CN102544367A - 用低压冷焊制作装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用低压冷焊制作装置的方法。本发明提供一种把金属和/或有机层,从已刻图的印模,最好是软的、弹性体印模,转印到基片的方法。该已刻图的金属或有机层,例如可以用于广大范围的电子装置。本方法特别适合用于有机电子部件的纳米尺度的刻图操作。
Description
本申请是申请号为200380109468.4、申请日为2003年12月2日、发明名称为“用低压冷焊制作装置的方法”的发明专利申请的分案申请。
交叉参考相关申请
本申请要求2002年12月20日申请的美国临时申请No.60/435,350的优先权,这里引用该申请全文,供参考。本申请的主题与美国专利No.6,468,819、美国专利No.6,407,408、目前待决的专利申请序号No.09/802,977、No.09/833,695、和No.09/899,850等有关,这里引用所有这些专利申请全文,供参考。
技术领域
本发明涉及一种制作装置的方法,更具体说,是涉及把金属或有机层,从已刻图的印模到基片的转印。
背景技术
几乎所有电子的和光学的装置,都要求刻图操作(patterning)。在形成各种这类装置中,使用已刻图的(patterned)金属。例如,可以在晶体管的形成中,使用已刻图的金属,作为各种装置中的电极,及作为对各种材料刻图操作的荫罩。刻图的金属的一种可能使用,是作为有机发光装置(OLED)中的电极,这种OLED使用在电流激发下发光的薄膜。一般的OLED配置包括:双异质结构、单异质结构、和单层,但也可以是叠层,如在美国专利No.5,707,745中所述,本文引用该专利全文,供参考。
最好是,在实现新的和改进的装置类型时,例如平的平面显示器时,使用亚微米结构的刻图操作。
对那些只从装置底部发出光发射的OLED,就是说,只通过装置的基片一侧发出光发射的OLED,下电极可以使用透明的阳极材料,例如氧化铟锡(ITO)。因为这种装置的上电极不一定必须透明,这样的上电极,通常是阴极,可以包括有高导电率的厚的反射金属层。相反,对透明或顶部发射的OLED,可以使用如美国专利No.5,703,436和No.5,707,745公开的透明阴极。与透明的或底部发射OLED不同,顶部发射的OLED是一种可以有不透明和/或反射的基片,使光只从装置顶部产生而不通过基片,或者可以是全透明的OLED,既从顶部也从底部发射。
本文使用的“有机材料”一词,包括聚合物及可以用于制作OLOED的小分子材料。OLED的有机材料对常规的半导体处理非常敏感,并可以被常规的半导体处理破坏。例如,任何暴露在高温中或化学处理中,可以破坏有机层,并对装置的可靠性有不利影响。
发明内容
本发明的一个实施例,针对一种制作装置的方法,通过把金属层淀积在已刻图的印模上,然后把金属层从该已刻图的印模,转印到基片上。该已刻图的印模最好是软的、弹性体印模。
本发明的一个实施例,还针对一种制作装置的方法,通过把一种或多种有机层淀积在已刻图的印模上,然后把有机层从已刻图的印模,转印到基片上。已刻图的印模最好是软的、弹性体印模。金属和有机层的组合,也可以从已刻图的印模转印到基片上。
本发明的一个实施例,包括把淀积的金属层,通过冷焊,从已刻图的印模转印到基片上。按照该实施例,可供选择地把冲压层淀积在基片上,还要获得有金属层淀积在印模上的已刻图的印模。然后把印模压在基片上,使已刻图印模上的金属层,与冲压层或其他下面的层的各部分接触,并施加足够的压力,把金属层冷焊到冲压层或其他下面的层。移开刻图的印模,被冷焊到冲压层或其他下面层的金属层各部分,基本上保持与已刻图的印模相同的图形从印模剥离,仍然冷焊在冲压层或基片上。
本发明的另一个实施例,包括把淀积的有机层,通过冷焊,从已刻图的印模转印到基片上。按照该实施例,可供选择地把冲压层淀积在基片上,还要获得有有机层淀积在印模上的已刻图的印模。然后把印模压在基片上,使已刻图的印模上的有机层,与冲压层的各部分或基片接触,并施加足够的压力,把有机层“冷焊”到冲压层或基片。移开已刻图的印模,“已冷焊”到冲压层或基片的有机层各部分,基本上保持与已刻图的印模相同的图形从印模剥离,仍然附着在冲压层或基片上。
附图说明
图1是示意图,画出按照本发明的一个实施例把刻图的金属转印的处理流程。
图2画出通过低压冷焊的有机电子装置的阴极刻图操作。
图3表明金属图形转印前(a、b)和转印后(c),印模的扫描电子显微镜(SEM)像。
图4画出制作有机电子集成电路的卷筒到卷筒处理流程的例子,在该处理流程中可以采用本发明的方法。
图5画出PDMS印模的形成,并画出一种按照本发明的一个实施例,使用该印模把金属转印到基片的方法。
图6(a)表明阳模的顶视图,而图6(b)和6(c)表明从图6(a)所示阳模制作的PDMS印模的SEM像。
图7画出适合供本发明一个实施例使用的已刻图印模及基片的截面,基片中已刻图的金属层,通过把印模上的金属冷焊到基片上的薄金属膜各部分,从该印模转印到基片。
图8画出图7的印模及基片,在按照本发明的方法的一个实施例,把金属各部分从印模转印到基片之后的截面。
图9画出图8所示其上有刻图的金属的基片,在按照本发明的一个实施例,除去薄金属膜各部分之前(图9(a))及之后(图9(b))的截面。
图10画出图9(b)所示其上有刻图的金属的基片,在按照本发明另一个实施例蚀刻基片各部分,形成基本与印模有相同图形的刻图的基片之前(图10(a))及之后(图10(b))的截面。
图11画出图10(b)所示其上有已刻图的金属的基片,在从已刻图的基片上,除去剩余的薄金属膜和已刻图的金属层之前(图11(a))及之后(图11(b))的截面。
图12画出适合供本发明一个实施例使用的已刻图印模及基片的截面,该印模在印模与其上的金属层之间有减少粘附性层,该基片上有金属材料,要通过把印模上的金属冷焊到基片上的薄金属膜来刻图,其中把一有机层放置在基片和薄金属膜之间。
图13表明按照本发明实施例制作的阴极的光学显微镜像。
图14画出通过冷焊刻图(实心圆)的200-μm直径有机发光装置(OLED)的电流密度(J)对电压(V)的特性曲线。
图15画出本发明一个实施例的印模的优选形状,用于避免印模上金属的侧壁淀积。
图16画出适合供本发明一个实施例使用的混合印模的实施例。
具体实施方式
本发明将参照下面的处理流程及附图中举出的实施例加以说明。
提供的方法,是为了用印模,在基片上形成刻图的金属和/或有机层。该刻图的金属或有机层,可以在例如形成电子装置中,或者作为装置本身的一部分使用,或者在对装置其他层或基片的刻图中作为掩模使用。
在本发明的一个实施例中,是提供一种用印模在基片上形成已刻图的金属层的方法。本实施例在借助金属冷焊的原子尺度的处理流程基础上,使金属层从印模转印到基片,可以用于产生亚微米尺度的细节。已刻图的金属层可以用作,例如在基片上复制图形的掩模,或该层本身能够用作广大范围的电子装置的接点电极。已知非常高的图形分辨率和它与有机电子线路的兼容性,这种技术保有按单个分子尺度形成装置的接点的应用前景。
冷焊是在室温下,通过在两个金属表面之间施加压力,形成金属键。该两个金属表面最好有类似的组成。冷焊用于键合宏观大小的分开的金属部分。当表面间的距离降至某一临界值以下时,这两个表面彼此键合,得到单一的固体。为了用该技术获得良好的图形,施加的压力应当足够高,以便把界面间的距离降至该临界值之下。就是说,施加的压力应当足够高,以便把薄金属膜与金属层的界面间距离,降至该临界值之下。本方法最好用冷焊把任何需要的金属层,从已刻图的、软的弹性体印模转印到基片;虽然本领域人员熟知的别的键合方法,也可以考虑并包含在本发明范围之内。
本发明的另一个实施例,是提供一种用印模在基片上形成已刻图的有机层的方法。虽然不希望受任何特定理论的约束,但相信在本发明的本实施例中,van der Waals力是把一种有机层键合到另一种有机层的机构。就是说,在本实施例中,代替金属层与金属层的接触,以足够的压力令有机层与有机层接触,使两层有机层键合在一起。例如,van der Waals力是造成这种键合的主要原因。本文使用“冷焊”一词,也指这种有机到有机的键合,尽管“焊”这个词一般只用在金属到金属键合的连接。
因为被转印的有机层可以包括装置的有源部件,本发明方法的本实施例,可以用于制作例如有机集成电路,诸如有机的有源矩阵显示器。当这些方法与卷筒到卷筒的处理流程结合时,非常适合高生产率和高性能价格比的有机电子装置的制造。虽然本文说明的许多实施例包括金属层的转印,但应当指出,其中的金属层可以用有机层代替,因此,本发明的金属层转印实施例,也应看作是本发明可能的有机层转印实施例的说明。
本发明的方法,特别适合有机电子部件的纳米尺度的刻图操作,而常规光刻技术使用的湿式处理流程,可能破坏下面有机材料。
基于印模或铸模的刻图操作,提供实在的优点,且在原理上不受光学衍射的限制。本冷焊技术具有简单和高分辨率的优点,这些优点是其他基于印模或铸模方法共有的。但是,与其他技术相反,本冷焊技术非常适合用于有机电子线路,或者以最高的图形分辨率,用于分子电子装置的直接刻图操作。例如,以前说明的技术使用聚合物膜,加热到高于它们的玻璃相变温度,而其他的技术涉及湿式化学处理,加热和化学处理两者的细节,都与许多易碎的分子固体不相容。
美国专利No.6,468,819合并于此供参考,说明把冷焊用于有机电子装置的直接刻图操作,接着在半导体薄膜选出的区域上,移走阴极金属。于是,通过减法处理流程,获得淀积在有机层表面上的已刻图的金属膜,从而当印模从基片分离时,不需要的面积上的金属被除去。
此外,本加法方法还能使这类有机电子装置制作成有机薄膜晶体管(OTFT),按照本加法方法,能够避免因对有源装置区施加过大压力造成的破坏。事实上,本加法方法的应用范围不局限在有机电子线路:本方法还发现可用于任何需要超高分辨率的金属图形的地方,例如,把低电阻金属总线添加到无源矩阵显示器和存储器。因此,本发明的方法,十分适合各种部件,诸如OTFT、有机发光二极管(OLED)、太阳能电池、和光电检测器等必须同时刻图的有机集成电路的卷筒到卷筒处理。
在本发明的一个实施例中,在转印金属层之前,把金属层淀积在已刻图的印模上,该印模至少有一个升起的部分,使金属层至少淀积在该印模的升起部分上。印模已刻图,使它有升起和凹下部分,形成需要的图形。印模可以用任何本领域熟知的方法刻图,例如光刻和反应离子蚀刻。印模最好有尖锐的棱边,以避免金属淀积在印模的侧壁上。另外,印模的形状可能有助于避免印模上金属的侧壁淀积。优选的印模形状画在图15中。
印模最好由能快速刻图或易于从铸模制作的物质构成。可以用于形成按照本发明实施例的印模的合适材料例子,包括软的物质如聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))(简称“PDMS”);硬的物质如硅、玻璃、石英、钢、和硬金属;以及本领域熟练人员周知的其他材料,以及它们的组合。
在本发明的特别优选的实施例中,印模是可塑的,并由软的、弹性体材料构成。适合用作印模的软的、弹性体材料,作为非限制性例子是PDMS。此外,本领域熟练人员熟知的其他软的、弹性体材料,可以用于形成按照本发明实施例的印模。这些合适的材料例子,包括例如可从Cranbury,NJ.的Norland Products Inc.购得的那些聚氨基甲酸乙酯(polyurethane)和光学黏合剂。本文中当说明某种印模或它的材料时,使用的词“软”是相对而言的,它表示的印模或材料,能比刚性的印模更容易围绕基片细节(包含粒子)变形。因此,印模的柔软度,取决于基片细节。例如,对大多数PDMS,即软印模的合适材料,E值(Young氏模量)在约0.1到约10MPa的范围内,而G值(切变模量)小于或等于约1MPa。另一方面,对硅,即刚性印模的合适材料,E值(Young氏模量)等于约130GPa,而G值(切变模量)等于约30GPa。软的和刚性的印模的这些E和G值,只是代表值,它们既不建立,也不限制软和刚性印模的E和G值的合适范围。
当在本发明方法的实施例中使用软的、弹性体印模时,施加在印模上的力可以更容易均匀,与采用刚性印模的那些方法比较,使形成冷焊键合需要的力更低。此外,软的、弹性体印模,能比刚性的印模更容易围绕基片细节(包含粒子)变形。因此,当使用软的、弹性体印模时,能够在低得多的压力下,以低得多的引入破坏装置有源区的可能性,把压力直接加在装置的有源区,获得已刻图金属或有机的转印。还有,形成冷焊键合需要施加的力,取决于要键合的表面的粗糙度,对较粗糙的表面,一般要求施加更高的压力。
另外,印模可以是混合印模,如在图16所示。在图16所示的混合印模实施例中,图形的形状,是在较硬材料的外层161中形成的,而由较软的内层162提供贴合性。
刻图操作可以用本领域熟知的、根据印模的组成的方法实现。例如,PDMS印模可以用“软性光刻”中使用的方法制作,如Y.Xia等人在unconventional methods for fabricating and patterningnanostructures,Chem.Rev.99,1823-1848(1999)中所说明。图5按Xia等人的说明,画出用硅的阳模形成PDMS印模。形成印模之后,把要转印的金属淀积在已铸模的印模上。当印模由硅构成时,适合的刻图技术的例子,是用相位掩模和反应离子蚀刻的光刻术。
在本发明方法的再一个实施例中,在把金属层转印到基片上之前,先在基片上淀积冲压层,使金属层从印模转印到该冲压层上。冲压层可以用本领域熟知的淀积技术淀积。冲压层起促进金属层从印模到基片的转印的作用,和帮助向转印的金属层提供良好的电接触。冲压层最好作为垫底层淀积,以便由转印的金属层提供刻图操作。可以用作冲压层的合适材料的例子,包括,但不限于,金属和有机材料。例如,当使用本发明方法的实施例制作OLED时,冲压层可以包括紧邻Au层的Al和LiF层。
印模上的金属层,最好包括把该金属层向例如薄金属膜的冲压层加压,能冷焊到基片该薄金属膜上的金属。
按照本发明实施例的基片,可以由任何合适的材料构成,例如包括:玻璃、聚合物、硅、和胶质玻璃。基片可以是刚性的、非刚性的、可弯曲的、不透明的、或透明的。在目前市场上可购得的材料中,推荐的可弯曲基片包括:聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate(简称PET))、聚乙醚砜(poly-ethersulphone(简称PES))、聚碳酸酯(polycarbonate(简称PC))、聚苊酯(polyethylenenaphthalate(简称PEN))、和聚酰亚胺(polyimide(简称PI))。这些材料各有优点和缺点,在Weaver等人的“FlexibleOrganic LED Displays”2001Soc.Vac.Coaters 505/856-7188,第44届Annual Technical Conf.Proc.(2001)ISSN 0737-5921(简称“Weaver等”)中有充分说明,这里引用该文全文,供参考。可以期望,各化学公司将研发更适合用作可弯曲基片的新材料,供制作OLED显示器使用。还可以期望,当这些新材料变得可用时,本发明各个实施例可以用这些基片实现。
适合用作金属层和冲压层的金属,最好包括本领域熟练人员熟知的、能相互冷焊在一起的那些金属。最好是,金属层和冲压层由不起反应的金属构成,例如不形成氧化层的银和金,或者在真空中实施本发明的方法,避免形成氧化层。金属层和冲压层可以由相同或不同金属构成,且最好在施加压力时,相互形成强的冷焊键合。例如,如果金属层由金构成,则冲压层可以由金或银构成;又,如果金属层由银构成,冲压层可以由金或银构成。也可以使用其他的组合。
在图1(a)中,按照本发明的一个实施例,涂覆了金属层2的已刻图的印模1,压在预先涂覆了非常薄(~10nm)的金属冲压层3的基片4上。当施加足够的压力,克服由于氧化或表面污染而存在于表面上的势垒时,于是出现两层接触的金属层之间的冷焊。把印模1从基片4分开,印模上接触区的金属层2被转印到基片4(图1(b))。下一步,基片上的金属冲压层3,被各向异性蚀刻,除去剩余的冲压层,从而暴露出印模压印图形之间的区7中的基片材料(图1(c))。使用留下的金属层作蚀刻掩模,通过各种蚀刻方法,例如反应离子蚀刻(RIE),能够把图形进一步转印到基片4(图1(d))。此外,如果基片包含预先淀积的、必须形成需要的电子装置或总线的半导体层,则图1(c)中的已刻图金属层2,能够用作电极。
按照本发明的另一个实施例,可以在已刻图的印模上,涂覆多于一层的金属层,然后通过冷焊转印到基片。例如,可以把多于一层的金属层转印到基片,形成复合的阴极,例如Mg:Ag/ITO复合阴极。
图2中画出的本发明的实施例,表明借助低压冷焊的有机电子装置的阴极刻图操作。在图2(a)中,把预先涂覆了厚金属(Au)层102的由聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成的弹性体印模101,压在涂覆了有机异质机构有机层111及阴极103上,该阴极同时还起薄金属冲压层103的作用。在图2(b)中,在把印模101与基片104分开时,与基片104上金属膜冷焊的印模101上的金属膜102,遗留在基片104上。在图2(c)中,通过Ar溅射蚀刻,除去冲压层103,达到在电上隔离接触。
图3表明金属图形按照本发明方法的一个实施例转印前(图3(a)和(b))和转印后(图3(c)),印模的扫描电子显微镜(SEM)像。从图3(a)可见,印模的图形是200-μm直径的柱阵列。侧壁上并呈圆形棱边的沟纹31(图3(b)),是由光刻胶铸模产生的。在金属转印时,Au膜不规则地从印模呈圆形的棱边转印(图3(c)),从而限制了棱边的分辨率(如在图13中所见)。
图4画出制作有机电子集成电路的卷筒到卷筒处理流程的例子,在该处理流程中可以采用本发明的方法。片状塑料基片41被圆柱形鼓42、43从卷筒拉出并平移。上部的鼓42在它的表面有需要的电极图形并涂覆了降低粘附性层。首先,例如通过在基片41上的有机汽相淀积(OVPD),淀积有机层,接着淀积薄金属冲压层45。随着基片41在鼓42、43之间被挤压,鼓上的金属膜通过冷焊,转印到基片41上。然后,通过简短的金属蚀刻46,除去冲压层45,获得基片上的电极图形。鼓一侧上的金属淀积,为连续的处理流程创造条件。
由本发明方法的实施例淀积的电极,可以包括任何本领域熟练人员熟知的材料。电极最好基本是透明的,就是说,为获得透明性,这些电极要用适当的材料构成,并为获得透明性,这些电极要作成适当的厚度。本发明实施例的电极,最好用导电的金属氧化物制作。按照本发明,优选的电极材料,诸如透明电极的材料,例如包括氧化铟锡(ITO)、MgAg、和铝。优选的不透明电极材料,包括LiF:Al。导电的聚合物,按照本发明,可以使用例如聚苯胺(polyaniline)和聚(3,4-乙二氧撑噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))/聚(苯乙烯磺酸酯)(poly(styrenesulphonate))(简称PEDOT/PSS)。
另外,总线也可以用本发明方法的实施例淀积。这些总线可以由任何合适的金属或其他导电材料制成,例如金、银、铝、或铜,或任何合适的合金。
为避免不完整图形的转印,印模与印模上的金属层之间的粘附性,应当比印模与基片上已有的其他界面之间的粘附性更弱,也比采用的材料破裂强度更弱。因此,在本发明的一个优选实施例中,如图1(a)所示,在印模1与金属层2之间插入降低粘附性层。同样,当转印有机层时,最好在印模与该有机层之间插入降低粘附性层,以避免不完整图形的转印。在被转印的金属被用作掩模,以便进一步蚀刻并在基片上复制图形的情况中,为了有良好的厚度对比,印模上的金属最好比基片上的金属更厚,如图1(b)所示。
本发明一个实施例的金属加法处理流程,不同于以前主要依靠冷焊的处理流程的减法技术,而该减法方法还要求金属膜的破裂。这一差别给予新的加法技术若干下面说明的优点,使加法技术能实际用于卷筒到卷筒的处理流程,对有机电子电路进行连续的刻图操作,如图4中所示。
第一个优点是,本方法使用比现有方法更低的压力。使用软的、弹性体印模,例如可以在显著更低的压力上(约180kPa)获得Au膜之间的冷焊(见本文例1)。就是说,例如当使用PDMS印模时,加法刻图的处理流程要求的压力,比以前已经报告的使用刚性印模的压力(见C.Kim等人,Science(2000),288,831;C.Kim等人,Appl.Phys.Lett.(2002),80,4051),约低1000倍。因此,本低压冷焊方法,特别适合用于必需降低施加的压力到最小的应用中。本发明使用软的、弹性体印模的实施例,可供选择地用于弯曲的基片和/或印模。
但是,减法的处理流程,不希望用软的、弹性体印模,因为在金属膜有选择地除去前,必需用更高的压力使金属膜在图形棱边产生塑性变形。该技术也可以把软的、弹性体印模用于制作那些有竖直几何结构的装置,如OLED和太阳能电池,那里的有源装置区被置于直接压力之下。
如图5所示,当PDMS印模51与基片54接触时,金属52被冷焊到基片54或基片上的某种材料(如,可供选择的金属冲压层53),从而把已刻图的金属52从印模51转印到基片54。
图6(a)、(b)、和(c),表明PDMS印模的阳模和从该阳模制作的PDMS印模。具体说,图6(a)表明阳模的顶视图。由图6(a)所示阳模,用铸模处理流程,制成PDMS印模。图6(b)和6(c)表明由图6(a)所示阳模制成的PDMS印模。
本发明实施例的第二个优点,是从如下事实得到的,减法处理流程的最佳压力,随金属厚度增加,最终确定刻图的金属膜实际可达到的最大厚度。但是,对本金属加法处理流程,相信最佳压力是相对地与厚度无关的。
第三个优点是,本发明实施例的印模,比减法处理流程使用的印模,能更容易反复使用。对减法处理流程,从基片上移走的金属膜,遗留在印模上,常常导致每压一次后,要把金属膜从印模清除或移去。另一方面,对加法处理流程,只要降低粘附性层仍旧在印模上,和接触区之间区域中累积的金属层厚度小于图形隆起的高度,那么,可以在印模上再淀积金属层,不必预先清洁。为此,图形的隆起,最好相对于接触区之间区域中累积的金属层厚度,有足够的高度。例如,对约100μm的图形隆起高度和印模上约0.1μm的淀积金属厚度,在约1000(100μm/0.1μm)次金属淀积和印模下压后,印模上接触区之间区域将接近被累积的金属层填满。
按照本发明又一个实施例,把金属层从印模转印到基片的方法中不需要冲压层,金属层可以通过本领域熟练人员熟知的键合方法,而不是冷焊,从印模转印到基片。例如,金属层可以直接转印到基片,或者金属层可以转印到涂覆在基片上的有机层或其他材料。
本发明的一个实施例还针对借助本文说明的方法,对基片上的金属和/或有机层刻图,并针对利用本文说明的方法,形成装置,例如包括OLED及OLED阵列。
有机材料,包括小分子有机材料,可供选择地根据要形成的装置和需要使用的刻图的金属,淀积在基片上。举例说,如果要使用的刻图的金属是作为有机发光装置中的阳极或阴极,那么,在基片上的金属和/或有机层按本文说明的方法刻图之前或之后,很可能要在基片的一些点上淀积有机材料。
印模上的金属层,包括两层或更多层金属层,只要离印模最远的层能粘附到基片或基片上的材料,最好是冷焊到冲压层,例如薄金属膜上。印模上任何不与基片及其上材料接触的附加金属层,不必是能冷焊到或粘附到下面层的材料。因此,诸如铬或铝的金属,可以用作构成印模上的两层或更多层金属层之一,即使该种金属不是冷焊的理想候选材料。
印模上包括至少两层金属层的实施例,例如当印模上已刻图的金属层将被用作蚀刻的掩模时,根据蚀刻处理流程的选择性,可能是优选的。当把已刻图的金属层用本文说明的方法,转印到基片,且在已刻图金属层下面的层要被蚀刻时,附加的金属层是有优点的,它可以在已刻图金属层下面任何层需要的蚀刻操作完成之前,防止所有已刻图金属层被蚀刻掉。蚀刻速率取决于被蚀刻的材料和蚀刻该材料的处理流程。因此,理想的是,使作为印模上第二金属层(该第二金属层用本发明方法的实施例,转印到基片)的金属,其蚀刻速率要比第一金属层和/或用该金属作掩模来蚀刻的材料的蚀刻速率更慢。
在本发明的再一个实施例中,把第一金属层淀积在印模上之后,与要制作的特定装置有关,可以在印模上把附加的有机和/或金属层淀积在第一金属层上,然后,所有这些层或这些层中只有一些,随后被转印到基片。例如,可以在第一金属层上淀积一层或多层有机层,而第二金属层可以淀积在该一层或多层有机层上,然后,第二金属层、该一层或多层有机层、和第一金属层,可以随后全部从印模转印到基片或任选的冲压层或基片上的无论什么材料。此外,可以在第一金属层上淀积一层或多层有机层,然后,该一层或多层有机层和第一金属层,可以随后从印模转印到基片或任选的冲压层或基片上的无论什么材料。还有,可以在第一金属层上淀积一层或多层有机层,然后,只有该一层或多层有机层(没有第一金属层),随后从印模转印到基片或任选的冲压层或基片上的无论什么材料。本发明的本实施例,例如可以用于制作OLED。
冲压层,例如是薄金属层,借助本领域熟知的与用作冲压层材料有关的方法,淀积在基片上。例如,热蒸发是在基片上淀积金薄层的合适的淀积形式。冲压层优选的厚度,除了别的因素外,随制作的装置的应用,和装置的层的形态而变化。例如,当转印的金属是用作OLED中的电极时,冲压层最好形成连续的膜,虽然也可以采用只在基片上(或在基片上的无论什么材料)形成岛的冲压层。作为连续膜的冲压层,为要用作OLED电极的转印的金属冷焊,创造更均匀和更一致的基础。作为又一个例子,当转印的金属是用作掩模时,非常薄的冲压层,即使是只在基片上形成岛的一层,已经足够。因此,示例性的冲压层厚度,包括在,但不限于在,从5nm到约30nm的范围内。
淀积在印模上的金属层,是用本领域熟知的方法淀积的。例如,电子束蒸发是在基片上淀积金薄层的合适的淀积形式的例子。淀积在印模上的金属层优选的厚度,除了别的因素外,随制作的装置的应用,和金属层的组成而变化。淀积在印模上的金属层示例性的厚度,包括在,但不限于在,从30nm到约100nm的范围内。在本发明方法的一个实施例中,印模和基片相互对着加压(或“印模压印”),使已刻图印模升起部分上的金属层部分,与基片部分或基片上的冲压层部分接触。向印模和/或基片施加足够的压力,使接触基片或基片上冲压层的金属层部分冷焊于其上。
当印模压在基片上或基片上的冲压层时,基片可能弯曲,使装置弯进印模的凹下部分。装置与印模的凹下部分之间的接触,是不希望的,它可能导致基片或基片上的冲压层与印模不升起部分上的金属层之间接触,而该不升起部分被假定为留在印模上而不转印到基片或基片上的冲压层。为避免这种接触,可以控制各种参数。例如,较硬的基片和向印模施加较低的力,是可用于消除这种接触的两个因素。此外,如果使用可弯曲的基片,如有必要,该基片可以安装在硬的支承结构上。还可以用其他手段,使可弯曲基片保持足够的刚性,以维持需要的容差。另一个重要因素是印模的几何形状。具体说,通过增加凹下部分的深度,或通过降低升起部分之间分开的距离,可以避免这种接触。为避免这种接触,相信每分开1毫米,深度约10微米是可取的,虽然这个比值随具体的基片、印模材料、和力而变化。
然后,移开已刻图的印模,于是,被冷焊到基片或基片上冲压层(或换种方式,被粘附到基片或基片上的冲压层)的金属层部分,基本上以刻图印模相同的图形从印模剥离,并仍然冷焊(或粘附)在基片或基片上的冲压层(或其他材料)上。为保证冷焊的金属仍然在基片上,而不是当移开印模时从基片剥离,印模与其上的金属层之间的相对粘附性,最好小于冲压层(或基片上的无论什么材料)与基片之间的粘附性。
在本发明的一个实施例中,把降低粘附性层(或减少粘附性层)放在已刻图的印模和金属层之间,以降低金属层与印模之间的粘附性。该降低粘附性层例如可以包括:有机层、TEFLONTM层、或任何其他通过放在印模和其上金属层之间,可降低印模与其上金属层之间粘附性的材料。该降低粘附性层最好把印模和其上金属层之间的粘附性,降低足够的量,使印模与其上的金属层之间的相对粘附性,小于冲压层(或基片上的无论什么材料)与基片之间的粘附性。因此,当金属层与冲压层(或基片上的无论什么材料)彼此冷焊在一起之后,把印模从基片拉开时,被冷焊的金属仍然留在基片上而不是随印模被拉走。
最好选择降低粘附性层的组成和/或厚度,以获得希望的结果。适合作降低粘附性层的例子,包括薄的有机层和TEFLONTM。薄有机层示例性的厚度,包括在,但不限于在,从到约的范围内。该薄有机层可供选择地由Alq3构成,它有如下的结构式:
降低粘附性层用本领域熟知的方法,淀积在印模上。作为例子,一种淀积例如Alq3合适的方法是热蒸发。
在本发明的另一个实施例中,在基片与冲压层之间至少淀积一层。该至少一层可以是,例如至少一层可用于形成例如有机发光装置的有机层。此外,在基片与冲压层之间该至少一层,可以包括适合形成薄膜晶体管(TFT)的材料,诸如CuPc、苝(perylene)、并五苯(pentacene)、和本领域熟知的其他材料。
按照一个实施例,在基片与冲压层之间该至少一层,包括增强粘附性层,它增加基片和冲压层之间的粘附性。本领域熟练人员周知,适合通过增加基片和冲压层之间的粘附性,实现粘附性加强功能的材料,取决于基片材料和冲压层材料。该加强粘附性层最好增加基片及其上冲压层之间粘附性足够的量,使基片及其上冲压层之间的相对粘附性,大于印模及金属层,或印模上无论什么材料之间的粘附性。因此,在金属层与冲压层(或基片上的无论什么材料)彼此冷焊在一起之后,当把印模从基片拉开时,被冷焊的金属仍然留在基片上而不是随印模被拉走。
基片与冲压层之间该至少一层,可以是也可以不是有机层。可供选择地淀积在基片上的该至少一层,可以用本领域熟知的任何适当方法淀积。例如,当该至少一层是聚合物层时,该聚合物层可以用例如旋转涂布淀积。
基片与冲压层之间该至少一层的厚度,取决于该层的使用目的和该层的组成。合适的厚度应当是本领域熟练人员熟知的。
在本发明的另一个实施例中,可以在已刻图印模先前淀积的金属层上,淀积第一有机层。另外,第二有机层可以淀积在基片上,使第一有机层和金属层可以从已刻图印模转印到基片的第二有机层上。把有机层从已刻图印模转印到另一有机层的本发明本实施例,可以用于例如制作OLED。
由于本发明的实施例中要施加压力,以获得金属的冷焊,所以,起码当本发明的方法中使用刚性印模时,在决定使用什么材料、材料的获得、和施加压力的量中,应当计及基片与冲压层之间的有机层或任何其他层潜在的塑性变形。
按照本发明方法的实施例,在基片上形成的已刻图金属层,可以用作例如电装置中的电极或总线。例如,已刻图金属层可以用作有机发光装置(OLED)或叠层有机发光装置(SOLED)中的阴极或阳极层,如在例如美国专利No.5,707,745所述。
在刻图的金属层被转印到基片上之后,可以根据刻图金属层的用途,有选择地除去基片上的其他层。例如,冲压层中不被刻图金属层覆盖的部分,可以用溅射或本领域熟知的其他方法除去。此外,在本发明的另一个实施例中,不除去冲压层中没有被刻图金属层覆盖的部分。例如,如果制作的装置需要有变化的金属膜厚度,那么上述情况是合乎需要的,以便使金属膜的一些区有必需一种厚度,而金属膜的其他区有必需另一种厚度。金属膜厚度的这种变化,可以通过不除去冲压层中没有被刻图金属层覆盖的部分获得。
在有机层放在基片和冲压层之间的实施例中,如有必要,除去冲压层中没有被刻图金属层覆盖的部分之后,还用本领域熟知的方法,除去有机层中没有被刻图金属层覆盖的部分。有机层部分例如可以用蚀刻除去。作为非限制性例子,蚀刻的合适形式,是等离子蚀刻或反应离子蚀刻(诸如各向异性蚀刻),例如以O2或CF4和O2的组合,除去露出的有机层,即有机层中未被刻图金属层覆盖的部分。
类似地,在增强粘附性层放在基片和冲压层之间的实施例中,如有必要,除去冲压层中没有被刻图金属层覆盖的部分之后,可以用取决于增强粘附性层组成的本领域熟知的方法,除去增强粘附性层中没有被刻图金属层覆盖的部分。
在任何其他层放在基片和冲压层之间的实施例中,如有必要,除去冲压层中没有被刻图金属层覆盖的部分之后,还可以用本领域熟知的方法,除去这些层中没有被刻图金属层覆盖的部分。
此外,如有必要,按照本发明的一个实施例,有选择地除去基片上所有层中没有被刻图金属层覆盖的部分,随后蚀刻基片中没有被金属层覆盖的部分,形成刻图的基片。蚀刻的形式取决于基片的组成。蚀刻的合适形式,可以包括各向异性蚀刻和本领域熟知的其他蚀刻形式。
按照该实施例,在对基片刻图之后,遗留在基片上的层的任何部分,包括刻图的金属层,可以任选地从基片上除去,产生没有覆盖的刻图的基片。层剩余部分的去除,可以用本领域熟知的任何方法完成,举例说,诸如通过合适的湿式化学处理,除去要除去的无论什么材料。这种去除最好不破坏层的其他要留在基片上的部分,诸如要留下的有机层。
刻图的金属层留在基片上的本发明方法的实施例,可以得到有例如约80nm宽的栅线图形的已刻图金属层。此外,刻图的金属层可以有至少约100nm的分辨率。至于棱边的锐度,刻图的金属层可以有例如约30nm的线宽。
本发明的一个实施例包括一种对基片刻图的方法,该方法包括:在基片上淀积增强粘附性层,举例说,诸如有机层;在该有机层上淀积包含薄金属膜的冲压层;把至少有一个升起部分和有金属层淀积其上的已刻图的、软弹性体印模,压在该薄金属膜上,使在已刻图的、软弹性体印模升起部分上的金属层,与所述基片上的薄金属膜接触,并施加足够的压力,使金属层与薄金属膜彼此冷焊在一起。按照本实施例,然后移开已刻图的、软弹性体印模,而金属层被冷焊在已经与之接触的薄金属膜部分,即,金属层从刻图的印模,附着并仍然冷焊在基片上的薄金属膜上。转印到薄金属膜的金属,以基本与软弹性体印模至少一个升起部分相同的图形,形成基片上刻图的金属层。下一步,按照本实施例的方法,薄金属膜中不被刻图金属层覆盖的部分,例如用溅射除去。然后,有机层中不被刻图金属层覆盖的部分,例如用蚀刻除去。蚀刻基片中不被刻图金属层覆盖的部分,形成刻图的基片。最后,按照本实施例,把刻图的金属层与薄金属膜及有机层的遗留部分,从所述刻图的基片除去,到达未被覆盖的刻图的基片。
本发明的一个实施例,还涉及用本发明的方法形成的装置。这些装置包括:含有用已说明的方法刻图的金属层的装置;和其中用说明的方法刻图的金属层,在其制造中被用作例如掩模层的装置。
图7画出印模1及基片4的截面,该印模1适合供本发明一个实施例使用,该基片4上的金属层正准备刻图。印模1最好由软弹性体物质,例如PDMS构成。印模1有升起的部分5,该部分用本领域熟知的、取决于印模组成的技术形成,例如硅刻图操作和蚀刻处理流程。印模1有金属层2,用本领域熟知的技术,至少淀积在印模的升起部分5上。除使用图7的印模1外,还可以使用如图15画出的有升起部分5a的印模1a。当把金属层2淀积在印模1a上时,印模1a的形状有助于避免印模上金属的侧壁淀积。每次“印模1”和“升起部分5”用在图的说明中时,应当理解为可以代替印模1a和升起部分5a。同样应当指出,只要印模被刻图,能把刻图的金属层转印到基片,印模可以呈没有具体画出的其他形状。
在图7所示实施例中,基片4有薄金属膜3(其中包括冲压层),用本领域熟知技术淀积在基片上。基片4可以用任何合适的材料制成,包括玻璃、聚合物、和胶质玻璃。基片4可以是刚性的、可弯曲的、不透明的、或透明的。基片4最好由基本上透明的材料制成,例如玻璃或塑料。金属层2包括能在把金属层2对着薄金属膜3加压时,冷焊到薄金属膜3的金属。金属层2和薄金属膜3最好是不起反应的金属,例如银和金。
把印模1压在薄金属膜3上,于是,印模1升起部分5上的金属层2,与薄金属膜3接触。施加足够的压力,使金属层2中与薄金属膜3的部分接触的部分,冷焊到一起。
然后,移开印模1,于是,被冷焊到薄金属膜3的金属层2部分,仍然冷焊在薄金属膜3上并从印模剥离,把已刻图的金属层6(见图8)留在基片上。
图8画出图7的印模1及基片4,在按照本发明方法的一个实施例,把金属各部分从印模转印到基片,形成薄金属膜3上已刻图的金属层6之后的截面。
图9(a)画出图8所示其上有刻图的金属6的基片4的截面。取决于制作的装置的具体类型,除去薄金属膜3中没有被刻图的金属覆盖的部分7,可能是合乎需要的。例如,为了对基片刻图,薄金属膜3没有被覆盖的部分7,必须在例如人们到达基片以便蚀刻基片之前除去。薄金属膜3没有被覆盖的部分7,例如可以用溅射除去,产生有刻图的金属层6及其上对应的薄金属膜部分的基片,如图9(b)所示。
图10(a)画出图9(b)的基片截面,该基片上有刻图的金属及其上对应的刻图的薄金属膜。按照本发明另一个实施例,如有必要,该基片可以随后刻图,例如通过各向异性蚀刻基片8没有被刻图的金属覆盖的部分,产生图10(b)画出的刻图的基片。图10(b)中刻图的基片的图形,基本上与印模1用来把金属转印到基片上的图形对应。
按照本发明的又一个实施例,如有必要,如图11(a)所示,刻图的基片上已刻图的层,可以随后从基片除去,产生没有覆盖的刻图的基片9,如图11(b)所示。这些层可以用例如合适的、取决于要除去的层组成的湿式化学处理除去。
图12画出适合供本发明一个实施例使用的已刻图印模1的截面,该印模有减少粘附性层10,由例如薄有机层或TEFLONTM制成,在印模1与其上的金属层2之间。印模1最好由软的、弹性体材料构成,并有升起部分5,该部分用本领域熟知的、取决于印模组成的技术形成。图12还画出基片4的截面,该基片上有薄金属层3,和位于基片和薄金属层3之间的层11。层11可以包括有机或无机材料,也可以是单层或多层。例如,层11可以包括单异质结构或双异质结构OLED的多层有机层,如在美国专利No.5,707,745中所述,本文引用该专利全文,供参考。层11和薄金属层3用本领域熟知的技术,淀积在基片4上。基片4和印模1可以用与图7中说明的那些材料类似的材料制成。同样,薄金属层3和金属层2,可以包括图7中说明的金属。把印模1压在薄金属层3上,于是,印模1升起部分5上的金属层2部分,与薄金属层3的部分接触。施加足够的压力,使金属层2中与薄金属层3的部分接触的部分,冷焊到一起。
然后,移开印模1,于是,被冷焊到薄金属层3的金属层2部分,仍然冷焊在薄金属层3上并从印模剥离,把已刻图的金属层6留在基片上(如从图13可见)。
图13画出图12的印模1和基片4,在按照本发明方法的一个实施例,把金属各部分从印模转印到基片4,形成按照本发明一个实施例的基片4上已刻图金属层6之后的截面。
图13有已刻图金属层6在其上的基片4,可以随后采用如上所述并示于图9-11相同的处理流程刻图。就是说,可以采用例如溅射、各向异性蚀刻、和湿式化学处理,按需要除去某些层并对本实施例刻图。
图13(a)表明按照本发明方法的实施例,制成的有机发光装置200-μm直径阴极阵列的光学显微镜像。图13(a)所示的像,是在金属从印模转印并除去冲压层之后拍摄的。在整个基片面积上获得均匀的图形。图13(b)表明阴极棱边的扫描电子显微镜像,这里图形分辨率约1μm,主要由于如图3所示不理想的印模形状。
图14按照本发明方法的实施例,画出用冷焊刻图(实心圆)的200-μm直径有机发光装置(OLED)141的电流密度(J)对电压(V)的特性曲线。完成的阴极包括0.5nm LiF/0.4nm Al/15nm Au。还画出用常规荫罩刻图的400-μm直径的OLED 142、143的J-V特性曲线(空心圆(143):包括0.5nm LiF/100nm Al两层阴极的装置;实心矩形(142):具有与印模压印的装置相同阴极的OLED)。图14中的插图画出图14中各装置的外量子效率对电流密度曲线。
在本发明一个实施例的印模压印处理流程中,印模应当适当放置。具体说,在例如图7、8、和12所示的印模压印中,印模应当相对于基片4上已有细节精确定位。这种对准可以用本领域熟知的技术获得,例如用通过基片4底部投射的IR光的光学对准、用光散射的基准对准、和任何其他合适的技术。
虽然已用简化的有机层和金属层说明本发明的各种实施例,但包括有机层和金属层两者,都可以有附加层和子层。例如,基片与冲压层之间的层(如在图12所示的层11)可以包括多层子层,且在基片与冲压层之间也可以有附加层。例如,在本发明的一个实施例中,包括空穴输运层、电子阻挡层、发射层、空穴阻挡层、和电子输运层的有机层,可以淀积在基片上,而冲压层则淀积在该有机层上,以便金属层从印模转印到冲压层上。作为另一个例子,刻图的下电极,可以在淀积例如前面句子所说的有机层之前,在基片4上制作。也可以有附加的有机层,例如空穴注入层,如在授予Forrest等人的美国专利No.5,998,803中所述,这里收入该专利全文,供参考。还可以有本领域熟知的另外的层,例如美国专利申请10/288,785(申请日期2002年11月6日)第6-11页上说明的那些层,这里收入该专利申请全文,供参考。
本发明的一个实施例,包括制作透明的或顶发射OLED,该种OLED开发复合阴极的高的光传输,诸如无源矩阵显示器中的Mg:Ag/ITO的高的光传输,但借助本方法淀积的总线的使用,没有了那种受这类复合阴极的较低导电率限制的装置。还有,本发明的一个实施例提供汽相淀积的、导电的材料,而不会遇到短路问题,这个问题无论何时当这种导电材料在淀积处理流程中经受实质散射时发生。
一些OLED的应用可能涉及侧面发射的OLED,在这种情形中,两个电极可以是不透明的。虽然电极、有机层、和壁垒层被说明并画成单层的,但正如本领域周知,它们可以各包括各种子层。例如,有机层可以包括单异质结构或双异质结构,如在美国专利No.5,707,745中所述,本文引用该专利全文,供参考。此外,本发明装置的实施例,可以包括本领域熟知但没有画出的附加层,例如,空穴注入增强层或保护的顶层。
按照本发明实施例制作的装置,可以供广大的各种产品采用。例如,用本发明方法的实施例,淀积电的接点和/或OLED有机层,制成大的、多色的有机发光装置(OLED)阵列,可以形成显示器,包括平的平面显示器,既可以是有源矩阵的,也可以是无源矩阵的显示器。这样的一种显示器,可按本领域熟练人员熟知的方式,供其他产品使用,诸如交通工具、电视、计算机、打印机、显示屏、标牌、通信装置、或电话。
按照本发明实施例制作的OLED,还可以用于显示器以外的应用。例如,这种OLED线,可按本领域熟练人员熟知的方式,用于打印机中,和用于产生像。
本发明的实施例还可以用于制作除OLED外的广泛的各种装置。例如,本方法可以用于制作薄膜晶体管、光电检测器、和其他需要高分辨率的装置。本发明的实施例也可以用于制作光电子装置,诸如光生伏打电池或光电二极管。
现在,本发明的详细说明将表明:本发明的某些特别有代表性的实施例是如何制作、其材料、设备、处理流程的步骤,都应当理解为只作为例子用于说明。具体说,本发明不受本文具体列举的这些方法、材料、条件、处理流程参数、设备等等限制。
举例
例1
一种按照本发明实施例的方法,是用印模压印,实现基片上金属的直接刻图操作。具体说,是一种用低压冷焊,实现有机电子装置金属阴极接点的高分辨率刻图操作的方法。本例中,接点是通过把金属层,从已刻图的、软弹性体印模,转印到预先淀积在基片上的未刻图的阴极和金属层上。按照本发明在本例的实施例的方法,是制作高效电致荧光有机发光装置(OLED)阵列。
本例使用图2所示的方法。图2说明了使用冷焊处理流程,对电致荧光OLED阵列刻图。基片104包括(12mm)2的玻璃载波片。基片104预先涂覆以透明并导电的氧化铟锡(ITO)层,用作OLED结构的阳极。在ITO层上淀积的有机层111如下(如M.A.Baldo等人在Appl.Phys.Lett.(1999),75,4中的说明):约60nm厚的4,4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基-胺]联苯(简称α-NPD)(4,4′-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)空穴输运层;约20nm厚掺以7%重量的无机发光材料fac三(2-苯基吡啶)铱(简称Ir(ppy)3)(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)的4,4′-N,N′-二咔唑-联苯(4,4′-N,N′-dicarbazole-biphenyl)(简称CBP)发光层;约10nm厚的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲绕啉(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)(简称BCP)激子和空穴阻挡层;和约40nm厚的Alq3电子输运层。淀积在有机层111上的冲压层103,包括约0.5nm厚的LiF层、约0.4nm厚的Al层、最后覆以约15nm厚的Au层。淀积前,基片104用以前P.E.Burrows等人在J.Appl.Phys.(1996),79,7991说明的程序清洁,然后用高真空(~10-6Torr)热蒸发,淀积OLED的有机层111及冲压层103。所有用于OLED的有机材料,使用前通过温度梯度升华提纯。
已刻图的、软的、弹性体印模101,包括约100μm厚的PDMS层,形成有升起部分105的图形,并支承在玻璃载波片上。对Si晶片上25μm厚的光刻胶层(SU-850,MicroChem Corporation,Newton,MA 02464)刻图,成为200μm直径圆柱形凹坑的正方形点阵,作为PDMS印模的阳模(见图6(a))。把PDMS预聚合物(Sylgard 184,Dow Corning Corporation,Midland,MI 48686)倒进阳模,然后在约70℃的热板上固化约24小时,同时以13mm厚的玻璃载波片加压。PDMS层的厚度约100μm。加压用常规的半导体倒装片接合器(M-8HP,Research Devices,Inc.,Piscataway,NJ 08854)进行(见图6(b)和6(c))。
包括约100nm厚的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲绕啉(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)(简称“浴铜灵”或“BCP”)的层110,淀积在印模101上,而金属层102淀积在层110上。在本发明的本实施例中,增加BCP层110是为了使金属层102在粘附于其上时把金属层弄平,这是与如果金属层102直接粘附在PDMS印模101相比较而言的。金属层102包括约100nm厚的Au层。
把印模101压在冲压层103上,使印模101升起部分105上的金属层102部分,与冲压层103的部分接触(见图2(a))。向印模101施加足够的压力,使印模101上的金属层102中与冲压层103的部分接触的部分,冷焊到冲压层103上。在本例中,平均施加的压力约180kPa(等于0.28cm2的接触面积上500克),比以前报告的用刚性印模低约1000倍(见C.Kim等人,Science(2000),288,831;C.Kim等人,Appl.Phys.Lett.(2002),80,4051)。
如在图2(b)所示,之后是移开已刻图的、软的、弹性体印模101,于是,来自印模101冷焊到冲压层103上的金属层102部分,保持冷焊并从印模101剥离,把已刻图的金层留在基片104上。
其次,如图2(b)和2(c)所示,冲压层103在转印图形之间的未覆盖部分107,在常规的反应离子蚀刻系统中,用Ar溅射蚀刻除去。Ar溅射蚀刻是在平行板(直径约24cm)反应离子蚀刻系统(PlasmaTherm 970系列)中,以20mTorr和50W进行9分钟。该装置的特性是在外界条件下测量的。在本例的装置中,不必除去转印的图形之间的有机材料,因为该装置由于有机材料高的横向电阻率,已经有良好的隔离。但是,如有需要,也可以用不同气体组成来除去该有机材料。
如上所述,在把刻图的金层按照本发明的实施例转印到基片之前和之后,拍摄已刻图的、软的、弹性体印模101的扫描电子显微镜(SEM)像。这些SEM像示于图3。PDMS柱的详细视图(图3(b))揭示,印模棱边是呈圆形的,导致沿棱边的顶角连续的Au覆盖。当印模与基片分离时,Au膜沿该边界不规则地破裂(图3(c))。Au的图形均匀地转印到基片,在整个基片面积上的转印出产率超过97%,图形棱边分辨率接近1μm。分辨率主要受印模柱圆形棱边的限制,导致不规则的棱边转印,如图13所示。
图14画出电学和光学性能的比较结果,比较是在用阴极的印模压印(即按照本发明方法的实施例)形成的电致荧光OLED 141,和用常规荫罩方法刻图的控制装置之间进行的。制备控制装置的两种类型:一种是与例1印模压印的装置有相同阴极层结构的142(~0.5nm的LiF/~0.4nm的Al/~15nm的Au),另一种是包含0.5nm厚的LiF层和随后100nm厚的Al层的双层阴极143。控制装置的直径是400μm,即例1印模压印的装置的两倍。
图14中的测量表明,印模压印和除去冲压层的处理流程不影响装置的性能,尽管在印模压印时,压力是直接施加在有机异质结构的有源区域上。例如,对印模压印的和控制的两种装置,对应于电流密度J=10mA/cm2的电压是(9.2±0.3)V,而有相同阴极结构的印模压印和控制装置,在J=1mA/cm2的外量子效率(η)都是(6.0±0.3)%。应当指出的是,对有双层阴极的控制装置,其值是上述值的约70%。η-J曲线形状近似相同表明,我们的处理流程不引入导致激子非辐射损耗的额外途径。三层和双层阴极结构的装置在η中的差别,可能由于Au和Al反射率的差别。我们的计算表明,有Au覆盖层的装置的η,是有Al覆盖层的约83%。在该计算中,忽略了超薄的LiF/Al层,并把从各向同性源发射的光与从阴极发射的光相加。在这种情形下,如本领域熟练人员所知道的,我们采用了接触层的复折射率。因此,根据这些简单的考虑,我们得出的结论是,出现在图14中双层与印模压印的三层阴极之间效率的差别,主要是Au和Al反射率差别的结果。
在例1中,图形大小是200μm,棱边分辨率约1μm。H.Schmid等人以前在Macromolecules(2000),33,3042的报告指出,对小于500nm的刻图操作细节,PDMS显得太软。这个问题已经通过采用“混合印模”或“复合印模”克服,其中图形的形状,形成在较硬的聚合复合物诸如‘h-PDMS’的外层,而较软的内层(诸如PDMS)提供贴合性(见H.Schmid等人,Macromolecules(2000),33,3042;T.W.Odom等人,Langmuir(2002),18,5314)。对该种途径,本发明方法的本实施例,将能以低的压力按亚微米细节进行金属膜的刻图操作。低压刻图操作另外的方面,是它与常规半导体倒装片接合器的兼容性,如在本例中使用的半导体倒装片接合器。这方面为精确(~1μm)的印模定位精度提供条件,例如,通过本简单的方法,可以获得全色显示器的高分辨率多层印模压印。
本发明方法的实施例,有若干胜过以前报告的刻图操作技术的优点。例如,本发明有高的性能价格比,因为印模可以反复使用。最好是,任何遗留在印模上的金属,仍留在印模上,而另外新的金属可以按要求或需要,加到印模上。除外,如果需要把任何遗留在印模上的金属除去,该金属可以通过本领域熟练人员周知的方法除去。例如,该金属可以通过湿式蚀刻除去。
本发明方法的实施例,还有若干胜过以前报告的刻图操作技术的优点,因为本发明给出高的生产率。大面积的,诸如显示器平板,能够一步刻图。
再有,与其他根据材料转印的刻图操作处理流程不同,本发明方法的实施例能实现金属的刻图操作,不必使用湿式化学处理或高温处理流程。此外,因为金属与有机的界面的形成,是通过类似于常规荫罩掩模操作的热蒸发,高效的电荷注入有机材料,不受该处理流程的影响,如本文的图14所示。这一性质与低压刻图能力结合,使本方法适合用于广大范围有机电子装置的卷筒到卷筒的制作处理流程,这些有机电子装置包括:OLED、有机薄膜晶体管、和光生伏打电池。通过使用滚筒印模,能够更容易对可弯曲基片进行大面积刻图操作,因为由于降低的接触面积,可以用较小的力施加最佳的压力。本发明方法的实施例,能实现OLED及其他电子装置简单的、高性能价格比的、和高生产率的制作,还能用于例如平的平板显示器的制作。
虽然本发明已经参照特定例子和优选实施例加以说明,但应当指出,本发明不受这些例子和实施例的限制。具体说,本发明不限于OLED或薄膜晶体管,而可用于广大的各种电子装置。具体说,本发明方法的实施例,可以用于形成任何装置,在该装置中,刻图的金属或有机层用在该装置自身内,或者用在该装置的形成中,例如作为蚀刻掩模对其他层或基片进行刻图操作。本发明不受已说明的特定例子和实施例限制。因此,本领域熟练人员自然清楚,本发明要求包括本文说明的特定例子和优选实施例的变化。
Claims (25)
1.一种转印方法,包括:
在已刻图的、软的弹性体印模上,淀积金属层,其中已刻图的、软的弹性体印模是混合印模;和
通过将淀积在已刻图的、软的弹性体印模上的层冷焊到基片上的层或冷焊到所述基片,来把该金属层从已刻图的、软的弹性体印模,转印到所述基片上。
2.按照权利要求1的方法,还包括:
在淀积金属层之前,在已刻图的、软的弹性体印模上,淀积降低粘附性层,使金属层淀积在该降低粘附性层上。
3.按照权利要求1的方法,还包括:
在把金属层转印到基片上之前,在基片上淀积有机层和在该有机层上淀积冲压层,使金属层从已刻图的、软的弹性体印模,转印到冲压层上,以便在转印过程中,使来自已刻图的、软的弹性体印模的金属层,直接与冲压层接触。
4.按照权利要求3的方法,还包括:
在淀积金属层之前,在已刻图的、软的弹性体印模上,淀积降低粘附性层,使金属层淀积在该降低粘附性层上。
5.按照权利要求3的方法,其中的冲压层包括金属。
6.按照权利要求3的方法,其中的冲压层与有机层,有良好的电接触。
7.按照权利要求5的方法,其中冲压层的淀积还包括,淀积一层Al和LiF,接着淀积一层Au。
8.按照权利要求7的方法,其中Al和LiF层的厚度小于1nm,而Au层的厚度小于15nm。
9.按照权利要求5的方法,其中的冲压层厚度为5到16nm。
10.按照权利要求3的方法,其中的金属层包括Au。
11.按照权利要求5的方法,其中,本方法是在真空中进行的。
12.按照权利要求5的方法,其中的金属层从已刻图的、软的弹性体印模,转印到冲压层上,不形成氧化层。
13.按照权利要求5的方法,其中的金属层厚度为30到100nm。
14.按照权利要求3的方法,还包括:
除去冲压层上没有被转印的金属层覆盖的部分。
15.按照权利要求14的方法,其中的冲压层部分是用溅射除去的。
16.按照权利要求3的方法,其中的金属层,通过施加180kPa或更低的压力,从已刻图的、软的弹性体印模,转印到冲压层上。
17.按照权利要求3的方法,其中的金属层以大于或等于100nm的分辨率,从已刻图的、软的弹性体印模,转印到冲压层上。
18.按照权利要求3的方法,其中的印模包括聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))。
19.按照权利要求3的方法,其中的印模包括附着在软的内层之外的硬材料的外层。
20.按照权利要求19的方法,其中的外层包括h-PDMS,而内层包括PDMS。
21.按照权利要求3的方法,其中的有机层包括小分子有机材料。
22.按照权利要求3的方法,其中的有机层还包括:空穴输运层、电子阻挡层、发射层、空穴阻挡层以及电子输运层,按该顺序淀积在基片上。
23.按照权利要求3的方法,其中的有机层被刻图,成为能发射不同光谱的区。
24.按照权利要求3的方法,还包括:
在淀积有机层之前,在基片上制作已刻图的下电极。
25.按照权利要求3的方法,其中的冲压层包括连续的薄膜。
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