BRPI1016237A2 - Processo para melhorar a adesão de um material reticulável por uv a um substrato - Google Patents
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Abstract
Processo para melhorar a adesão de um material reticulável por uv a um substrato. A presente invenção refere-se a um processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material que é reticulável por exposição a raios uv a um substrato, e também a um processo para a fabricação de um transistor compreendendo pelo menos uma etapa de realizar tal processo. Esse processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material m à superfície de um substrato s é caracterizado pelo fato de que: - o material m é um material que é reticulável por exposição a raios uv, e pelo fato de que compreende as etapas a seguir: a) deposição, sobre pelo menos uma superfície do substrato 8, de uma composição polimerizável não polimerizada p, compreendendo pelo menos uma molécula f compreendendo um primeiro grupo reativo fi que é capaz de reagir, por exposição a raios uv, com um grupo reativo ml da superficie do material m, e um segundo grupo reativo f2 que é capaz de formar ligações com o(s) material(ais) que constitui(em) a superfície do substrato 8, b) deposição, sobre a camada da composição não polimerizada p obtida na etapa a>, de uma camada feita de um material não reticulado m, e c) exposição a raios uv da estrutura de três camadas obtida na etapa b). A invenção encontra aplicação, em particular, no campo da fabricação de transistores.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA MELHORAR A ADESÃO DE UM MATERIAL RETICULÁVEL POR UV A UM SUBSTRATO". A presente invenção refere-se a um processo para melhorar a adesão de uma camada, feita de um material que é reticulável por exposição a raios UV, a um substrato, e também a um processo para fabricar um transistor compreendendo pelo menos uma etapa para a realização de tal processo.
Em muitos campos, é necessário unir uma camada feita de um material polimérico com um substrato feito de outro material polimérico ou metálico, ou compreendendo regiões metálicas ou mesmo semicondutoras.
Um material polimérico é um material que é capaz de polimeri-zar, e é formado a partir da sequência repetida da mesma unidade, o mo-nômero, os monômeros sendo unidos através de ligações covalentes.
Para obter uma película feita de um material polimérico que é resistente a forças mecânicas ou a forças químicas, ou ambas, um processo de reticulação de um material polimérico é usado. Para certos materiais, a reticulação pode ser realizada por exposição a raios UV.
Em todos os casos, durante a reticulação, o material polimérico passa do estado viscoelástico para os estados sólido, rígido, elástico e não fundível.
Além disso, a adesão de um material à superfície de outro material pode ser definida como um conjunto de fenômenos físicos e/ou químicos que surgem quando duas superfícies são colocadas em contato. A adesão está relacionada à aderência, ou seja, a capacidade de criar forças de interação entre as duas superfícies, no estado da superfície, ou seja, a área de superfície específica, a porosidade, os sítios ativos e a poluição, das duas superfícies a serem aderidas, e da molhabilidade dessas duas superfícies, ou seja, sua capacidade de criar um contato manual. É mais particularmente uma questão de forças de adesão, ou seja, forças de coesão dos materiais, por exemplo, pela criação de ligações interatômicas.
Essas ligações interatômicas podem ser intramoleculares, como no caso de ligações químicas covalentes, ou intermoleculares, como no caso de ligações físicas fracas. O problema de melhorar a adesão de uma camada feita de um material polimérico à superfície de um substrato feito de um material diferente surge mais particularmente durante a fabricação de um transistor.
Especificamente, um transistor é geralmente composto de um substrato feito de um material semicondutor orgânico, por exemplo, um pen-taceno modificado, por exemplo, tri-isopropilsilil pentaceno (TIPS-pentaceno), conforme descrito por Park et al. in "Solution-Processed TIPS-Pentacene Organic Thin-Film-Transistor Circuits, IEEE Electron Device Let-ters, Vol 28., No. 10, outubro de 2007", ou perileno, ou de um material semicondutor inorgânico, tal como arseneto de silício, germânio ou gálio.
Sobre esse substrato são então depositados eletrodos fonte e dreno e também uma tela, que são geralmente feitos de metal, mais particularmente de alumínio, ouro, cobre e prata, e formam regiões metálicas na superfície do substrato.
Essas regiões metálicas são depositadas de acordo com o padrão desejado sobre a superfície do substrato, geralmente através de um processo fotolitográfico.
Em tal processo, uma camada de um material que pode ser reti-culado por exposição a raios UV, porém não polimerizado, é depositada sobre a superfície desejada do substrato.
Uma máscara compreendendo aberturas com o padrão desejado é depositada sobre essa superfície e o todo é exposto a raios UV.
Essas regiões expostas do material polimérico, que podem ser reticuladas por exposição a raios UV, são reticuladas. Nas outras regiões, o material permanece em forma não polimerizada e não reticulada.
As regiões não polimerizadas e não reticuladas são então removidas por meio de um solvente e o metal é depositado nas regiões descobertas da superfície do substrato.
Entretanto, em tal processo, após exposição a raios UV, e du- rante a remoção das regiões desejadas de material polimérico que permanecem não reticuladas, as regiões de material polimérico reticulado se separam da superfície do substrato devido a sua falta de adesão, que faz com que o solvente ataque esse material levantando-o.
Em termos concretos, o solvente mistura-se entre o substrato e a camada de material polimérico reticulável por UV, que leva a uma deposição de material não de acordo com o padrão desejado.
Também é necessário, durante a fabricação de um transistor, depositar e isolar material sobre a superfície do material semicondutor opcionalmente já compreendendo regiões metálicas. O mesmo processo fotolitográfico conforme anteriormente é repetido e os mesmos problemas de falta de adesão do material polimérico que pode ser reticulado por exposição a raios ÜV à superfície do metal e do material semicondutor surgem novamente. A invenção é direcionada a solucionar o problema de falta de adesão de uma película feita de um material polimérico reticulável por UV a um substrato.
Para esse fim, a invenção propõe um processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material M à superfície de um substrato S, caracterizado pelo fato de que o material M é um material que pode ser reticulado por exposição a raios UV, e pelo fato de que compreende as etapas a seguir: a) deposição, sobre pelo menos uma superfície do substrato S, de uma composição polimerizável não polimerizada P, compreendendo pelo menos uma molécula F compreendendo um primeiro grupo reativo F1 que é capaz de reagir, por exposição a raios UV, com um grupo reativo M1 da superfície do material M, e um segundo grupo reativo F2 que é capaz de formar ligações com o(s) material(ais) que constitui(em) a superfície do substrato S, b) deposição, sobre a camada da composição não polimerizada P obtida na etapa a), de uma camada feita de um material não reticulado M, e c) exposição a raios UV da estrutura de três camadas obtida na etapa b).
De preferência, a superfície do substrato S compreende pelo menos uma região feita de um (ou mais) material(is) escolhido(s) dentre te-reftalato de polietileno (PET), naftalato de polietileno (PEN), um metal, um mineral ou material semicondutor orgânico, e misturas dos mesmos.
Em uma primeira modalidade do processo da invenção, a superfície do substrato S compreende regiões feitas de um metal escolhido dentre Al, Au, Cu e Ag e misturas dos mesmos.
Em uma segunda modalidade do processo da invenção, a superfície do substrato S compreende regiões feitas de alumínio e o grupo reativo F2 da molécula F é um grupo ácido fosfônico.
Em uma terceira modalidade do processo da invenção, a superfície do substrato S compreende regiões feitas de ouro e o grupo reativo F2 da molécula F é um grupo tiol. O material M é escolhido a partir do grupo de materiais a base de acrilato, diacrilato de poli(etileno glicol) (PEGDA), acrilato de uretano, tal como a série de acrilatos de poliuretano hiper-ramificados hidróxi-funcionais (WHPUD) vendidos sob o nome comercial Boltorn® H20 descrito por Anila Asif et al. em "Photopolymerization of waterborne polyurethane acrylate dis-persions based on hyperbranched aliphatic polyester and properties of the cured films", Colloid Poíym. Sei. (2005) 283: 721 a 730, estireno, tal como o poliestireno de polimerização iniciada por tetrafenil ciclopentadieno trifenil bismutônio, que é descrito por Kaur et al. em "Photopolymerization of styre-ne initiated by triphenyl bismuthonium ylide", Macromol. Rapid Commun. 21, 291 a 295 (2000), e/ou divinil éter, tal como poli(vinil cinamatos). O grupo reativo F1 da molécula F é escolhido a partir de um grupo silila e um grupo π-conjugado. A molécula F é escolhida dentre trimetiisililpropanotiol e trimeto-xisililpropanotiol. A invenção também propõe um processo para fabricar um transistor, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma etapa de realizar o processo para melhorar a adesão de uma camada feita do material M, que pode ser reticulado por exposição a raios UV, a um substrato. A invenção será melhor entendida, e outras vantagens e características da mesma irão surgir mais claramente, ao ler a descrição explicativa que segue.
Em geral, a invenção refere-se a um processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material que pode ser reticulado por exposição a raios UV à superfície de um substrato S, que pode ser feito de qualquer material, porém que é feito de um material diferente do material M.
Com este objetivo, a invenção propõe depositar, entre a camada de material Mea superfície do substrato S, uma composição polimerizável não polimerizada compreendendo pelo menos uma molécula que compreende um primeiro grupo reativo F1, que é capaz de reagir por exposição a raios UV com um grupo reativo M1 do material M e um segundo grupo reativo F2 que é capaz de formar uma ligação com o(s) material(is) que consti-tui(em) a superfície do substrato S, e então na polimerização do todo, acarretar na polimerização do material M e reação dos grupos reativos F1 com os grupos reativos F1 da molécula F com os grupos reativos M1 do material M.
Assim, a camada de composição polimerizável P é perfeitamen-te ligada à camada de material M durante a exposição a raios UV. A molécula F também compreende um grupo reativo F2 que é capaz de formar uma ligação com o(s) material(is) que constitui(em) a superfície do substrato S.
Especificamente, conforme foi visto, em particular no caso de um transistor, a superfície do substrato S pode ser ou uma superfície formada inteiramente do mesmo material, ou pode compreender regiões feitas de um metal e/ou de um material isolante tal como Si02.
Essas ligações podem ser ligações intramoleculares entre o(s) material(is) que constitui(em) a superfície do substrato S e o grupo F2.
Em uma modalidade preferida, a superfície do substrato S é feita de um material escolhido dentre tereftalato de polietileno (PET), naftalato de polietileno (PEN), um metal, mais particularmente ouro, alumínio, cobre ou prata, um material semicondutor inorgânico, tal como arseneto de silício, germânio ou gálio, um material semicondutor orgânico, tal como um material a base de pentaceno modificado, por exemplo, TIPS-pentaceno, perileno ou um derivado do mesmo, um material a base de di-imida, tal como di-imida naftalenotetracarboxílica, ou feita de um material isolante, tal como sílica.
Especificamente, esses materiais são usados para a fabricação de transistores. A superfície do substrato S também pode compreender regiões feitas de um ou mais desses materiais, por exemplo, feitas de tereftalato de polietileno (PET) compreendendo regiões feitas de metal, ou alternativamente um material semicondutor, mineral ou orgânico compreendendo regiões metálicas.
Em uma modalidade mais particularmente preferida, o metal é alumínio ou ouro.
Quando o metal é alumínio, o grupo reativo F2 é preferivelmente um grupo ácido fosfônico.
Entretanto, em ainda outra modalidade preferida do processo da invenção, o metal é ouro.
Nesse caso, o grupo reativo F2 da molécula M é preferivelmente um grupo tiol.
Em relação ao material Μ, o mesmo pode ser um material compreendendo grupos a base de diacrilato, acrilato de diuretano, diestireno ou divinil éter, por exemplo, um poli(vinil cinamato).
Esse material é preferivelmente um material dielétrico, visto que este é em geral um material usado para transistores. O grupo reativo F2 da molécula F tem a função de reagir com o material reticulável M durante sua exposição a raios UV.
Esse segundo grupo reativo F2 pode ser um grupo silila, ou um grupo π-conjugado, tal como um grupo alqueno ou cetona.
Um exemplo particularmente preferido de uma molécula F é uma molécula compreendendo um grupo tiol e um grupo silila, tal como trimetilsi- lilpropanotiol e trimetoxisililpropanotiol.
Assim, o processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material M a um substrato S é particularmente usado de maneira vantajosa em um processo para fabricar um transistor.
Consequentemente, a invenção também propõe um processo para fabricar um transistor, que compreende pelo menos uma etapa de realizar o processo para melhorar a adesão de um material polimérico, que é reticulável por exposição a UV, a um substrato.
Um exemplo de implementação será agora descrito, para fins puramente ilustrativos não limitantes, a fim de entender a invenção mais claramente.
Exemplo 1: o substrato usado aqui é um substrato plástico, mais especificamente feito de naftalato de polietileno, sobre o qual é depositada uma tela de ouro por evaporação através de uma máscara. A espessura da tela obtida é de 90 nm.
Assim, o substrato usado aqui é uma superfície que compreende regiões feitas de naftalato de polietileno e regiões feitas de ouro.
Sobre a superfície desse substrato, uma composição polimerizá-vel não polimerizada de acordo com a invenção, nesse caso trimetoxisililpro-panodiol, é depositada sobre a tela.
Essa composição adere imediatamente à tela através da criação de ligações covalentes S-Au entre o ouro da tela e a composição polimerizá-vel. A seguir, um polímero reticulável por UV é depositado por revestimento por rotação sobre toda a superfície do substrato. A espessura do polímero depositado é de 850 nm. O polímero reticulável por UV é, nesse exemplo, poli(vinil cina- mato). A seguir, a superfície do substrato é exposta através de uma máscara a uma lâmpada de UV colocada a 10 cm da superfície do substrato coberto com polímero acrilato. O tempo de exposição é de 45 minutos. Realizado um comprimento de onda de 365 nm a uma potência de 14 mW/cm2.
Durante essa exposição, o polímero e a composição polimerizá-vel de trimetoxisililpropanotiol reticulam, acarretando na adesão do polímero à superfície do substrato. O recozimento é então realizado a 100 °C por 20 minutos para efetuar a secagem.
As regiões não expostas de polímero e trimetoxisililpropanotiol são removidas com um revelador, tetra-hidrofurano (THF), para expor os padrões. O substrato assim removido é usado para a fabricação de eletrodos fonte e dreno.
Isso é feito depositando uma camada de ouro de 60 nm espessura, depositada por evaporação através de uma máscara. A seguir, o material semicondutor, nesse caso pentaceno, é depositado por revestimento por rotação para obter um transistor. O transistor obtido tem excelentes propriedades, em particular em termos de adesão.
Claims (9)
1. Processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material M à superfície de um substrato, caracterizado pelo fato de que - o material M é um material que pode ser reticulado por exposição a rios UV, e pelo fato de que compreende as etapas a seguir: a) deposição, sobre pelo menos uma superfície do substrato S, de uma composição polimerizável não polimerizada P, compreendendo pelo menos uma molécula F compreendendo um primeiro grupo reativo F1 que é capaz de reagir, por exposição a raios UV, com um grupo reativo M1 da superfície do material M, e um segundo grupo reativo F2 que é capaz de formar ligações com o(s) material(ais) que constitui(em) a superfície do substrato S, b) deposição, sobre a camada da composição não polimerizada P obtida na etapa a), de uma camada feita de um material não reticulado M, e c) exposição a raios UV da estrutura de três camadas obtida na etapa b).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato S compreende pelo menos uma região feita de um (ou mais) material(is) escolhido(s) dentre tereftalato de polietile-no (PET), naftalato de polietileno (PEN), um metal, um mineral ou material semicondutor orgânico, e misturas dos mesmos.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato S compreende regiões feitas de um metal escolhido dentre Al, Au, Cu e Ag e misturas dos mesmos.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato S compreende regiões feitas de alumínio e pelo fato de que o grupo reativo F2 da molécula F é um grupo ácido fosfônico.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato S compreende regiões feitas de ouro e pelo fato de que o grupo reativo F2 da molécula F é um grupo tiol.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o material M é escolhido a partir do grupo de materiais a base de acrilato, acrilato de uretano, estireno e/ou divinil éter.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o grupo reativo F1 da molécula F é escolhido a partir de um grupo silila e um grupo π-conjugado.
8. Processo de acordo com as reivindicações 5 e 7, caracterizado pelo fato de que a molécula F é escolhida a partir de trimetilsililpropanotiol e trimetoxisililpropanotiol.
9. Processo para a fabricação de um transistor, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma etapa de realizar o processo para melhorar a adesão de uma camada feita de um material M que é reticu-lável por exposição a raios UV a um substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
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