CN110149100B - 柔性电子器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了柔性电子器件及其制备方法。柔性电子器件包括:柔性基底,所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔;以及电子器件,位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准,其中,所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。该柔性电子器件实现带空腔或通孔的柔性基底和电子器件的稳固连接。

Description

柔性电子器件及其制备方法
技术领域
本申请一般地涉及半导体技术领域,更具体地,柔性电子器件及其制备方法。
背景技术
传统的电子器件无论是元器件还是连接导体均制造在刚性电路板上,刚性基底虽然能够很好地保护电子器件不受损伤,但限制了电子器件向适应性和便携性的发展。
柔性电子器件是一种将无机或有机电子器件制造在柔性载体(也成为柔性基板)上的,可变形或可弯曲的电子装置。它不仅保留传统硅晶电子设备的电学性能,还加入了柔性基底的延展性,使得器件在拉、压、弯、扭等变形下依然能保持良好的性能。柔性电子器件具有重量轻、可伸展、可挠曲、可适应复杂起伏表面、携带方便等特点。基于柔性电子工艺设计和制造的传感器和执行器等电子器件的适用范围相比传统电子器件将显著扩大,这些新型电子器件在消费电子、生物医疗、信息通信、航空航天、军事国防等领域有重要作用。在柔性电子器件中,柔性微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System) 器件是重要的一个分支。柔性MEMS具有功耗低、性能可靠、生物相容性好等特点,已经被广泛应用到医疗领域中。
实现电子器件柔性化的一种一般方法是直接利用柔性材料制作柔性电子器件。这种方法的优点是工艺简单便利,但由于柔性功能材料的介电系数、压电系数等较小,因此器件性能并不理想。
实现电子器件柔性化的另一种一般方法是在一层柔性基底,例如二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(parylene)、等高分子聚合物上直接制造电子器件。这样的方法虽然简化了制造流程,但传统电子设备采用的材料,如硅、金属等,与高分子有机物之间很难形成稳固连接,且硅基电子工艺的加工设备和方法并不完全适用于柔性材料的加工。
尽管如此,采用以上两种方法所制造出的柔性电子器件在适用范围上仍受较大限制。这是因为对于更高性能的柔性设备而言,其对制造条件的要求也更高。器件的性能保证是实现高性能柔性设备的必要条件之一,因此必须优先满足。
为了评估器件性能,通常引入品质因数Q值和机电耦合系数Kt。品质因数Q值反映器件内部阻尼性质,即声损耗大小,其值越大声损耗越小,声损耗主要与压电材料种类有关,Q值一般在10~2000范围内;机电耦合系数Kt 则描述器件整体的机电能量转换效率,其值越大器件性能就越好,主要与压电材料的压电系数有关,比较典型的Kt值在0.2%~20%之间。以高性能FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator,薄膜体声波谐振器)为例,其制造过程涉及压电材料的选取、各层成膜条件控制等。按照上述要求,应尽量选择压电系数合适且声损耗较小的压电材料用于制造压电层。除此之外,在压电层成膜时还应严格控制沉积条件如提供晶向引导的种子层取向、沉积温度等,以便获得具有高晶体质量的压电薄膜。以上所述内容需要在特定工艺环境下完成,而柔性衬底往往与该类型工艺不兼容。
综上,如何在保证电子器件与柔性基底稳固连接的基础上制作高性能的电子器件,特别是高性能的MEMS器件成为本领域技术人员亟待解决的一个技术难题。
发明内容
本申请针对现有技术中所存在的等缺陷,提供了能够解决上述问题的柔性电子器件及其制备方法。
针对高性能柔性电子器件的制造,本申请利用的一种可行做法是用传统 CMOS工艺将高性能器件单独制造出来,然后再使之与柔性衬底结合,并由此获得高性能柔性电子器件。
根据本发明的一方面,提供了一种柔性电子器件,包括:柔性基底,所述柔性基底具有开口向上的空腔或通孔;以及电子器件,位于所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准,其中,所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。
优选地,所述电子器件为第一电容器的上极板,其中,当所述电子器件为第一电容器的上极板时,所述第一电容器的下极板设置在所述空腔或通孔的底面上;或者所述电子器件为第二电容器,其中,所述第二电容器包括间隔开的上极板和下极板。
优选地,柔性电子器件,其特征在于包括粘附层,所述粘附层设置在所述柔性基底与所述电子器件之间以将所述电子器件粘附至所述柔性基底。
优选地,所述电子器件包括声波谐振器,所述声波谐振器包括:上电极、下电极以及介于所述上电极和所述下电极之间的压电层。
优选地,所述压电层为压电薄膜,所述压电薄膜的材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。
优选地,所述声波谐振器的机电耦合系数Kt大于3%,或其品质因数Q 大于800。
优选地,柔性电子器件包括覆盖层,设置在所述柔性基底以及所述电子器件上方,其中,所述覆盖层具有露出所述电子器件的工作区域的开口。
优选地,所述电子器件包括超声波换能器,其中,所述超声波换能器包括顶电极、压电层和底电极。
优选地,所述压电层为压电薄膜,材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)。
优选地,柔性电子器件还包括:保护层,设置在所述覆盖层以及所述开口上方以保护所述电子器件,其中,所述覆盖层用于支撑所述保护层以避免所述保护层与所述电子器件直接接触。
优选地,所述柔性基底包括聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜 (PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、和各种含氟聚合物(FEP)。
优选地,所述空腔或通孔的横截面形状包括圆形、三角形、多边形或其任意组合。
优选地,所述粘附层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。
优选地,所述覆盖层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。
优选地,所述保护层包括聚酰亚胺。
根据本发明的另一方面,提供了一种柔性电子器件的制备方法,包括以下步骤:提供柔性基底和电子器件;在所述柔性基底中形成开口向上的空腔或通孔;以及将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准,其中,所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。
优选地,在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前,在所述空腔或通孔的底面上形成第一电容器的下极板,并且所述电子器件为所述第一电容器的上极板。
优选地,柔性电子器件的制备方法包括以下步骤:在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前,在具有所述空腔或通孔的柔性基底上方设置粘附层,以将所述电子器件的非工作区域粘附至所述柔性基底。
优选地,其特征在于,在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之后,将覆盖层设置在所述柔性基底和所述电子器件上方;以及去除覆盖层的位于所述电子器件的工作区域上方的部分以形成开口。
优选地,在所述覆盖层和所述开口上方形成保护层以保护所述电子器件并且避免所述保护层与所述电子器件直接接触。
优选地,提供所述电子器件进一步包括:在硅衬底上制造所述电子器件;以及将所述电子器件转移至柔性基底。
优选地,所述电子器件包括第二电容器、所述声波谐振器和超声波换能器。
本申请所提供的柔性电子器件及其制备方法能够实现带空腔或通孔的柔性基底和电子器件的稳固连接。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请的实施例的柔性电子器件的截面图;
图2是根据本申请的实施例的柔性电子器件的截面图;
图3是根据本申请的实施例的柔性电子器件的截面图;
图4是根据本申请的实施例的柔性电子器件的截面图;
图5A是根据本申请的第一实例的声波谐振器的截面图;
图5B是根据本申请的第四实例的声波谐振器的截面图。
图6是根据本申请的第二实例的电容器压力传感器的截面图;
图7是根据本申请的第三实例的超声波换能器的截面图;以及
图8是根据本申请的实施例的柔性电子器件的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
图1是根据本申请的第一实施例的柔性电子器件的截面图。下文中,将参照图1至图7,对各种柔性电子器件进行描述。
根据本申请的实施例的柔性电子器件100包括:柔性基底102,柔性基底具有开口向上的空腔或通孔110;以及电子器件106,位于空腔或通孔110上方并与空腔或通孔110对准,其中,空腔或通孔110的横截面尺寸小于电子器件106的平面尺寸,例如,空腔或通孔110的横截面的面积小于电子器件106 的平面面积。
柔性电子器件100还包括粘附层104,粘附层104设置在柔性基底102与电子器件106之间以将电子器件106粘附至柔性基底102。可选地,可以去除该粘附层104,利用电子器件和柔性基底之间的作用力维持二者相对稳定的连接。具体地,柔性基底包括聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、和各种含氟聚合物(FEP)。空腔或通孔的横截面形状包括圆形、三角形、多边形。粘附层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。
许多电子器件需要在其上下方留出足够的空间以维持良好的工作性能,例如麦克风、扬声器等以物理振动为主要工作模式的器件需要在其振动方向上保留一定空间以避免发生粘连或限制振动范围导致无法正常工作。又如薄膜体声波谐振器(FBAR,Film BulkAcoustic Resonator)等需要在与空气交界处形成良好的声波限制边界。空腔或通孔的引入意味着电子器件与柔性基底之间的接触面积大大减小,使得本就不很牢固的连接面临着更大的挑战。因而,在满足转移对准要求和保证有效振动面积的前提下还应尽量减小空间面积。
下面参照图2,对另一种柔性电子器件200进行描述。在该柔性电子器件 200中,除了包括覆盖层并且不包括粘附层之外,其他部件及其材料均与柔性电子器件100相同。柔性电子器件200包括覆盖层208,设置在柔性基底202 以及电子器件206上方,其中,覆盖层208具有露出电子器件的工作区域的开口。该覆盖层208能够使柔性基底与电子器件保持具有正确而稳定的相对位置。具体地,覆盖层包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物。
下面参照图3,对柔性电子器件300进行描述。在该柔性电子器件300中,除了覆盖层及其材料类似于图2中的覆盖层208之外,其他部件及其材料均与柔性电子器件100相同。柔性电子器件300包括:粘附层304,粘附层304设置在柔性基底302与电子器件306之间以将电子器件306粘附至柔性基底302。柔性电子器件300包括覆盖层308,设置在柔性基底302以及电子器件306上方,其中,覆盖层308具有露出电子器件的工作区域的开口。粘附层304和覆盖层308共同使柔性基底和电子器件具有正确而稳定的相对位置。
下面参照图4,对柔性电子器件400进行描述。在该柔性电子器件400中,除了保护层410之外,其他部件及其材料均与柔性电子器件300相同。柔性电子器件400包括保护层410,设置在覆盖层408以及开口上方以保护电子器件,其中,覆盖层408用于支撑保护层410以避免保护层410与电子器件406直接接触。此外,柔性电子器件400还包括柔性基底402和粘附层404。具体地,保护层包括聚酰亚胺。
下文中,将参照附图5A-7,对声波谐振器、电容式压力传感器和超声波换能器进行说明。
参照图5A-5B,电子器件506包括声波谐振器,声波谐振器包括:上电极 516、下电极512以及介于上电极516和下电极512之间的压电层514。此外,柔性电子器件500还包括具有空腔或通孔的柔性基底502、和粘合层504。声波谐振器的机电耦合系数Kt大于3%,或其品质因数Q大于800。该压电层可以为压电薄膜,材料包括但不限于氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、钪掺杂氮化铝(AlScN)等。
参照图6,电子器件606为电容器的上极板614,并且电容器的下极板612 设置在空腔或通孔的底面上。此外,柔性电子器件600还包括具有空腔或通孔的柔性基底602和覆盖层608。在可选实施例中,电子器件606为电容器,其中,所述电容器包括间隔开的上极板和下极板。换句话说,可以将电容器的上极板和下极板均设置在空腔或通孔上方。
参照图7,电子器件706包括超声波换能器,其中,超声波换能器包括顶电极716、底电极712以及介于顶电极716和底电极712之间的压电层714。此外柔性电子器件700还包括具有空腔或通孔的柔性基底702、粘合层704以及覆盖层708。在该实施例中,714压电层的材料与以上所述的声波谐振器中的压电层的材料相同,这里不再赘述。
下面将参照图1-图7对柔性电子器件进行详细描述。
带空腔或通孔的柔性电子器件包括带空腔或通孔110的柔性基底102、粘附层104、电子器件106,其结构如图1所示。柔性基底上的空腔或通孔横截面尺寸略小于电子器件的平面尺寸,具体地,电子器件的尺寸为几百甚至几十微米级,因此,由于该电子器件的尺寸小,该电子器件可以是柔性材料制作的电子器件也可以是非柔性材料制作的电子器件;电子器件位于空腔或通孔之上,与空腔或通孔对准并完全覆盖空腔或通孔。在柔性基底与电子器件之间存在粘附层,使二者具有稳固的物理连接。
带空腔或通孔的柔性电子器200包括:带空腔或通孔的柔性基底202、电子器件206、覆盖层208,其结构如图2所示。柔性基底上的空腔或通孔横截面尺寸略小于电子器件的平面尺寸;电子器件位于空腔或通孔之上,与空腔或通孔对准并完全覆盖空腔或通孔。在柔性基底和电子器件上方存在覆盖层,使柔性基底和电子器件具有正确而稳定的相对位置。
带空腔或通孔的柔性电子器件300包括:带空腔或通孔的柔性基底302、粘附层304、电子器件306、覆盖层308,其结构如图3所示。柔性基底上的空腔或通孔横截面尺寸略小于电子器件的平面尺寸;电子器件位于空腔或通孔之上,与空腔或通孔对准并完全覆盖空腔或通孔。在柔性基底与电子器件之间存在粘附层,在柔性基底和电子器件上方存在覆盖层,粘附层与覆盖层的作用是使柔性基底和电子器件具有正确而稳定的相对位置。
带空腔或通孔的柔性电子器件400包括:带空腔或通孔的柔性基底、粘附层、电子器件、覆盖层、保护层,其结构如图4所示。柔性基底上的空腔或通孔横截面尺寸小于电子器件的平面尺寸;电子器件位于空腔或通孔之上,与空腔或通孔对准并完全覆盖空腔或通孔。在柔性基底与电子器件之间存在粘附层,使二者具有稳固的物理连接。在电子器件上方存在保护层,其作用是保护电子器件免受水汽、氧气等对电子器件的影响和污染。在电子器件和保护层之间存在覆盖层,起支撑保护层的作用,避免保护层与电子器件直接接触。
图5A所示为一种基于无机材料的柔性FBAR的截面图,其结构包括:柔性基底502、粘附层504以及由下电极512、压电层514、上电极516组成的 FBAR。在可选地实施例中,柔性电子器件500也可去掉粘附层,利用电子器件和柔性基底之间的作用力维持二者相对稳定的连接。
图5B所示为一种基于无机材料的柔性FBAR的截面图。除了将图5A 中的空腔510替换为图5B中的通孔520之外,图5B中的柔性基底502、粘附层504以及由下电极512、压电层514、上电极516均与图5A中的相应部件相同。在可选实施中,关于通孔,其他柔性电子器件的结构与图5B中所示的柔性FBAR的结构相同,这里不再赘述。
图6所示是一种柔性电容式压力传感器的截面图,其结构包括,柔性基底 602、下极板612、覆盖层608、上极板614。
图7所示是一种柔性超声波换能器的截面图,其结构包括,柔性基底702、粘附层704、底电极712、压电薄膜714、顶电极716、覆盖层708。
下文中,将参照图8,对柔性电子器件的制备方法800进行描述。
根据本申请的实施例的柔性电子器件的制备方法包括以下步骤:在步骤 802中,提供柔性基底和电子器件;在步骤804中,在柔性基底中形成开口向上的空腔或通孔;以及在步骤806中,将电子器件放置在空腔或通孔上方并与空腔或通孔对准,其中,空腔或通孔的横截面尺寸小于电子器件的平面尺寸。可选地,柔性电子器件的制备方法还可以包括在将电子器件放置在空腔或通孔上方之前,在空腔或通孔的底面上形成电容器的下极板,并且电子器件为电容器的上极板。可选地,柔性电子器件的制备方法还可以包括在将电子器件放置在空腔或通孔上方之前,在具有空腔或通孔的柔性基底上方设置粘附层,以将电子器件的非工作区域粘附至柔性基底。
可选地,柔性电子器件的制备方法还可以包括在将电子器件放置在空腔或通孔上方之后,将覆盖层设置在柔性基底和电子器件上方;以及去除覆盖层的位于电子器件的工作区域上方的部分以形成开口。可选地,柔性电子器件的制备方法还可以包括在覆盖层和开口上方形成保护层以保护电子器件并且避免保护层与电子器件直接接触。具体地,提供电子器件进一步包括:在硅衬底上制造电子器件;以及将电子器件转移至柔性基底。其中,电子器件可以包括电容器、所述声波谐振器和超声波换能器。例如,提供声波谐振器进一步包括在硅基底上制作压电薄膜及电极,然后包括压电薄膜和电极的声波谐振器经转移至柔性基底。
下文中,将参照附图1-7对柔性电子器件的制备方法进行详细描述。
参照图1和图8,所述柔性电子器件的制备方法包括:步骤一:提供一个柔性基底和电子器件;步骤二:在柔性基底上形成一个一定横截面形状的空腔或通孔;步骤三:在具有空腔或通孔的柔性基底上覆盖一层粘附层;步骤四:利用高粘附性的弹性体软印章,把电子器件从供体基底上提起,然后再转移到粘附层上,同时保证器件的有效区域与柔性基底上的空腔或通孔对准。
参照图2和图8,所述柔性电子器件的制备方法包括:步骤一:提供一个柔性基底和电子器件;步骤二:在柔性基底上形成一个一定横截面形状的空腔或通孔;步骤三:利用高粘附性的弹性体软印章,把电子器件从供体基底上提起,然后再转移到柔性基底上,同时保证器件的有效区域与柔性基底上的空腔或通孔对准;步骤四:在柔性基底和电子器件之上覆盖一层覆盖层;以及步骤五:去除位于覆盖层中心的一部分材料,露出下方的电子器件,但保证电子器件的边缘仍位于覆盖层的覆盖之下。
参照图3和图8,柔性电子器件的制备方法包括:步骤一:提供一个柔性基底和电子器件;步骤二:在柔性基底上形成一个一定横截面形状的空腔或通孔;步骤三:在具有空腔或通孔的柔性基底上覆盖一层粘附层;步骤四:利用高粘附性的弹性体软印章,把电子器件从供体基底上提起,然后再转移到粘附层上,同时保证器件的有效区域与柔性基底上的空腔或通孔对准;步骤五:在粘附层和电子器件之上覆盖一层覆盖层;以及步骤六:去除位于覆盖层中心的一部分材料,露出下方的电子器件,但保证电子器件的边缘仍位于覆盖层的覆盖之下。
参照图4和图8,柔性电子器件的制备方法包括:步骤一:提供一个柔性基底、电子器件和保护层;步骤二:在柔性基底上形成一个一定横截面形状的空腔或通孔;步骤三:在具有空腔或通孔的柔性基底上覆盖一层粘附层;步骤四:利用高粘附性的弹性体软印章,把电子器件从供体基底上提起,然后再转移到粘附层上,同时保证器件的有效区域与柔性基底上的空腔或通孔对准;步骤五:在粘附层和电子器件之上覆盖一层覆盖层;步骤六:去除位于覆盖层中心的一部分材料,露出下方的电子器件的核心区域;步骤七:采用层压的方式将保护层和覆盖层连接在一起。
需要强调的是,以上四种柔性电子器件中提及的柔性基底可以由聚酰亚胺 (PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、各种含氟聚合物(FEP)等构成,但并不局限于以上材料;柔性基底上的空腔或通孔可以由热压印、反应离子刻蚀(RIE)等方法形成,但并不局限于以上方法;空腔或通孔的横截面形状可以为圆形、三角形、多边形等形状之一或其任意组合,但并不局限于以上形状;粘附层可以为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物,但并不局限于以上物质;覆盖层可以为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、乙基纤维素(EC)之一或以上物质的任意混合物,但并不局限于以上物质;电子器件可以是例如微型麦克风、微型扬声器、微型电容传感器、薄膜体声波谐振器(FBAR)、微型压电换能器(PMUT)等需要在其上方或下方或上方及下方留出足够的空间以维持良好的工作性能的电子器件,但并不局限于以上电子器件;保护层可以是各种聚合物膜,如聚酰亚胺(PI),但不局限于以上物质。
上述四种柔性电子器件中电子器件为杨氏模量大于150GPa的材料,如单晶硅、金属、压电陶瓷等,柔性基底为杨氏模量小于50GPa的材料,如聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(parylene)、涤纶树脂(PET)等。
上述柔性基底通常具有2~2000μm的厚度。采用以上四种制备方法制作的具有上述厚度的基底的柔性电子器件均可在最小弯曲半径小于10cm或拉伸极限大于15%的情况下正常工作,且柔性基底不出现明显的裂纹或破坏。
参照图5A和图8,柔性FBAR的制备方法包括:步骤一:在单晶硅基底上加工出FBAR,其制造次序为:牺牲层、底电极、压电层、顶电极,其中牺牲层在制造过程最后一步被释放掉;步骤二:通过压印技术在涤纶树脂(PET) 基底上压印出与FBAR有效区域具有相似形状的空腔或通孔;步骤三:在柔性基底上旋涂一层聚酰亚胺(PI),在一定温度下烘干一段时间;步骤四:通过显微操作,将在硅基底上制备好的FBAR提起,移去器件台,换为基底,通过微调将谐振器与空腔或通孔对准,将其放置于粘附层上。
参照图5B和图8,所述柔性FBAR的制备方法包括:步骤一:在单晶硅基底上加工出FBAR,其制造次序为:牺牲层、底电极、压电层、顶电极,其中牺牲层在制造过程最后一步被释放掉;步骤二:通过反应离子刻蚀(RIE) 技术在涤纶树脂(PET)基底上刻蚀出与FBAR有效区域具有相似形状的通孔;步骤三:在柔性基底上旋涂一层聚酰亚胺(PI),在一定温度下烘干一段时间;步骤四:通过显微操作,将在硅基底上制备好的FBAR提起,移去器件台,换为基底,通过微调将谐振器与空腔对准,将其放置于粘附层上。关于具有通孔的制备,其他柔性电子器件的制备方法与图5B中所示的柔性FBAR的制备方法相同,这里不再赘述。
参照图6和图8,柔性压力传感器的制备方法包括:步骤一:对一块柔性基底进行反应离子刻蚀,得到一个半径为10μm,深度为10μm的圆形空腔或通孔;步骤二:在空腔或通孔底部沉积一层铝膜,形成下电极层;步骤三:准备一块单晶硅片,在其表面形成一定厚度的磷硅玻璃(PSG)为牺牲层,在 PSG上形成一定厚度的铝膜,形成上电极;步骤四:利用氢氟酸腐蚀PSG,去除上极板的硅衬底;步骤五:通过显微操作,将上电极提起,调整位置将谐振器与空腔或通孔对准,将其放置于柔性基底上;步骤六:在柔性基底和上极板表面旋涂一层均匀的柔性聚合物材料作为覆盖层,并通过刻蚀露出下极板的有效变形区域,并保证上下极板之间形成密封腔。
参照图7和图8,柔性压力传感器的制备方法包括:步骤一:在硅基底上通过微加工方法形成压电薄膜及上下薄膜电极结构;步骤二:对一块柔性基底进行反应离子刻蚀,得到一个半径为10μm,深度为10μm的圆形空腔或通孔;步骤三:在柔性基底上旋涂一层聚酰亚胺(PI),在一定温度下烘干一段时间;步骤四:通过显微操作,将压电薄膜/上下电极结构提起,调整位置将谐振器与空腔或通孔对准,将其放置于粘附层上;以及步骤五:在粘附层和压电薄膜 /上下电极结构表面旋涂一层均匀的柔性聚合物材料作为覆盖层,并通过刻蚀露出压电层的有效区域。
需说明的是,以上三个实例仅以本专利所述四种柔性电子器件及制备方法中的三种为例,实际设计制造过程并不局限于这三种方法,可依情况选择四种结构及其制备方法中的任意一种。
本申请的以上实施例所述的柔性电子器件及其制备方法能够实现带空腔或通孔的柔性基底和电子器件的稳固连接,进而获得不会限制器件的工作范围并具有高性能的柔性电子器件。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种柔性电子器件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供柔性基底;
在所述柔性基底中形成开口向上的空腔或通孔;以及
提供在硅衬底上制造的电子器件,将所述电子器件转移至具有所述空腔或通孔的柔性基底,以将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方并与所述空腔或通孔对准,其中,所述空腔或通孔的横截面尺寸小于所述电子器件的平面尺寸。
2.根据权利要求1所述的柔性电子器件的制备方法,其特征在于,在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前,在所述空腔或通孔的底面上形成第一电容器的下极板,并且所述电子器件为所述第一电容器的上极板。
3.根据权利要求1所述的柔性电子器件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之前,在具有所述空腔或通孔的柔性基底上方设置粘附层,以将所述电子器件的非工作区域粘附至所述柔性基底。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的柔性电子器件的制备方法,其特征在于,在将所述电子器件放置在所述空腔或通孔上方之后,将覆盖层设置在所述柔性基底和所述电子器件上方;以及
去除覆盖层的位于所述电子器件的工作区域上方的部分以形成开口。
5.根据权利要求4所述的柔性电子器件的制备方法,其特征在于,在所述覆盖层和所述开口上方形成保护层以保护所述电子器件并且避免所述保护层与所述电子器件直接接触。
6.根据权利要求1所述的柔性电子器件的制备方法,其特征在于,所述电子器件包括第二电容器、声波谐振器和超声波换能器。
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