CN102938397A - 具有线形材料的导电电极、电子器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具有线形材料的导电电极、电子器件以及制备该电子器件的方法。其中该导电电极包括：分离设置的正电极和负电极；功能层，该功能层连接所述正电极和所述负电极，所述功能层包括线形材料。本发明的导电电极通过设置分离的正电极和负电极，并进一步通过包含线形材料的功能层连接该正电极和负电极，使得采用该导电电极的电子器件的电学性能的均一性得到显著提高。

Description

具有线形材料的导电电极、电子器件及其制备方法

技术领域

本发明属于电子器件制造技术领域，具体涉及一种具有线形材料的导电电极，采用该导电电极的电子器件，以及该电子器件的制备方法。

背景技术

在利用印刷方法生产电子产品的研究开发中，电子油墨的成膜性能是最关键的技术难点。为克服溶液型油墨在印刷过程中的成膜难题，以碳纳米管为代表的线形材料在世界范围内受到了广泛的重视。由于这类线形材料本身具有良好的电学特性，印刷所组成的网络比较容易获得比普通油墨更理想的性能，因此被大量的科研机构、企业用于制备电子产品的半导体或导体部分，例如晶体管、传感器、透明导电薄膜等。

然而，这类由线形材料所组成的电子油墨也有自身的不足，突出表现在该类材料在印刷过程中所组成的网络具有随机性，大面积印刷产品上不同部位的电学性能会有比较大的差异。基于印刷线形材料的电子器件性能也因此具有比较大的不均匀性，在特定条件下甚至会有超过10倍的差距。虽然现在有很多针对印刷线形材料不均匀性的学术和工艺研究，但该难题始终没有得到根本解决。

发明内容

本发明的目的在于提高一种具有线形材料的导电电极，其可以使采用其的电子器件的性能均一性得到显著提高。

本发明的目的还在于提供一种采用该导电电极的电子器件。

本发明的目的又在于提供一种制备该电子器件的方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种具有线形材料的导电电极，所述导电电极包括：

分离设置的正电极和负电极；

功能层，所述功能层连接所述正电极和所述负电极，所述功能层包括线形材料。

作为本发明的进一步改进，所述功能层通过喷墨打印、气流喷印、凹版印刷、柔版印刷、凹版胶印、网版印刷、平版印刷中的一种或几种的组合连接于所述正电极和所述负电极之间。

作为本发明的进一步改进，所述线形材料选自碳纳米管、无机半导体纳米线、金属氧化物纳米线、有机纳米线中的一种或几种的组合。

为实现上述另一发明目的，本发明提供一种电子器件，包括：

基底；

设置于所述基底上的第一导电电极和第二导电电极，所述第一导电电极和所述第二导电电极分别包括：

分离设置的正电极和负电极；

功能层，所述功能层连接所述正电极和所述负电极，所述功能层包括线形材料；其中，

所述第一导电电极的正电极和所述第二导电电极的正电极间连接有第一引线，所述第一导电电极的负电极和所述第二导电电极的负电极间连接有第二引线，所述第一引线和所述第二引线分别连接有引线电极。

作为本发明的进一步改进，所述电子器件还包括设置于所述基底上的第三导电电极和第四导电电极，所述第三导电电极和第四导电电极分别包括正电极和负电极，所述第三导电电极的正电极和所述第四导电电极的正电极间连接有第三引线，所述第三导电电极的负电极和所述第四导电电极的负电极间连接有第四引线，所述第三引线与所述连接于第一引线的引线电极相连，所述第四引线与所述连接于第二引线的引线电极相连。

作为本发明的进一步改进，所述第一引线、第二引线、第三引线、第四引线中的至少两根引线具有交叉处，所述交叉处的至少两根引线之间设置有绝缘层。

作为本发明的进一步改进，所述引线电极通过印刷、真空沉积、溅射、刻蚀中的一种或几种的组合制得。

作为本发明的进一步改进，所述基底选自玻璃、硅片、陶瓷、高分子薄膜、金属片中的一种或几种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述电子器件还包括设置于所述第一导电电极和/或第二导电电极上的第五导电电极，所述第五导电电极与所述第一导电电极和/或第二导电电极间设置有绝缘层。

为实现上述又一发明目的，本发明提供一种用于制备上述电子器件的方法，该方法包括以下步骤：

提供一基底；

在所述基底上形成若干个具有分离设置的正电极和负电极的导电电极；

用包括有线形材料的功能层连接所述导电电极的正电极和负电极；

将属于同一电子器件的若干导电电极的正电极用引线连接，并将负电极也用引线连接；

设置引线电极将所述连接导电电极的正电极的引线互联，设置引线电极将所述连接导电电极的负电极的引线互联，得到电子器件阵列；

切割所述电子器件阵列得到分离的电子器件。

与现有技术相比，本发明的导电电极通过设置分离的正电极和负电极，并进一步通过包含线形材料的功能层连接该正电极和负电极，使得采用该导电电极的电子器件的电学性能的均一性得到显著提高。

附图说明

图1是本发明一实施方式的电子器件的结构示意图；

图2是本发明一实施方式的制备电子器件的方法的流程图；

图3是本发明实施例1中电子器件阵列的结构示意图；

图4是图3所示的电子器件阵列中单个电子器件的结构示意图；

图5是本发明实施例2中电子器件阵列的结构示意图；

图6是图5所示的电子器件阵列中单个电子器件的结构示意图；

图7是本发明实施例3中电子器件阵列的结构示意图；

图8是本发明实施例4中电子器件阵列的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1，介绍本发明的具有线形材料的导电电极的一具体实施方式。由于图1所示的电子器件100中包括四个的本发明的导电电极，故在此仅针对其中的一个对本发明的内容做阐释。在本实施方式中，该导电电极11包括正电极111、负电极112、以及功能层113。

正电极111和负电极112彼此分离设置，功能层113连接正电极111和负电极112，该功能层113包括线形材料。这里所说的“分离设置”是指正电极111和负电极112之间不存在直接的电性接触；在一些实施方式中，正电极和负电极可以分别由多根并列的导电迹线组成，在另一些实施方式中，正电极和负电极也可以仅仅设置为单个的导电块，将正电极和负电极设置成多根并列的导电迹线的好处是，包括有线形材料的功能层113可以较佳的将正电极111和负电极112相连，提高均一性。

上述的功能层113可以例如通过喷墨打印、气流喷印、凹版印刷、柔版印刷、凹版胶印、网版印刷、平版印刷中的一种或几种的组合连接于正电极111和负电极112之间。组成该功能层113的线形材料可以例如选自碳纳米管、无机半导体纳米线、金属氧化物纳米线、有机纳米线中的一种或几种的组合。

继续参照图1，介绍本发明的采用上述导电电极11的电子器件100的一具体实施方式，在本实施方式中，该电子器件100包括基底17、第一导电电极11、以及第二导电电极12。

需要说明的是，在下述的实施方式中，可能会采用“第一导电电极”、“第二导电电极”等的方式进行描述，但是这里所说的“第一”、“第二”并不代表任何功能或者结构上的区别，而仅仅是为了描述的方便。

第一导电电极11和第二导电电极12设置于基底上，该第一导电电极11和第二导电电极12的结构在上述的实施方式中已作详尽描述，在此不做赘述。另，虽然在图1中对第二导电电极12的功能层未作标注，但并不代表第二导电电极12仅仅包括正电极121和负电极122，这里所作的省略只是为了描述的方便。

基底17具有绝缘面（未标注），上述的第一导电电极11和第二导电电极12设置在该绝缘面上。需要理解的是，基底17可以是选择本身绝缘的材质，也可以是选择本身并不绝缘，但通过例如在不绝缘的基底上涂覆绝缘胶等方式制作绝缘面，在本实施方式中，基底的材质可以例如选自玻璃、硅片、陶瓷、高分子薄膜、金属片中的一种或几种的组合。

第一导电电极11的正电极111和第二导电电极12的正电极121间连接有第一引线L1，第一导电电极11的负电极112与第二导电电极12的负电极122间连接有第二引线L2，该第一引线L1和第二引线L2分别连接有引线电极151、152，通过该引线电极151、152可以外接其它功能装置，实现不同的器件功能。引线电极通过例如印刷、真空沉积、溅射、刻蚀中的一种或几种方式的组合制得。

虽然这里以“第一导电电极11”“第二导电电极12”的方式对本发明的一实施方式做了阐述，但是，在更多的实施方式中，本发明的电子器件100还有包括更多个的导电电极，以满足不同的功能需要。

进一步优选地，电子器件100还包括设置于基底上的第三导电电极13和第四导电电极14，该第三导电电极13和第四导电电极14分别包括正电极131、141和负电极132、142，第三导电电极13的正电极131和第四导电电极14的正电极141之间连接有第三引线L3，第三导电电极13的负电极132和第四导电电极14的负电极142之间连接有第四引线L4，该第三引线L3与连接第一引线L1的引线电极151相连，第四引线L4与连接第二引线L2的引线电极152相连。引线电极与引线的连接原则是：同一电子器件中的导电电极的所有正电极通过一个引线电极接出，类似的，同一电子器件中的导电电极的所有负电极也通过一个引线电极接出，这样可以保证本发明提供的电子器件与后续可能连接的功能装置间连接线路变得简便有效，提高在产业化应用中的便利性。

在本实施方式中，第一引线L1、第二引线L2、第三引线L3、以及第四引线L4中的至少两根引线具有交叉处16，在该交叉处16的至少两根引线之间设置有绝缘层（图未示），以达到绝缘不同引线的目的。在电子器件100实际的制造过程中，不同导电电极之间引线的长度往往会决定电子器件100的电气性能，为了尽量避免过长引线对于电子器件100功能的影响，不可避免地会需要设置不同引线交叉的情况，通过在该交叉处的引线之间设置绝缘层，可以在保证电子器件100基本功能的同时，提供更高效的电气性能，使产品更加有竞争力。

在一些实施方式中，为了使电子器件100具有感应作用，可以在该电子器件100的第一导电电极11和/或第二导电电极12和/或第三导电电极13和/或第四导电电极14上设置第五导电电极（图未示），该第五导电电极与上述导电电极之间设置绝缘层（图未示），以起到绝缘功能。通过设置两层导电电极，可以形成感应层，满足感应器件的功能需求。可以轻易理解的是，在更多的实施方式中，本发明电子器件的导电电极可以设置为三层乃至更多层，这里仅是做示范性的说明，而非限制性的。

配合参照图2，介绍制备本发明的电子器件的方法，该方法包括以下步骤：

S1、提供一基底；

S2、在该基底上形成若干个具有分离设置的正电极和负电极的导电电极；

S3、用包括有线形材料的功能层连接所述的导电电极的正电极和负电极；

S4、将属于同一电子器件的若干导电电极的正电极用引线连接，并将负电极也用引线连接，在本发明中，同一电子器件至少包括两个导电电极；

S5、设置引线电极将所述连接导电电极的正电极的引线互联，设置引线电极将所述连接导电电极的负电极的引线互联，得到电子器件阵列；需要说明的是，在该电子器件阵列中可以不仅仅包括一种规格的电子器件，在设计时，可以在同一基板上设计多种的电子器件，以满足不同的需要；

S6、切割所述电子器件阵列得到分离的电子器件。

本发明提供的制备电子器件的方法通过在同一基板上同时制作多个的电子器件，以满足产业化生产制造的需求。并且，需要说明的是，虽然这里以S1、S2…这种分步骤的方式加以表述，但是这并不代表任何先后顺序的关系，在优选的实施方式中，上述的导电电极、引线电极、引线等结构可以同时印刷至基板上，这将在下述的实施例中进一步描述。

为了更好的阐述本发明，下面提供一些具体的实施例对本发明的内容做进一步解释。

实施例1

参图3和图4，首先将4英寸带有二氧化硅绝缘层的硅片21先后浸泡在乙醇、异丙醇和水中各超声10-30分钟，然后取出用高纯氮气吹干；再将此硅片21置于10^-4Pa级别的真空环境下，在硅片21上通过磁控溅射工艺获得梳齿状的导电电极22、23（即并列排布的导电迹线）和引线电极24，引线电极24厚度为40nm左右；利用配有10皮升喷头的喷墨打印机，将半导体碳纳米管水基墨水打印到上述的梳齿状导电电极22、23上，打印过程中基台温度为60℃，所有相邻的梳齿状导电电极22、23部位均采用整块打印，形成功能层；电子器件中的导电电极为梳齿状，梳齿间的间距为10-60微米，上述墨水中所含的半导体碳纳米管搭接在互不相交的梳齿之间，形成了导通，引线电极24连接外接装置，得到不同功能的电子器件阵列200；最后将电子器件阵列用去离子水清洗吹干，并在120-150℃的温度范围内退火30分钟。

利用探针台和源表设备测量所制备的电子器件的电性能，发现电子器件20之间性能的最大差别在6倍左右，小于普通结构下碳纳米管器件约10倍的差别，均一性得到显著提高。

实施例2

参图5和图6，首先将切割成10cm见方的PET薄膜揭31去上层保护膜，在10^-4Pa级别的环境下真空沉积铝得到如图所示的引线电极33和导电电极32，所沉积的铝电极（即引线电极33和导电电极32）的厚度为50nm左右；然后将分散在乙醇中的ZnO纳米线直接凹版印刷到导电电极32区域；电子器件30中的导电电极32为方形，导电电极的正电极321和负电极322之间的间隔宽度范围30-100微米，ZnO纳米线搭接在正电极321和负电极322之间形成了导通，形成功能层；引线电极33连接外接装置；得到不同功能的电子器件阵列300；最后将电子器件阵列300在90-130℃的温度下烘烤10-30分钟。

利用探针台和源表设备测量所制备电子器件的电学性能，发现电子器件30之间性能的最大差别在3倍左右，小于普通结构下ZnO纳米线器件约7倍的差别，均一性得到显著提高。

实施例3

参图7，首先将切割成3cm见方的硅41（带有二氧化硅绝缘层）先后浸泡在乙醇、异丙醇和水中各超声10-30分钟，取出后用高纯氮气吹干。以此硅片41为衬底，通过气流喷印法打印银墨水，以获得如图所示的梳齿状的导电电极42和引线电极43。图中所示的交叉处44引线之间设置印刷聚酰亚胺来作为绝缘层。打印过程中工作台温度为60摄氏度，打印速度为2到8毫米/秒；打印完成后的样品在250摄氏度的烘箱中烘烤10-30分钟；利用配有30皮升级别喷头的喷墨打印机，将半导体碳纳米管与ZnO纳米线的混合水溶液打印到完成上述步骤的梳齿状导电电极42区域，形成功能层，打印过程中基台温度为50℃，所有梳齿状导电电极区域均按照不同的器件所属分开打印；得到具有不同功能的电子器件阵列400；最后将电子器件阵列400利用去离子水清洗吹干，并在100-150℃的温度范围内退火30分钟。

利用探针台和源表设备测量所制备电子器件的电性能，发现电子器件之间性能的最大差别在8倍左右，小于普通结构下电器件性能约20倍的差别，均一性得到显著提高。

实施例4

参图8，将切割成3cm见方的高平整度玻璃片51先后浸泡在乙醇、异丙醇和水中各超声10-30分钟，取出后用高纯氮气吹干；以此玻璃片51为衬底，通过气流喷印法打印银墨水，以获得如图所示的梳齿状的导电电极52和引线电极53；图中所示的交叉处54引线之间设置聚酰亚胺层作为绝缘层。打印过程中工作台温度为80摄氏度，打印速度为2到10毫米/秒。打印完成后的样品在250摄氏度的烘箱中烘烤10-30分钟；再次利用气流喷印设备将分散在乙二醇二甲醚中的硅纳米线打印到完成上述步骤的梳齿状导电电极区域，形成功能层，打印过程中基台温度为50℃，所有相邻的梳齿状导电电极部位均采用整块打印；得到具有不同功能的电子器件阵列；最后将电子器件阵列500放在150-200℃的温度范围内退火30分钟。

利用探针台和源表设备测量所制备的电子器件的电性能，发现硅纳米线电子器件之间性能的最大差别在6倍左右，小于普通结构下电子器件电性能约20倍的差别，均一性得到显著提高。

本发明的导电电极通过设置分离的正电极和负电极，并进一步通过包含线形材料的功能层连接该正电极和负电极，使得采用该导电电极的电子器件的电学性能的均一性得到显著提高。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有线形材料的导电电极，其特征在于，所述导电电极包括：

分离设置的正电极和负电极；

功能层，所述功能层连接所述正电极和所述负电极，所述功能层包括线形材料。

2.根据权利要求1所述的导电电极，其特征在于，所述功能层通过喷墨打印、气流喷印、凹版印刷、柔版印刷、凹版胶印、网版印刷、平版印刷中的一种或几种的组合连接于所述正电极和所述负电极之间。

3.根据权利要求1或2所述的导电电极，其特征在于，所述线形材料选自碳纳米管、无机半导体纳米线、金属氧化物纳米线、有机纳米线中的一种或几种的组合。

4.一种电子器件，其特征在于，包括：

基底；

设置于所述基底上的第一导电电极和第二导电电极，所述第一导电电极和所述第二导电电极分别包括：

分离设置的正电极和负电极；

功能层，所述功能层连接所述正电极和所述负电极，所述功能层包括线形材料；其中，

所述第一导电电极的正电极和所述第二导电电极的正电极间连接有第一引线，所述第一导电电极的负电极和所述第二导电电极的负电极间连接有第二引线，所述第一引线和所述第二引线分别连接有引线电极。

5.根据权利要求4所述的电子器件，其特征在于，所述电子器件还包括设置于所述基底上的第三导电电极和第四导电电极，所述第三导电电极和第四导电电极分别包括正电极和负电极，所述第三导电电极的正电极和所述第四导电电极的正电极间连接有第三引线，所述第三导电电极的负电极和所述第四导电电极的负电极间连接有第四引线，所述第三引线与所述连接于第一引线的引线电极相连，所述第四引线与所述连接于第二引线的引线电极相连。

6.根据权利要求5所述的电子器件，其特征在于，所述第一引线、第二引线、第三引线、第四引线中的至少两根引线具有交叉处，所述交叉处的至少两根引线之间设置有绝缘层。

7.根据权利要求4所述的电子器件，其特征在于，所述引线电极通过印刷、真空沉积、溅射、刻蚀中的一种或几种的组合制得。

8.根据权利要求4所述的电子器件，其特征在于，所述基底选自玻璃、硅片、陶瓷、高分子薄膜、金属片中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求4所述的电子器件，其特征在于，所述电子器件还包括设置于所述第一导电电极和/或第二导电电极上的第五导电电极，所述第五导电电极与所述第一导电电极和/或第二导电电极间设置有绝缘层。

10.一种用于制备权利要求4至9之任意一项所述的电子器件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

提供一基底；

在所述基底上形成若干个具有分离设置的正电极和负电极的导电电极；

用包括有线形材料的功能层连接所述导电电极的正电极和负电极；

将属于同一电子器件的若干导电电极的正电极用引线连接，并将负电极也用引线连接；

设置引线电极将所述连接导电电极的正电极的引线互联，设置引线电极将所述连接导电电极的负电极的引线互联，得到电子器件阵列；

切割所述电子器件阵列得到分离的电子器件。

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