Steigung der R/R0 Kurve ist in diesem Fall niedriger (die Kurve steigt weniger schnell an) wie dies an den Beispielen von MoRe in Figur 2, sowie MoCrRe und MoWRe in Figur 3 zu erkennen ist.

[0006] Ab einem kritischen Re-Gehalt in der Beschichtung auf Refraktärmetallbasis wird somit die kritische Dehnung ek signifikant erhöht und das Auftreten von Rissen reduziert. Bei weiterer Steigerung des Re-Gehaltes wird das Rissverhalten von spröd in Richtung zäh verändert. Bei welchem Re-Gehalt eine Änderung des Rissverhaltens auftritt, ist vom Referenzmaterial (Mo, MoX) und den Legierungselementen X (Cr, Nb, Ta, Ti, W) abhängig.

[0007] Ein zäheres Verhalten der Mo und MoX Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W) bzw. auch der MoRe und MoXRe Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W) kann auch durch eine erhöhte Versuchstemperatur erreicht werden. Dieser Effekt ist hinreichend von in alle drei Raumrichtungen ausgedehntem Material bekannt (spröd-duktil Übergangstemperatur). Als Beispiel ist in Figur 7 eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Rissnetzwerkes je einer Mo Beschichtung nach einem Zugversuch bei 25°C und bei 340°C dargestellt. Die bei 25°C getestete Probe zeigt deutlich sprödes Verhalten während die bei 340°C getestete Probe ein zäheres Verhalten zeigt. Im Einsatz sind solch hohe Temperaturen jedoch unrealistisch und dieser Effekt daher nicht relevant.

[0008] Es wird vermutet, dass die mechanischen Eigenschaften der untersuchten Beschichtungen noch weiter optimiert werden können. So ist es wahrscheinlich, dass über gezielte Wärmebehandlungen die Mikrostruktur und der Eigenspannungszustand der abgeschiedenen Beschichtungen auf Refraktärmetall basis weiter optimiert werden können. Auch über eine gezielte Einstellung der Abscheidebedingungen kann das Wachstum der Beschichtungen gezielt beeinflusst und sehr wahrscheinlich eine weitere Steigerung der Zähigkeit erzielt werden.

[0009] Ein zäheres Verhalten der Mo und MoX Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W) bzw. auch der MoRe und MoXRe Beschichtungen (X=Cr, Nb, Ta, Ti, W) kann auch durch eine geringere Schichtdicke erreicht werden. Als Beispiel sind in Figur 8 die Widerstandskurven R/R0 von Mo und MoRe Proben mit unterschiedlichen Schichtdicken von 50nm und 200nm dargestellt. Die R/R0 Kurven der Proben mit den 50nm dicken Beschichtungen sind dabei deutlich nach rechts zu höheren Dehnungen verschoben und der Verlauf weist eine geringere Steigung auf. Es ist somit eine signifikante Verbesserung der Zähigkeit der Beschichtungen durch Verringerung der Schichtdicke zu erreichen. BEISPIEL 2 [0010] Im Rahmen mehrerer Versuchsserien wurden unterschiedliche metallische Beschichtungen auf Refraktärmetallbasis auf Polyimid Substrate abgeschieden. Dabei wurden Beschichtungen auf Wolframbasis im System WRe mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gefertigt.

[0011] In einer ersten Versuchsserie wurden die WRe Beschichtungen unter Verwendung derselben Abscheideparameter wie in Beispiel 1 hergestellt. Aufgrund eines stark unterschiedlichen Sputterverhaltens von W und Re konnte mit den verwendeten Abscheidebedingungen kaum Re in die abgeschiedenen Beschichtungen eingebracht werden. Beispielsweise konnte von einem Wolframtarget enthaltend 15at% Re eine WRe Beschichtung mit nur etwa 1.3 at% Re abgeschieden werden. Durch die Anpassung der Abscheideparameter wie beispielsweise die Verwendung von Krypton anstatt Argon als Sputtergas konnte der Re-Gehalt in den Beschichtungen erhöht werden.

[0012] WRe Beschichtungen zeigen ähnlich den MoRe Beschichtungen eine deutliche Verbesserung der Zähigkeit im Zugversuch im Vergleich zu reinen Wolframbeschichtungen.

[0013] Figur 9 a) bis j) zeigt verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen eines beschichteten flexiblen Bauteils (1). Jede der Ausführungsformen weist ein flexibles Substrat (2) sowie mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) auf. Die Ausführungsformen die in Figur 9 b) bis j) gezeigt sind weisen zusätzlich noch mindestens eine Leiterbahnstruktur (4) auf. Die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) muss nicht Teil der Leiterbahnstruktur (4) sein wie in den Figuren 9 c) und d) gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3) jedoch Teil der Leiterbahnstruktur (4) wie in den Figuren 9 e) bis j) gezeigt ist. Die mindestens eine Leiterbahnstruktur kann zusätzlich eine metallische Schicht (5) aufweisen, siehe Figuren 9 d) und h) bis j). In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) zwischen dem flexiblen Substrat (2) und der metallische Schicht (5) angeordnet, wie in den Figuren 9 h) bis j) gezeigt ist. Ein beschichtetes flexibles Bauteil (1) kann zusätzlich mindestens eine halbleitende Schicht (6) aufweisen, siehe Figur 9 j).

FIGURENBESCHREIBUNG

[0014] Figur 1: Schematischer Aufbau des verwendeten einachsigen Zugversuchs mit elektri scher Widerstandsmessung zur Bestimmung der kritischen Bruchdehnung ek. Lconst bezeichnet die fixe Klemmlänge an der keine Dehnung stattfindet [0015] Figur 2: R/R0 Kurven für Mo und MoRe-Legierungen abhängig vom Re-Gehalt in der

Beschichtung. Die Kurve mit der Bezeichnung „Theorie“ bezeichnet die Zunahme des elektrischen Widerstandes welche nur über die Formänderung der Probe entsteht [0016] Figur 3: R/R0 Kurven für alle untersuchten MoX und MoXRe Legierungen (X= Cr, Nb,

Ta, Ti, W) [0017] Figur 4: Lichtmikroskopische Aufnahmen des Rissbildes einer Mo Beschichtung und verschiedener MoRe Beschichtungen nach einer maximalen Dehnung von 15% (ähnliches Verhalten zeigen auch MoCr im Vergleich zu MoCrRe und MoW im Vergleich zu MoWRe) [0018] Figur 5: Lichtmikroskopische Aufnahmen des Rissbildes von MoNb und MoNbRe nach einer maximalen Dehnung von 15% (ähnliches Verhalten zeigen auch MoTa im Vergleich zu MoTaRe und MoTi im Vergleich zu MoTiRe) [0019] Figur 6: ek (aus dem Versagenskriterium R/R0 = 1.2) abhängig vom Re Gehalt in den gemessenen MoRe Beschichtungen für unterschiedliche Re Gehalte [0020] Figur 7: Elektronenmikroskopische Aufnahme des Rissbildes von Mo Beschichtungen nach einem Zugversuch bei 25°C und 340°C nach einer maximalen Dehnung von 15% [0021] Figur 8: R/R0 Kurven für Mo und MoRe-Legierungen abhängig vom Re-Gehalt in der

Beschichtung und der Schichtdicke.

[0022] Figur 9: Darstellung verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen beschichteten flexiblen Bauteils.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Beschichtetes flexibles Bauteil 2 flexibles Substrat 3 metallische Beschichtung auf Refraktärmetallbasis 4 Leiterbahnstruktur 5 metallische Schicht 6 halbleitende Schicht

Claims

Ansprüche

1. Beschichtetes flexibles Bauteil (1), insbesondere beschichtetes flexibles elektronisches Bauteil, enthaltend - ein flexibles Substrat (2) - mindestens eine metallische Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3) mehr als 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält.
2. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) mehr als 6 at% und weniger als 35 at% Re enthält.
3. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) kleiner 1 pm, bevorzugt 5 bis 300 nm, ist.
4. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) eine Beschichtung auf Molybdänbasis ist.
5. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das flexible Substrat (2) transparent ist.
6. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das flexible Substrat (2) zumindest ein Material der folgenden Gruppe umfasst (Polymer, Dünnglas, Metallfolie, mineralisches Material)
7. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3) bei 2% elastischer Dehnung ε ein Verhältnis des elektrischen Widerstands R zum elektrischen Widerstand am Beginn der Messung R0, R/R0 von kleiner 1.2 aufweist.
8. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das beschichtete flexible Bauteil (1) mindestens eine Leiterbahnstruktur (4) aufweist.
9. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Leiterbahnstruktur (4) mindestens eine metallische Schicht (5) aus Cu, AI, Ag, einer Cu-Basislegierung, einer AI- Basislegierung oder einer Ag-Basislegierung aufweist.
10. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) Teil der mindestens einen Leiterbahnstruktur (4) ist.
11. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3) zwischen dem flexiblen Substrat (2) und der metallischen Schicht (5) aus Cu, AI, Ag, einer Cu-Basislegierung, einer Al-Basislegierung oder einer Ag- Basislegierung angeordnet ist.
12. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das beschichtete flexible Bauteil (1) zusätzlich mindestens eine halbleitende Schicht (6) enthält.
13. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) Teil einer TFT Struktur ist.
14. Beschichtetes flexibles Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das beschichtete flexible Bauteil (1) ein Bauteil aus der folgenden Gruppe ist (flexibles LCD Display, flexibles OLED Display, flexibles elektrophoretisches Display (e-Paper), flexible Solarzelle, elektrochrome flexible Folie, flexible Dünnschichtbatterie).
15. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Bauteils (1), insbesondere eines beschichteten flexiblen elektronischen Bauteils, umfassend zumindest die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines flexiblen Substrats (2); - Beschichten des flexiblen Substrats (2) durch Abscheiden mindestens einer metallischen Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf Refraktärmetall basis (3) mehr als 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abscheiden der mindestens einen metallischen Beschichtung auf Refraktärmetallbasis (3) mittels eines PVD Verfahrens, insbesondere eines Sputterverfahrens realisiert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Verfahren weiter folgenden Schritt enthält: - Bereitstellen eines Targets auf Refraktärmetallbasis das zwischen 6 at% und weniger als 50 at% Re enthält. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen