CN116507490A - 用于制造柔性微电子器件以及将其与刚性基板分离的技术 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于制造柔性微电子器件的层合结构和方法。该层合结构包括刚性基板、柔性微电子结构以及设置在该刚性基板与该柔性微电子结构之间的脱离结构。该脱离结构包括由非金属无机材料制成的至少一个脱离层。该层合结构包括第一剥离表面和第二剥离表面，其中该剥离表面中的至少一个剥离表面对应于该脱离结构的表面或该脱离结构内的表面。第一剥离表面和第二剥离表面能够通过由机械分层和/或加压流体分层产生的脱离力来剥离，从而允许将柔性微电子器件与刚性基板分离。

Description

用于制造柔性微电子器件以及将其与刚性基板分离的技术

相关申请

本申请要求均于2020年10月6日提交的美国申请序列63/088.133号和美国申请序列63/088.150号的优先权，这些美国申请的内容以引用方式并入本文中。

技术领域

技术领域整体涉及柔性电子器件领域，并且更具体地涉及用于制造柔性微电子结构以及/或者用于将柔性微电子结构与刚性基板分离的技术。

背景技术

在柔性电子器件(例如晶体管、电容器、二极管等)领域中使用的电子部件的制造工艺一般包括将柔性基板或聚合物基板(例如PET、PEN、PI等)牢固地结合到刚性基板(例如玻璃、硅晶片、SiO₂/硅晶片等)。在制造工艺完成后，柔性基板或聚合物基板通常需要从刚性载体基板释放或脱离。已知现有方法昂贵且复杂，因此导致相对低的产率。

在柔性电子器件、不同器件中的柔性层和/或基板的具体实施以及用于制造它们的方法的领域中仍然存在挑战。

发明内容

根据一方面，提供了一种用于制造柔性微电子器件的层合结构。层合结构包括刚性基板；柔性微电子结构，该柔性微电子结构包括至少一个器件层；和至少一个柔性基板器件层；和脱离结构，该脱离结构设置在刚性基板与柔性微电子结构之间。脱离结构包括由非金属无机材料制成的至少一个脱离层。层合结构包括第一剥离表面和第二剥离表面。剥离表面中的至少一个剥离表面对应于脱离结构的表面或脱离结构内的表面。第一剥离表面和第二剥离表面能够通过由机械分层和/或加压流体分层产生的脱离力来剥离，从而允许将柔性微电子器件与刚性基板分离。

在可能的实施方案中，刚性基板包含以下中的至少一者：硅、氧化铝、钢、蓝宝石和玻璃。

在可能的实施方案中，脱离结构的至少一个脱离层是单一脱离层，该单一脱离层包含以下中的一者：氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物。单一层可以包含以下中的一者：二氧化硅、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。优选地，单一层具有15μm或更小的厚度。

在可能的实施方案中，第一剥离表面对应于脱离结构的顶表面，并且第二剥离表面对应于柔性微电子结构的底表面。在其他可能的实施方案中，第一剥离表面对应于脱离结构的底表面，并且第二剥离表面对应于刚性基板的顶表面。

在可能的实施方案中，脱离结构至少包括第一脱离层和第二脱离层，在脱离结构内形成剥离界面。

在可能的实施方案中，第一脱离层和第二脱离层中的一者包含金属或金属合金；并且第一脱离层和第二脱离层中的另一者包含以下中的一者：氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物。金属或金属合金可以包括以下中的一者：Ni、Al、Cu或Pd或者它们的合金。另一脱离层可以包含以下中的一者：二氧化硅、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。可以在刚性基板上形成第一脱离层，并且在第一脱离层的顶部上形成第二脱离层。优选地，第二脱离层具有20μm或更小的厚度。

在可能的实施方案中，至少一个脱离层包括图案化层，该图案化层包括多个图案。多个图案可以均匀地分布在脱离结构的层中的一个层的顶外表面和底外表面上，第一剥离表面对应于图案化层的顶表面，并且第二剥离表面对应于刚性基板的顶表面。

在可能的实施方案中，层合结构还可以包括一个或多个附加层，该一个或多个附加层在至少一个脱离层与柔性基板器件层之间延伸。这些附加层具有水分阻隔特性，具有例如10^-1g/m²/天或更低的水蒸气透过率。

在可能的实施方案中，脱离结构的总厚度为20μm或更小。

根据另一方面，提供了一种制造柔性微电子器件的方法。该方法包括形成如上文所描述的层合结构。该方法可以包括提供刚性基板，在该刚性基板上方形成脱离结构；在脱离结构上方形成柔性微电子结构；以及通过在第一剥离表面和/或第二剥离表面上施加脱离力，在剥离界面处将柔性微电子结构与刚性基板分离。

在可能的具体实施中，该方法还包括将柔性微电子结构转移到柔性主基板上。

取决于具体实施，剥离界面能够被设置在脱离结构的脱离层中的两个脱离层之间；脱离结构与柔性微电子结构之间；或者脱离结构与刚性基板之间。

在可能的具体实施中，可以通过以下操作来实现分离：使用层合结构上的一个或多个真空启用表面施加脱离力，以通过将脱离结构的第一剥离表面与刚性基板上的第二剥离表面分层而将柔性微电子器件与刚性结构分离。一种可能的选项是在层合结构的位于第一剥离表面与第二剥离表面之间的开放区段处施加加压流体的受控释放。在可能的具体实施中，分离包括引发阶段和剥离阶段，此时，在引发阶段期间施加的脱离力大于在剥离阶段期间施加的脱离力。一种可能的选项是使用层流射流在第一剥离表面与第二剥离表面之间注入加压流体。另一种选项是使用一股或多股相异射流在第一剥离表面与第二剥离表面之间注入加压流体。取决于具体实施，以高于25mm/s，并且优选地高于35mm/s，并且更优选地高于100mm/s的分层速度来执行分离。

在可能的具体实施中，通过注入一股或多股集中射流来执行分离，该一股或多股集中射流形成从第一剥离表面与第二剥离表面之间的中央区内朝向层合结构的边缘传播的流体囊或流体积聚堆积。在可能的具体实施中，可以在第一剥离表面与第二剥离表面之间注入催化剂。该催化剂可以包含以下中的一者：水基流体、丙酮、异丙醇、甲醇或氟碳基流体。射流可以通过设置在流体注射喷嘴的前端处的纵向狭缝进行喷射，从而在离开喷嘴时形成气刀，或者一股或多股相异射流可以通过设置在流体注射喷嘴的前端处的两个或更多个出口进行喷射，该出口以预定距离间隔开。

在可能的具体实施中，柔性器件结构可以固定到柔性主基板，该柔性主基板包括聚合物、塑料或者有机或无机薄膜。

在参考附图阅读本发明的实施方案后，将更好地理解其他特征。

附图说明

图1A是根据可能的实施方案的用于制造柔性微电子器件的方法的流程图。图1B是图1A的方法的步骤的示意图。

图2A是根据一个实施方案的用于制造柔性微电子器件的方法的流程图，其中使用了单一层脱离结构。图2B和图2C是图2A的方法的步骤的示意图。

图3A至图3H是根据可能的实施方案的具有不同纵横比的脱离层的可能图案的示意图。

图4是表示负载(以gF计)作为使a)聚酰亚胺从玻璃基板分层以及使b)所提出的脱离结构从玻璃基板分层所需的分层行程(以mm计)的函数的曲线图。

图5A是根据另一可能的实施方案的用于制造柔性微电子器件的方法的流程图，其中使用了双层脱离结构。图5B是图5A的方法的步骤的示意图。

图6A至图6C是根据各种实施方案的包括多层脱离结构的不同层合结构的示意图。图6D是可能的多层脱离结构的示意图，其中分层发生在不同脱离界面处。

图7A是由不同材料制成的脱离层内部的应力水平的曲线图。图7B示出了调整层内的应力以控制脱离结构中可能发生分层的位置的可能方法。

图8A是机械分层的示意图。图8B是加压流体分层的示意图。

图9是加压流体分层过程的示意图，其中流体积聚形成于柔性微电子结构与刚性基板之间。

图10A是层合结构的示意图，该层合结构用于制造柔性微电子器件，同时通过具有两个出口的喷嘴使用在层合结构的剥离界面之间喷射的射流进行分层。图10B示出了根据另一具体实施的具有狭缝的喷嘴，该喷嘴用于在剥离表面之间喷射层流射流。

图11是示出机械分层对比加压流体分层中涉及的引发力和分层力作为时间的函数的曲线图。

图12是根据一个实施方案的用于从刚性基板剥离柔性微电子结构的装置的图示。

图13是根据另一实施方案的用于从刚性基板剥离柔性微电子结构的装置的图示，其中除了真空辊以外还使用流体喷嘴。

图14是根据另一实施方案的用于在剥离模式下操作的从刚性基板剥离柔性微电子结构的装置的图示。

图15是在转移模式下操作的图14的装置的图示。

图16示出了根据一个实施方案的刚性基板上的柔性微电子结构。

图17A至图17B各自示出了切割机构的实施方案。图17A示出了刀或刀片，并且图17B示出了激光器。

图18示出了用于通过在层合结构的边缘处形成开放或暴露区段来初始化剥离步骤的机构的示例。

图19示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台来实现，其中辊存在于固持刚性基板的台下方以维持均匀的剥离线。

图20示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台和流体喷嘴来实现。

图21示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台、流体喷嘴以及用于收集催化剂流体的槽来实现。

图22A至图22B示出了被转移在柔性主基板上的柔性微电子结构的两个可能的实施方案：一个实施方案借助于平坦真空台(图22A)，并且一个实施方案借助于辊(图22B)。

具体实施方式

在以下描述中，图式中的类似特征已被提供类似的附图标记。为了不过度地妨碍附图，如果在先前附图中已经提及了一些元件，则可以不在一些附图上指示这些元件。在本文中还应理解，图中的元件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地示出本实施方案的元件和结构上。

术语“一(a/an)”和“一个”在本文中被定义为意指“至少一个”，即除非另外陈述，否则这些术语不排除复数个项目。修改示例性实施方案的特征的值、条件或特性的诸如“基本上”、“大致”和“约”的术语应被理解为是指该值、条件或特性被限定在此示例性实施方案对于其预期应用的适当操作可接受的容限内。

除非另外陈述，否则术语“连接”和“耦接”以及它们的衍生词和变体在本文中是指两个或更多个元件之间的任何结构和/或功能连接或耦接(直接或间接)。例如，元件之间的连接或耦接可以是机械的、光学的、电的、逻辑的或它们的任何组合。

表述“器件”是指与至少一个功能性相关联的部件或组件。器件的示例是电子器件、光电器件、磁性器件、电极阵列、无源结构、微机电系统或它们的任何组合。

表述“柔性电子器件”、其变体和衍生词用于指一类部件、器件、电路、组件以及包括可变形、可适形和/或可拉伸层的部件、器件、电路、组件。可变形、可适形和/或可拉伸层可以是器件层、基板层或器件层和基板层。这类层可以例如而非限制性地由以下材料制成或者包含以下材料：塑料、金属箔、纸、柔性玻璃或具有类似特性的任何其他材料。

术语“合金”是指包含至少两种不同元素的材料或材料组合物。例如而非限制性地，合金可以包含两种、三种或四种不同元素。在本公开的上下文中，表述“金属合金”是指包含至少一种金属的合金。

术语“p型掺杂”是指在生长层中并入杂质以形成被称为空穴的过量正电荷。术语“n型掺杂”是指在生长层中并入杂质以形成被称为电子的过量负电荷。术语“本征掺杂(i)”是指半导体层没有过量的负电荷或正电荷的情况。术语“p-n结”或“n-p结”是指两个连续层，其中一个层是p型掺杂的，并且另一层是n型掺杂的。术语“p-i-n结”或“n-i-p结”是指三个连续层，其中一个层是p型掺杂的，一个层是本征的，并且一个层是n型掺杂的。

本公开整体涉及用于制造和释放脱离结构的技术，并且更具体地涉及用于制造和释放脱离结构的方法，该脱离结构设置在柔性微电子结构(或膜)与刚性基板(也称为“刚性载体”)之间。脱离结构可以包括单一脱离层、两个层或若干层，如将在下文更详细地描述。类似地，柔性微电子结构或膜可以包括一个或多个器件层和一个或多个器件基板层。脱离结构可以促进柔性微电子结构从刚性基板脱离，这例如而非限制性地对于将柔性微电子结构转移到柔性主基板上是有用的。在本公开中提出的几乎所有具体实施中，本文中提供的分层技术不需要向基板施加热量。

根据描述该技术的各种实施方案的以下详细描述和示例，该技术和其优点将变得更加明显。更具体地，本说明书的以下章节将提供一种包括脱离结构的层合结构以及一种用于形成该层合结构的方法。根据不同的具体实施，还将描述用于将柔性微电子结构与刚性基板分离的方法，其中可以使用或不使用催化剂。还将描述一种制造柔性微电子器件的方法。

参考图1至图22B，将根据不同的可能实施方案描述一种用于制造柔性微电子器件的方法。如将在下文更详细地解释，此方法包括制造包括脱离结构的层合结构，以用于促进柔性微电子结构与刚性基板的分离(或剥离)，并且可选地将柔性微电子结构转移到柔性主基板上以形成柔性微电子结构。层合结构可以根据不同实施方案来制造，并且分离(或分层)过程也可以根据不同具体实施来执行。

广义地描述，并且如图1A和图1B中所示出，方法100包括形成层合结构10的步骤。层合结构10包括刚性载体、脱离结构和柔性微电子结构。方法100还包括在脱离结构的剥离界面处将柔性微电子结构与刚性基板(或载体)分离或剥离的步骤。以步骤102开始，提供刚性基板20。刚性基板(或刚性载体)可以由若干种材料制成，包括硅、氧化铝、钢、蓝宝石和玻璃。由玻璃制成的刚性基板可以包含硼硅酸钡、钠钙硅酸盐或碱金属硅酸盐。

在步骤104处，在刚性基板20上方形成脱离结构40。脱离结构40可以包括一个、两个或多个层。在一个实施方案中，脱离结构40包括单一脱离层，该单一脱离层优选地由氧化物、氮化物、碳化物或氮氧化物制成。这类材料的示例包括二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)和氮氧化硅(SiOxNy)。在其他实施方案中，脱离结构40包括被称为“脱离层”的两个层。例如，可以在刚性基板20上形成第一脱离层，并且第二脱离层可以沉积在第一脱离层的顶部上，从而形成双层脱离结构。优选地，第一脱离层和第二脱离层中的至少一者由氧化物、氮化物、碳化物或氮氧化物制成。另一脱离层优选地由金属或金属合金制成。在又其他实施方案中，脱离结构可以包括具有特定特性(诸如水分阻隔特性)的附加层。在可能的具体实施中，在刚性基板上方延伸的第一层是小于5μm的非金属无机层，并且在第一层上方的第二层是具有小于0.1μm或更小的厚度的金属(金属或金属合金)层。

在步骤106处，在脱离结构40上方形成柔性微电子结构60。柔性微电子结构60可以包括至少一个柔性基板器件层70(即一个或多个基板层)和至少一个器件层80(即一个或多个器件层)。例如，器件层可以是非常薄的晶片。优选地，柔性微电子结构60还包括一个或多个封装层。柔性基板层70和/或器件层80可以由以下制成或者包括以下：聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和/或热固性塑料材料。例如而非限制性地，柔性微电子结构60可以是共延伸层的叠堆。取决于所制造的柔性微电子结构的类型，柔性基板层70和柔性器件层80可以以交替构型(柔性器件基板层70与柔性器件层80的交替)或连续构型(其上提供有多个器件层80的多个器件基板层70)来形成。器件层80可以包括一个或多个p-n结、n-p结、p-i-n结和/或n-i-p结以提供电子功能性。

脱离结构40因此包括由非金属且无机的材料制成的至少一个层。非金属且无机的材料是指此层不包括任何金属或金属合金，并且不包括任何碳。使用这种材料的优点在于，与在脱离界面处仅使用金属层时相比，分层更容易。与使用金属层时相比，当脱离界面中的至少一个脱离界面是非金属且无机的材料时，机械分层和加压流体分层两者所需的平均脱离压力更小，如将在下文更详细地解释。在可能的具体实施中，脱离结构可以包括多于一个剥离界面。

如图1B中所示出，层合结构10包括第一剥离表面12和第二剥离表面14，其中至少一个剥离表面被设置在脱离结构40的外表面上。在分层之前，第一剥离表面12与第二剥离表面14在共同的剥离界面16处接合。在图1A的示例中，第一脱离表面14对应于脱离结构40的顶表面，而第二脱离表面12对应于柔性微电子结构60的底表面。在脱离结构包括多于一个脱离层的替代实施方案中，第一表面和第二表面可以对应于交界脱离层的顶表面和底表面。换句话说，分层可以发生在脱离结构40的两个相邻层之间。在又其他具体实施中，第一脱离表面可以对应于刚性基板的顶表面，并且第二脱离表面可以对应于脱离结构40的底表面。当形成脱离层时，可以调适该过程以便改变层内的内部拉伸和/或压缩应力，以便控制脱离叠堆中将发生分层的位置。

仍然参考图1A和图1B，在步骤108处，通过施加由机械分层和/或加压流体分层产生的脱离力使第一剥离表面与第二剥离表面分离，从而允许从刚性基板剥离柔性微电子结构。分离步骤可以经由机械分层(例如使用真空启用表面)或经由加压流体分层(例如使用气体射流的受控释放)来执行。分离步骤通常也在两个阶段或子步骤中执行：首先是引发阶段，并且随后是分层(或剥离)阶段，如将在下文更详细地解释。在分离步骤期间，可以在第一剥离表面与第二剥离表面之间注入催化剂16，以进一步促进或加速分层过程。该催化剂可以包含以下中的一者：水基流体、丙酮、异丙醇、甲醇或氟碳基流体。

仍然参考图1A和图1B，该方法可以包括将柔性微电子结构转移到柔性主基板上以形成柔性微电子组件的步骤110。此步骤是可选的，因为取决于脱离结构，并且取决于分层发生的位置(即在不同层界面中的哪一个层界面处)，柔性微电子结构一旦与刚性载体分离就可以完成。如果在分层过程之后在柔性微电子结构下方提供保护层和/或封装层，则可能不需要将器件转移到另一柔性主基板上。

单一脱离层结构

参考图2A、图2B和图2C，将根据一个可能的具体实施来描述用于制造柔性微电子器件的方法。此具体实施包括形成单一脱离层作为脱离结构，此单一层由氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物制成。可选地，此单一脱离层可以被图案化以进一步促进柔性微电子结构从其上剥离。

在此示例中，步骤104包括在刚性基板(诸如玻璃晶片)上形成脱离层(例如二氧化硅(SiO₂)层)。在步骤106中，在单一脱离层(在此情况下是二氧化硅层42)上形成柔性微电子结构(指示为“柔性器件结构”)。如先前所提及，柔性器件结构60包括至少一个器件基板层以及位于器件基板层上的至少一个器件层。一旦柔性微电子器件60在刚性基板上在脱离层42上方形成，则实施步骤108，即，将柔性微电子结构从刚性基板剥离。随后，如果需要，则可以将柔性微电子结构60转移到柔性主基板上。

图2B和图2C中示出了由此实施方案产生的层合结构的示例。如所示出，脱离结构对应于单一氧化物层42，并且第一剥离表面12和第二剥离表面14可以对应于柔性器件基板层的底表面和脱离层的顶表面(图2B)。另选地，第一剥离表面和第二剥离表面可以对应于脱离层的底表面和刚性载体的顶表面(图2C)。

优选地，脱离层42具有约10μm或更小的厚度。还有可能形成具有图案的脱离层，以促进剥离和/或“迫使”剥离发生在图案化表面处。在一个可能的具体实施中，形成图案化层可以包括首先在刚性基板20上形成二氧化硅层，以及随后对二氧化硅层进行图案化以在其中形成图案。可以通过气相沉积工艺(例如通过溅射)或通过化学气相沉积来实施形成二氧化硅层42。可以使用常规和/或标准光刻工艺来实现对二氧化硅层进行图案化。

可能图案的示例在图3A至图3J中示出，其中明亮区域表示刚性基板20(或其部分)，并且黑暗区域表示氧化物层(诸如SiO₂)。如所示出，图案可以均匀地分布在刚性基板20的顶表面上，即每个图案可以以基本上恒定的距离或尺寸彼此间隔开。在所描绘的实施方案中，每个图案为正方形或圆形，但图案可以具有任何其他形状。改变图案相对于刚性基板20的总面积的面积比允许改变或控制将柔性微电子结构60与刚性基板20分离所需的脱离力。例如，如果与第一极限情况相关联的脱离力是Fi，并且与第二极限情况相关联的剥离力是F₂，则范围从0％至100％(不包括端点)的与给定比率相关联的剥离力将包括在F₁与F₂之间。在图3C至图3J中所示出的示例中，示出了不同的图案。图3A至图3J中所示出的每个图案与图案化面积比(0％、100％、-50％、-50％、25％、75％、19.6％、58.9％、41.1％和80.37％)和脱离(或剥离)力(F₁至F₁₀)相关联。在一些实施方案中，F₂<{F₃,F₄,...,F₉,F₁₀}<F₁。

再次参考图2B和图2C，该方法还可以包括在脱离层42与柔性微电子结构60之间形成一个或多个附加层(未示出)的可选步骤105。在一些实施方案中，附加层中的一个或多个附加层可以具有水分阻隔特性。例如，所述附加层(其也可以被称为“阻隔层”)中的一个或多个附加层可以具有约10^-1g/m²/天或更小的水蒸气透过特性。形成阻隔结构的步骤可以使用气相沉积法来实施。仅作为示例，一个或多个附加层可以由氮化硅、氧化铝或聚酰亚胺制成。

在剥离步骤108期间，该方法可以包括在刚性基板20与柔性器件基板层之间引入催化剂，同时从刚性基板20剥离柔性器件结构60。在所示出的示例中，催化剂24可以被引入在结构化二氧化硅层42与柔性器件结构60的底表面或刚性载体20的顶表面中的任一者之间的界面处。在已从刚性基板20剥离柔性微电子结构60之后，可以将该柔性微电子结构转移并固定到柔性主基板(未示出)上。

单一脱离层结构的分层机制受剥离界面处的表面特性控制，如图2B和图2C示意性地表示。弱脱离界面可以直接位于柔性器件基板之下(图2B)，或者位于刚性基板与脱离层之间(图2C)。脱离层的光滑、结晶且具化学惰性的表面将不提供化学结合，并且例如在柔性器件基板层与脱离层界面之间形成弱界面。在此情况下，该结合在性质上是物理、静电的，并且可以使用充足的力或极性催化剂而容易地断裂。相反，如果表面提供化学结合，例如在有机基板的顶部上的柔性器件基板层，则将膜分离所需的力显著更大，并且可能导致膜撕裂和其他缺陷。玻璃刚性基板表面可以富含氢，这增强了与有机层的结合。因此，直接沉积在玻璃上的柔性器件结构产生强粘附，最具体地在与柔性器件基板层的界面处，如图4处的曲线图所示出，其中将聚酰亚胺(PI)(通常用作柔性器件基板)在玻璃基板上的粘附与如本说明书中提出的脱离层的粘附进行比较。在此情形下用于分层的优选方法是激光剥离(LLO)，这是一种能量密集、低屈服、热烧蚀的工艺。低氢浓度的SiO2真空处理的结晶层提供了使柔性有机层(即柔性器件基板层)脱离并且通过使整个柔性器件结构延伸的更容易的方式。与加压流体分层过程相组合，这提供了LLO的更便宜且可能更高屈服的替代方案。

如果由这些膜提供的界面对柔性基板聚合物具有化学惰性，则相同的原理可应用于其他真空处理层，诸如氧化物、氮化物和碳化物。聚合物膜与惰性界面之间的结合力可以是聚合物与化学结合界面之间的结合力的30分之1。在柔性基板界面处分层的情况下，脱离层与柔性基板之间的结合比脱离层与刚性载体之间的结合显著更弱(图2B)。对于在刚性载体界面处的分层，脱离层与刚性载体之间的结合比脱离层与柔性基板之间的结合显著更弱(图2C)。

双脱离层结构

现在参考图5A和图5B，脱离结构40可以包括两个层：第一脱离层440，该第一脱离层包含金属或金属合金；和第二脱离层442，该第二脱离层包含以下中的一者：氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物。根据此实施方案，该方法包括通过在刚性基板上沉积由金属制成的层而在刚性基板20与氧化物层440(其可以被图案化或未图案化)之间形成金属层的步骤104'。在本说明书的上下文中，表述“金属”涵盖金属、准金属和金属合金。术语“金属”通常是指导电的化学元素、组合物或材料。术语“准金属”通常是指类金属化学元素、组合物或材料，即具有介于金属与非金属之间的特性或者为金属与非金属的混合物的物质。该金属例如而非限制性地可以是Ni、Al、Cu或Pd。另选地，层440可以由金属合金(即包含至少一种金属和至少另一种非金属材料的物质)制成。在图5B中，被设置在刚性基板上的金属层440可以由金属或金属合金制成。应注意，在一些实施方案中，金属层440由断裂点伸长百分比为8％的材料制成。在本说明书的上下文中，表述“断裂点伸长百分比”是指对于给定温度，材料在断裂后增加的长度与初始长度之间的比率。材料的此特性一般与材料抵抗形状变化而不形成裂纹的能力相关联。在一些实施方案中，金属层440具有5μm或更小的厚度。形成金属层的步骤可以通过物理气相沉积工艺来实施，例如而非限制性地，诸如溅射、电子束蒸发或热蒸发；或者通过电化学工艺来实施，诸如针对较厚金属膜的电镀。

在刚性基板20上形成金属层440的步骤随后为在金属层上形成氧化物层(或氮化物、碳化物或氮氧化物)，例如SiO₂(步骤104")。该方法还包括在二氧化硅层442上形成柔性微电子器件60的步骤106。柔性微电子结构(在一些实施方案中，其可以被称为柔性微电子膜)包括器件基板层70以及在器件基板层上形成的器件层80。一旦形成柔性微电子结构60，便实施从刚性基板剥离柔性微电子结构的步骤108。随后可以将柔性微电子结构转移到柔性主基板上。步骤104'可以通过物理气相沉积工艺来实施。物理气相沉积工艺的非限制性示例包括但不限于溅射、电子束蒸发或热蒸发。物理沉积工艺的非限制性示例包括但不限于电铸。层442可以使用本领域已知的任何技术以15μm或更小的厚度进行沉积。在一些实施方案中，可以使用氧化铝(Al₂O₃或“氧化铝”)代替SiO₂。应注意，可以另选地使用其他金属氧化物或氧化物。可选地，2-脱离层层合结构可以包括位于二氧化硅层442与柔性微电子结构60之间的一个或多个附加阻隔层(未示出)，诸如水分阻隔层。

仍然参考图5A和图5B，在此示例性实施方案中，从刚性基板20剥离柔性微电子结构60发生在层440与层442之间，使得第一脱离剥离表面和第二脱离剥离表面在双层脱离结构44内，即剥离界面在脱离结构内。在所描绘的实施方案中，金属层440保持附接到刚性基板20，并且非金属无机层442保持附接到柔性器件结构60。在可能的实施方案中，将柔性微电子结构60转移到另一柔性主基板可能不是必需的。

较高剥离速率可以与较强脱离力相关联。当设想高剥离速率时，在脱离结构的两个剥离表面之间引入或注入催化剂可能是有用的。气态催化剂的应用或引入可以消除或减轻在柔性微电子器件的制造期间与使用液体工作相关联的挑战，这在其中电子、有机和/或光电材料可能在液体的存在下受到影响或劣化的情况下可能是有用的。在其他实施方案中，催化剂可以是液体。该液体可以选自以下非限制性示例列表：水基流体、丙酮、异丙醇、甲醇和氟碳基流体。

多层脱离结构

现在参考图6A至图6D，根据可能的具体实施，还可以制造多层脱离结构48。此构型提供了对分层界面位置的完全控制，诸如除了上文描述的单一层实施方案以外，刚性基板和柔性器件结构都可以与一个或多个脱离层接触，如图6D中最佳地示出。

根据这些实施方案，基于聚合物的柔性基板载体60不一定从其直接界面分层。而是，子层被包括在层合结构10、10'或10"内，使得这些子层将从刚性载体20分层并且黏附到柔性基板层(通常为聚合物膜)。代替在柔性基板60的底表面处分层，层合结构可以被设计成使得脱离层本身从刚性载体(通常为玻璃)脱离，而柔性基板60仍然粘附。这样做，可以设计出多层叠堆10，该多层叠堆可以与脱离层一起被剥起，同时仍然承载柔性基板60。

使用脱离结构内部的层的厚度作为对照，将柔性器件基板层完全剥离脱离结构的多层叠堆也是可能的。

应注意，多层脱离结构可以包括一个或多个图案化层，如在涉及“单一层脱离结构”的章节中所描述。

应力辅助脱离

仍然参考图6A至图6C，并且还参考图7A和图7B，在一个或多个层与柔性基板60分层的情况下，脱离层内部的内部应力可以促进脱离过程。在可能的具体实施中，可以调整或改变一个或多个层的内部应力以便控制在层合叠堆中(即在哪些层界面之间)将发生分层的位置。已观察到，对于一些具体实施，具有高压缩应力的脱离结构将倾向于保留在刚性载体20上，而具有高拉伸应力的层(或膜)倾向于从柔性基板60分层。

因此，如图6A中所示出，当在刚性载体界面处施加脱离力时，具有充分高的拉伸应力的多层脱离结构或叠堆48可以更容易地分层。如图2C中所示出，相同的情况在单一脱离层的情况下也可适用。脱离结构内部的材料的选择可以扩展到其他金属膜、金属合金、氧化物、氮化物和碳化物。如果多层叠堆内的应力是拉伸的，则柔性载体60可以从刚性载体分层。通过控制柔性器件基板层之下的层中的应力，可以在由氧化物层制成的单一脱离层不充足的情形下实现分层。控制层中的应力可以扩展到柔性器件基板层之下的多个层。

在可能的具体实施中，可以通过层/膜的后处理来控制层内或层之间的应力水平。图7B示出了例示可如何根据膜的加热或冷却来控制或调整应力的曲线图。因此，根据可能的具体实施，可以执行对用于脱离机构的应力管理的控制。

分层

以下段落将更详细地描述可被视为将柔性微电子结构60与刚性基板20分离的不同选项。

机械分层

参考图8A，机械分层是指使用机械力以从刚性载体20剥离柔性微电子结构60(通常为薄膜叠堆)。在此示例中，剥离界面设置在脱离结构40与柔性微电子结构60之间。如图8A上所呈现，沿柔性微电子结构叠堆(或膜)施加剥离力(F_P)，与刚性基板20成一定角度(θ_P)，并且膜在分离点处与基板完全脱离。角度(θ_P)可以是例如在接近0°与90°之间的任何值。例如，当使用辊时，角度(θ_P)可以非常小，诸如小于5°。根据此分层方法可以调节的工艺参数是分层速度(剥离速率)和剥离角。下文将更详细地解释不同的机械分层技术。

虽然有效，但机械分层可能不总是适当的，因为在层合结构的可能实施方案的情况下，脱离力(或剥离力)可能拉伸柔性微电子膜60。因此，加压流体分层可能是优选的，这取决于应用，因为此方法涉及仅在剥离界面处施加力。

加压流体分层

参考图8B，示意性地表示了使用在空气射流中喷射的加压流体的分层。在此过程中，加压流体用于在柔性器件结构60(或膜叠堆)之下施加压力，并且被朝向剥离界面引导，以将其剥离。在此方法中，可以使用喷嘴200，并且该喷嘴被放置在距分离点一定距离(D_F)处，并且与刚性基板以一定角度(θ_F)倾斜。喷嘴在薄膜叠堆60与刚性基板20之间喷射直接流体流(F_F)，该直接流体流在两个剥离表面之间的界面处施加脱离力(或剥离力)F_P。流体中的一些流体在刚性基板20与柔性膜60表面上反弹(F_F2)，这有助于总脱离力F_P。如图9中所示出，直接流体流和二次流体流均形成流体积聚或流体囊50，该流体积聚或流体囊以与θ_F成比例的θ_P在膜上施加压力，并且该压力的峰值强度接近分离点。可以通过注入一股或多股集中空气射流来执行柔性微电子结构60与刚性基板20的分离，该一股或多股集中空气射流形成从第一剥离表面与第二剥离表面之间的层合结构的中央区内朝向层合结构的边缘传播的空气囊或气泡50。可以使用不同的喷嘴构型来注入加压流体(通常为空气，但可以考虑其他气体)。可以注入一股或多股相异/分离的空气流体射流，或者另选地，也可以使用层流射流。另外，加压流体射流可以是脉冲的，单独或结合喷嘴倾斜角度来作用，以实现对递送到分层界面以用于脱离的力的大小和方向两者的更大控制。

参考图10A，流体的压力、喷嘴的尺寸、出口的尺寸、出口之间的距离、喷嘴相对于刚性基板20的角度以及出口距分离点的距离都是可以被调整和调节以控制使用此方法执行的分层过程的参数。考虑到柔性微电子结构60(或“薄膜叠堆”)可能对伸长和弯曲敏感，可以调整脱离力F_P和脱离角θ_P以避免损坏器件层。在流体分层的情况下，由于施加脱离力F_P的方式，膜60的拉伸受到限制。此外，可以调整角度θ_F和距离D_P以优化流体囊压力，这产生了比机械分层更高的剥离速率。

对于加压流体的受控释放，可以使用不同的喷嘴构型。根据可能的具体实施，如图10B中所示出，可以使用具有平行于刚性基板定向的连续纵向狭缝222的喷嘴200'，以在剥离界面之间形成层流射流。狭缝被设置在喷嘴200'的前端处，该前端具有从喷嘴的后端朝向其前端变窄的渐缩主体。加压流体因此可以在从喷嘴离开时形成气刀。根据又另一可能的具体实施，如图10A中所示出，具有两个或更多个出口220的喷嘴200可以被设置在喷嘴的渐缩前端处，喷嘴包括流体通道，该流体通道延伸穿过喷嘴，并且在分层时基本上平行于刚性载体定向。使用基本上沿刚性载体的平面喷射的相异射流(诸如空气射流)在第一界面与第二界面之间注入加压流体。可以使用不同的流体，诸如空气射流。如先前所解释，可以首先打开层合结构的边缘处的较小区段，以促进加压流体在剥离界面之间的渗透。可以基于使层合结构分层所需的脱离力来选择流体出口之间的数量和距离。在所示出的实施方案中，流体出口沿喷嘴的渐缩前边缘以约12mm间隔开，但其他构型也是可能的。图10示出了具有这种喷嘴构型的计算流体动力学模拟。作为喷嘴设计的结果，排出的加压流体的速度可以根据分层需求进行调整。更近的喷嘴出口可以允许来自加压流体的力更大，并且因此可以以更集中的方式产生对柔性微电子结构(或膜)的冲击。如图8B和图9中最佳地示出，在膜之下的局部气压升高，并且取决于膜60的大小和特性，形成移动气泡或囊50，该移动气泡或囊的前边缘52构成剥离界面。气泡或囊对应于两个剥离表面之间的过量流体堆积。剥离界面沿脱离结构的表面在气泡之前前进，直到与界面完全分离。取决于具体实施，诸如当使用加压流体时，可以不必在层合结构中形成开放区段，加压流体在以适当压力注入时可足以使第一剥离表面与第二剥离表面分离以初始化分层过程。

一般来说，执行分层所需的力应足够强以经受得住器件制造工艺，但又足够弱以使用加压流体射流执行分层。所提出的脱离结构的存在能够实现这一点。所提出的结构还可以有利地充当吸气剂，使得扩散的污染物和离子能够保持远离柔性器件结构中的敏感部件。所提出的结构在其制造期间或在常规使用中也不需要有毒溶剂。

引发阶段、分层/剥离阶段和分层速度

现在参考图11，对于两个过程(机械分层和加压流体分层)，分离包括引发阶段和剥离阶段。为了开始分层过程，无论位置如何，剥离界面都需要被打开。此打开称为引发。在引发期间，必须克服将柔性微电子结构(或膜)保持在粘附区的边缘处的适当位置的静态粘附力。

在可能的具体实施中，可以使用移除柔性器件结构(以及在适用的情况下，脱离结构)的在粘附区的周边处的部分的机构来执行引发。此机构可以构成切割机构，包括但不限于物理的或热的，但也可以是具有适当压力的加压流体本身。

作为待克服的初始静态力的结果，实现引发所需的力大于一旦开始便继续分层所需的力，如图11中所示出。

在引发阶段期间施加的脱离力大于在剥离阶段期间施加的脱离力。图11的曲线图示出了在分离过程、机械分层和加压流体分层期间由附接到柔性微电子膜60的传感器感测到的力。该曲线图示出了机械分层所需的引发力略大于加压流体分层所需的引发力，并且因此可以取决于柔性器件膜60承受引发力的能力来选择对分层过程的选择。该曲线图还示出了虽然两种方法具有相当的引发峰，但与在使用真空辊/台时(即机械过程)相比，使用加压空气的剩余分层阶段所需的剥离力显著更小。如曲线图中所示出，使用所提出的具有由非金属无机材料制成的至少一个脱离层的层合结构，将柔性微电子膜与刚性载体分离所需的由柔性器件基板经受的力在引发阶段期间大于40gF，但在剥离阶段期间小于30gF。此力不仅消耗在脱离上，而且还消耗在剥起膜以维持流体填充囊上，并且在一些情况下，此力中的一些力可能拉伸柔性微电子膜。在可能的具体实施中，在初始化期间施加的力等于或大于10gF，并且在分层阶段期间施加的力小于4gF。在可能的具体实施中，在引发阶段期间的脱离力大于30gF，并且在剥离阶段期间的脱离力小于25gF。

加压流体分层过程优于机械过程的另一优点是对于给定长度的层合样本实现分层所需的时间。实验已显示，加压分层方法的平均分层速度比机械过程的平均分层速度显著更大。对于1英寸(英寸或101.6mm圆形样本)的长度，加压流体分层时间可以是约0.75秒，这对应于5.33in/s(或135.40mm/s)的分层速度。相比之下，对于3英寸(76.2mm)的长度，机械分层方法的平均分层速度为约12.5秒——对于1in乘33in矩形样本，该平均分层速度转换为0.24in/s(或6mm/s)的分层速度。

实验还表明，与在使用单一金属层时相比，当脱离结构包括由氧化物、氮化物或碳化物制成的脱离层时，分层更容易(需要更小的脱离压力或力)。这可以在使用加压流体使具有氧化物、氮化物或碳化物第一层的样本分层所需的压力与具有金属第一层的样本所需的压力进行比较时看出。如由下表所显示，使具有二氧化硅层的样本分层所需的平均压力为50PSI，而使具有金属层的样本分层所需的平均压力为75PSI。该表还显示，在层合结构包括非金属无机脱离层时的分层速度大于在使用单一金属脱离层时的分层速度。所指示的压力是相同样本大小、喷嘴几何形状和喷嘴位置的函数。对于低于50PSI的脱离压力，非金属无机脱离层与加压流体分层过程的组合使用允许实现超过100mm/s的分层速度。在50PSI的压力处，已实现135mm/s的分层速度，而在75PSI处，已达到260mm/s的分层速度。取决于具体实施，分层速度可以高于25mm/s，并且优选地高于35mm/s，并且更优选地高于100mm/s。

表1-比较单一层金属与非金属无机脱离层的压力和分层速度

示例

下述章节提供了上文已描述的方法的非限制性示例。将这些示例分别称为“第一器件制造方法”和“第二器件制造方法”。以下章节不应被解释为限制性的，并且仅用于例示性目的。

第一器件制造方法包括提供改性的生长基板的步骤。改性的生长基板包括初始刚性基板，该初始刚性基板可以包括但不限于适用于微电子制造的基板。这类基板的常见示例是氧化铝、钢、蓝宝石、硼硅酸钡、钠钙硅酸盐和碱金属硅酸盐。改性的生长基板还包括金属或金属合金层。此层的厚度可以是500nm或更小，并且被设置在初始刚性基板上。改性的生长基板还包括二氧化硅层，该二氧化硅层可以具有10μm或更小的厚度。此层被设置在金属或金属合金层上。改性的生长基板可以包括附加层，该附加层可以由具有低水蒸气透过率(WVTR)特性的材料制成。可以使用气相沉积技术来沉积附加层。第一器件制造方法还包括在改性的生长基板上方形成器件基板层，并且在器件基板层上方形成器件层的叠堆。器件层的叠堆可以包含聚酰亚胺。一旦完成这些步骤，第一器件制造方法便包括执行使器件层和器件基板层的叠堆从改性的生长刚性基板界面脱离，以将器件层和器件基板层的叠堆(即柔性微电子器件)与改性的生长刚性基板分离。第一器件制造方法还包括将器件层和器件基板层的叠堆固定到目标基板。

在第一器件制造方法的一些变体中，金属层是可以通过溅射来沉积的相对较薄的镍层。可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积二氧化硅层。二氧化硅与Ni的组合使用可以减少总体制造成本，因为Ni通常比二氧化硅更昂贵。根据此示例的第一器件制造方法允许生产出在器件基板层的背面处具有透明层的柔性微电子器件。例如，第一器件制造方法包括使用具有约25nm厚度的Ni层作为金属层，以及使用具有约1μm厚度的由二氧化硅制成的层。低WVTR材料的非限制性示例是SiN_x和Al₂O₃。在第一器件制造方法的一些变体中，脱离可以在存在或不存在水作为催化剂的情况下实施。在一些变体中，催化剂可以在柔性微电子器件与改性的生长刚性基板之间渗透。可以促进脱离过程的催化剂的非限制性示例是水、丙酮、异丙醇、由喷漆喷嘴头产生的水雾以及高速空气射流。

在一些变体中，由SiO₂、Ni、SiN或者具有相对较低的WVTR特性的任何其他材料制成的层可以被设置在器件层的叠堆的背面处以充当附加阻隔保护层。可由不同阻隔材料制成的阻隔保护层可以提供防潮保护。

根据此示例的第二器件制造方法包括提供改性的生长刚性基板的步骤。改性的生长刚性基板包括初始刚性基板，该初始刚性基板可以包括但不限于适用于微电子制造的基板。这类基板的常见示例是氧化铝、钢、蓝宝石、硼硅酸钡、钠钙硅酸盐和碱金属硅酸盐。改性的生长基板还包括金属或金属合金层。此层的厚度可以是500nm或更小，并且被设置在初始刚性基板上。改性的生长基板还包括位于初始刚性基板上的图案化二氧化硅层。图案化二氧化硅层具有约10μm或更小的厚度，并且具有在0％至100％的区间内的图案化面积比。改性的生长基板可以包括附加层，该附加层可以由具有低水蒸气透过率(WVTR)特性的材料制成。可以使用气相沉积技术来沉积附加层。第二器件制造方法还包括在改性的生长基板上方形成器件基板层，以及在器件基板层上方形成器件层的叠堆。器件层的叠堆可以包含聚酰亚胺。一旦完成这些步骤，第二器件制造方法便包括执行使器件层和器件基板层的叠堆从改性的生长基板界面脱离，以将器件层和器件基板层的叠堆与改性的生长基板分离。第二器件制造方法还包括将器件层和器件基板层的叠堆固定到目标基板。

在第二器件制造方法的一些变体中，SiO₂层具有介于130nm至1125nm之间的范围的厚度，并且具有在10nm至25nm之间的范围内的厚度变化，其中SiO₂层在基板的中心处较厚，并且在基板的边缘附近较薄。使器件层的叠堆脱离可以在空气中并且借助于射流作为催化剂来进行。

在第二器件制造方法的一些变体中，脱离可以在存在或不存在水作为催化剂的情况下实施。在一些变体中，催化剂可以在器件基板层与改性的生长基板之间渗透。可以促进脱离过程的催化剂的非限制性示例是水、丙酮、异丙醇、由喷漆喷嘴头产生的水雾以及高速空气射流。

在一些变体中，由SiO₂、Ni、SiN或者具有相对较低的WVTR特性的任何其他材料制成的层可以被设置在器件层的叠堆的背面处以充当附加阻隔保护层。可由不同阻隔材料制成的阻隔保护层可以提供防潮保护。

根据此示例的第二器件制造方法可用于制造电子器件、光电器件、磁性器件、电极阵列、无源结构或微机电系统或者它们的任何组合。

根据第一方法或第二方法制造的层合结构的示例包括其上形成有镍层、其上形成有SiO₂层、其上形成有柔性基板层的刚性基板。另一示例包括其上形成有SiO₂层、其上形成有柔性器件基板、覆盖有SiN层的刚性基板。在可能的具体实施中，SiO₂层已由镍层替换。

用于将柔性微电子结构与刚性基板分离的技术

参考图12至图14，现在将描述用于从刚性基板20剥离柔性微电子结构60的装置300。

在图12中所描绘的实施方案中，装置300包括能够与刚性基板20接合的固持器332。固持器332可以体现为样本固持器或样本台，并且大小被设定成用于在柔性器件结构16的分层期间接收和固持刚性基板20。固持器332可以是真空固持器。根据此方法，通过在第一剥离界面和第二剥离界面处使用层合结构上的一个或多个真空启用表面施加脱离力来实现柔性微电子结构与刚性基板的分离。真空启用表面可以包括其速度可被控制和调整的平面真空台和/或真空辊。

装置300还包括真空固持辊334。真空固持辊334能够在剥离模式下操作，以在接合区处机械地接触柔性微电子结构60的外表面，并且在该外表面上施加拉力。在一些实施方案中，该拉力是吸力。真空固持辊334能够被驱动以沿柔性微电子结构60的表面旋转，使得柔性微电子结构60通过接合区处的拉力从刚性基板20剥离，并且被保持或固持在真空固持辊334的外侧周边上。在一些实施方案中，真空固持辊334具有介于约50mm至约500mm范围的直径。装置300还可以包括用于调整真空固持辊334的旋转速度的控制器(未示出)。在一些具体实施中，旋转速度介于约16mm/s至约25mm/s的范围。

在一些实施方案中，装置300还包括用于产生部分真空的泵(未示出)。在这些实施方案中，真空固持辊334的外侧周边包括多个开口。开口与泵流体连通，使得可以将拉力或吸力施加到柔性微电子结构60。

现在转到图15，一旦柔性微电子结构60从刚性基板20剥离，真空固持辊334便可以在转移模式下操作。在转移模式下，固持器332能够与柔性主基板90接合，并且真空固持辊334可操作以沿柔性主基板90的表面滚卷，使得保持在真空固持辊334的外侧周边上的柔性器件结构60被转移到柔性主基板90上。因此，真空固持辊可被操作以相对于层合结构滚卷或展开，以在分层期间吸附其上的柔性微电子器件结构，并且通过展开其上的结构而将柔性微电子器件结构释放到主基板上。

参考图13至图15，装置300可以包括定位在真空固持辊334上游的流体分配器200。流体分配器200被构造成当柔性微电子结构60从刚性基板20剥离时，在刚性基板20与柔性微电子结构60之间引入、注入或喷洒流体。该流体可以是空气、水基流体、丙酮、异丙醇、甲醇或氟碳基流体。在其中流体是液体的实施方案(诸如图14和图15中所示出的实施方案)中，装置300可以包括用于收集液体的槽338，当设想再利用液体催化剂时，这可能是有用的。收集液体催化剂还可以减少或消除所制造的样本或器件周围和/或之上的液体残余物。

在一些实施方案中，装置300还可以包括离子分配器(未示出)。离子分配器被构造成当催化剂是气体时，将离子注入由流体分配器200分配的流体或催化剂中。

在其他实施方案中，柔性微电子结构60和刚性基板20可以在以剥离模式操作装置300之前浸入浴液中。浴液可含有水、丙酮、异丙醇和或它们的任何组合。

现在转到图16至图22，现在将描述装置300的其他特征。

图16示出了在分层之前在刚性基板20上的柔性微电子结构60。在一些实施方案中，该装置可以包括切割机构。在图17A中，切割机构体现为刀或刀片400。另一示例在图17B中示出，其中切割机构体现为激光器402。应注意，切割机构也可以与装置物理地分离，并且作为附加模块或者与另一器件一起提供。在操作中，切割机构可被操作以相对于刚性基板20切割柔性微电子结构60的一部分。在一些实施方案中，切割机构可被操作以从柔性微电子结构60切割条片，并且将该条片从刚性基板移除。

一旦移除了条片，便可以执行柔性微电子结构60从刚性基板20的剥离或分层。剥离初始化步骤的非限制性示例在图18中示出，其中剥离使用刀或刀片400来初始化。该刀可以具有刀片或者可以是“气刀”，其以较高压力/速度喷射空气射流。此剥离初始化步骤使得在移除条片之后暴露刚性基板的一部分。当然，剥离初始化步骤可以使用其他机构来执行。在一些实施方案中，条片具有约5mm或更小的宽度。在一些实施方案中，使用刀刃引发剥离，该刀刃可操作以底切至多5mm的长度以从刚性基板分离出柔性器件结构的较小薄区段，并且使得真空固持辊或类似的固持器能够使剥离的条片保持紧密接触。

图19至图21示出了可以由装置300或其部件实现的剥离或分层步骤的不同实施方案。图19示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台340来实现。图20示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台与流体喷嘴200的组合来实现。图21示出了使用图18的机构初始化的剥离步骤可以使用真空台340、流体喷嘴200和槽380的组合来实现。当真空启用界面是台时，辊340限定真空台上的压力线以促进受控分层，并且可以被称为“分层线限定轴承和辊”或“剥离线轴承和辊”。承载件/辊340的功能是在旋转/滚卷以限定分层/剥离线的同时承载真空台的重量或台上的力的压力。

图22A和图22B示出了被转移在柔性主基板上的柔性器件结构的可能实施方案。在图22A中，平面台用于转移，而在图22B中，辊342可用于展开主基板90上的柔性器件结构。

现在将描述用于从刚性基板剥离柔性器件结构的装置的一个可能变体。该装置可以包括能够与刚性基板接合的固持器332和真空固持台340。真空固持台340可以是平面的或相对平坦的。在可能的具体实施中，真空固持台的大小可以介于约300mm×约400mm至约1500mm×约1850mm的范围。真空固持台340能够在剥离模式下操作以在接合区处机械地接触柔性器件结构的表面，并且在该表面上施加拉力。在此变体中，拉力源自真空固持台340与固持器332之间的相对运动，使得柔性微电子结构60通过接合区处的拉力从刚性基板20剥离，并且被保持在真空固持台的外周边上。值得注意的是，可以通过在固持刚性基板的台下面存在辊342而恒定地维持剥离界面。辊342可以由确定辊的旋转速度的控制器来控制。旋转速度可以介于约16mm/s至约25mm/s的范围，但其他速度是可能的。

示例

下述章节提供了用于从刚性基板剥离柔性器件结构并且将柔性器件结构转移到柔性主基板上的装置的示例。以下章节不应被解释为限制性的，并且仅用于例示性目的。

在此示例中，该装置包括具有弯曲表面的部件。具有弯曲表面的部件可以具有圆柱形、蛋形、球形、圆锥形的形状或者具有弯曲外周边或轮廓的任何其他形状。值得注意的是，部件的外周边或轮廓的仅一部分可以是弯曲的，并且部件的其他部分可以是平坦的，或者呈现与弯曲轮廓不同的轮廓。当部件为辊时，辊的直径可以介于约50mm至约500mm的范围。具有弯曲表面的部件可以具有孔，通过该孔可以抽真空。

该装置还包括固持器，该固持器被构造成例如通过形成在样本固持器中的孔来固持具有真空的基板。在操作中，启用真空，并且将具有弯曲表面的部件放置成与刚性基板接触，向该刚性基板上提供柔性器件结构。随后相对于基板以剥离角移动具有弯曲表面的部件，以使器件叠堆(即柔性微电子结构)从刚性基板完全分层，该剥离角例如而非限制性地可以介于约45°至约180°的范围。在一些具体实施中，仅作为示例，剥离速率可以介于约16mm/s至约25mm/s的范围。一旦器件叠堆从刚性基板分层并且由具有弯曲表面的部件固持，则可以在启用真空的情况下将接收基板(例如柔性主基板)放置在固持器中。随后可以将具有弯曲表面的部件放置成与接收基板机械接触，同时固持器件叠堆。当器件叠堆展开到接收基板上时，控制(例如逐渐停用)部件的真空以从具有弯曲基板的部件释放器件叠堆。当具有弯曲表面的部件相对于接收基板移动时，器件叠堆被转移和/或固定到接收基板。

有利地，上文描述的技术和装置可以允许在使柔性器件结构剥离分层并且将其转移到柔性主基板上之后再利用刚性基板。刚性基板的可再利用性可以与成本减少相关联。已发现可以与离子组合的气态催化剂的可选使用不仅增强了剥离过程，而且还使通常在转移过程期间产生的静电荷消散。就设备而言，本文中描述的装置从制造的观点来看是可扩展的。从制造的观点来看，为了在剥离过程期间引入催化剂而在装置中对流体分配器的集成也是可扩展的。该装置还与液体催化剂相容，并且允许在使用液体催化剂之后移除液体残余物。

本文中描述的技术可以是环境友好的，与标准的现有微米或纳米制造工艺相容，并且允许制造大面积透明显示器、用于美学可佩戴件、二极管、照明、晶体管等的集成传感器和显示系统。

本文中已描述且例示了若干另选实施方案和示例。上文描述的实施方案旨在仅为示例性的。本领域技术人员将了解各个实施方案的特征以及部件的可能组合和变化。本领域技术人员还将了解，可以以与本文中公开的其他实施方案的任何组合来提供实施方案中的任何实施方案。因此，本示例和实施方案在所有方面都被视为例示性的而不是限制性的。因此，虽然已例示且描述了具体实施方案，但在不显著脱离所附权利要求中限定的范围的情况下，将会想到许多修改。

有利地，上文描述的技术和方法可以允许在使柔性器件结构剥离分层并且将其转移到柔性主基板上之后再利用刚性基板。刚性基板的可再利用性可以与成本减少相关联。已发现可以与离子组合的气态催化剂的可选使用不仅增强了剥离过程，而且还使通常在转移过程期间产生的静电荷消散。

本文中描述的技术可以是环境友好的，与标准的现有微米或纳米制造工艺相容，并且还允许制造大面积透明显示器、用于美学可佩戴件、二极管、照明、晶体管等的集成传感器和显示系统。

以下段落列出了上文描述的方法以及可用于执行该方法的装置的可能具体实施。

-在可能的具体实施中，提供了一种用于使柔性器件结构从刚性基板脱离的脱离结构，该脱离结构包括用于接触刚性基板的至少一部分的第一层；以及在第一层上方延伸的第二层。

-在可能的具体实施中，第一层由金属或金属合金制成，该金属或金属合金包括Ni、Al、Cu或Pd中的一者。

-在可能的具体实施中，通过物理气相沉积工艺或物理沉积工艺来形成第一层。物理气相沉积工艺可以包括溅射、电子束蒸发或热蒸发。

-在可能的具体实施中，第一层由Ni制成，并且物理沉积工艺包括电铸。

-在可能的具体实施中，第一层具有500nm或更小的厚度。

-在可能的具体实施中，第二层是由氧化物材料(诸如二氧化硅)或氮化物材料(诸如氮化硅)制成的薄膜层。

-在可能的具体实施中，脱离结构的层中的至少一个层包括包含二氧化硅、氮化硅、碳化硅和/或氮氧化硅的单一层。

-在可能的具体实施中，第二层包括多个图案，所述多个图案可以跨越金属层或刚性基板的表面均匀分布。

-在可能的具体实施中，第二层具有5μm或更小的厚度。

-在可能的具体实施中，脱离结构还包括在第一层和/或第二层上方延伸的附加层或多个附加层。附加层可以具有水分阻隔特性，并且可以由薄膜制成，例如具有低于10^-1g/m²/天，并且优选地低于10^-2g/m²/天，并且再优选地低于10^-5g/m²/天的水蒸气透过率。

-在可能的具体实施中，脱离结构的总厚度小于15μm，并且优选地小于5μm或更小。

-在可能的具体实施中，至少一个层由无机材料制成。

-在可能的具体实施中，提供了一种制造柔性微电子器件的方法。该方法包括在本文中描述的脱离结构上形成柔性微电子器件结构，该柔性器件结构包括一个或多个基板层、一个或多个器件层以及一个或多个薄膜封装层；将柔性器件结构从刚性基板或第二层剥离；以及将柔性器件结构转移到柔性主基板上。

-在可能的具体实施中，剥离柔性器件结构包括：分离脱离结构的第二层与柔性器件结构之间的界面，或者分离脱离结构的第一层与刚性基板之间的界面，以及将剥离部分与柔性器件结构一起移除。

-在可能的具体实施中，通过使用机械移位的真空启用辊来实现分离。在其他实施方案中，通过使用机械铰接的真空启用台来实现分离。

-在可能的具体实施中，在第二层与柔性器件结构之间或者在第一层与刚性基板之间的界面的较小机械开放区段处使用加压流体的受控释放。

-在可能的具体实施中，该方法包括在柔性器件的所述剥离期间，在脱离结构的第一层与刚性基板之间或者在脱离结构的第二层与柔性器件结构之间引入空气射流。

-根据另一方面，提供了一种用于从刚性基板剥离柔性器件结构的装置，该柔性微电子器件如上文所定义。该装置包括：固持器，该固持器能够与刚性基板接合；真空固持机构，所述真空固持机构能够在剥离模式下操作以在接合区处机械地接触基板层的表面，并且在该表面上施加拉力，真空固持机构能够被驱动以沿柔性器件结构的表面或者远离该表面旋转，使得柔性器件结构通过接合区处的拉力从刚性基板剥离，并且保持在真空固持机构的外侧周边上；和喷嘴，该喷嘴直接在剥离界面处引入流体，以通过注入催化剂来辅助分层，或者使用空气射流执行分层。

-在可能的具体实施中，真空固持机构是辊。

-在可能的具体实施中，真空固持机构包括平面台，该台由限定剥离界面的辊支撑。

-在可能的具体实施中，该装置还包括用于调整真空固持机构的速度的控制器。

-在可能的具体实施中，速度介于约16mm/s至约25mm/s的范围。

-在可能的具体实施中，该装置还包括用于产生部分真空的泵，并且其中外侧周边包括多个开口，所述多个开口与泵流体连通。

-在可能的具体实施中，该装置还包括用于接合柔性载体基板的第二固持器，其中真空固持机构能够在转移模式下操作以将保持在其外侧周边上的柔性器件结构层合到第二固持器的柔性载体基板上。

-在可能的具体实施中，该装置还包括用于收集流体催化剂的槽。

-在可能的具体实施中，该装置包括离子分配器，该离子分配器被构造成将离子注入由喷嘴分配的流体催化剂中。

-在可能的具体实施中，切割机构(诸如刀片或刀)可操作以从柔性器件结构切割条片，并且从刚性基板移除该条片。

-在可能的具体实施中，该机构经由一个或多个出口在第一剥离界面与第二剥离界面之间引入加压流体，具有一个出口或多个出口，流体射流相对于刚性基板的表面以0至30度的角度被引导。

-在可能的具体实施中，施加加压流体的机构可以被移位，使得加压流体被分配在刚性基板与第一层之间或者第二层与柔性器件结构之间，并且该机构保持在距分离界面0.01mm与20mm之间。

-在可能的具体实施中，该装置可以包括用于接合柔性载体基板的第二固持器，其中真空固持机构能够在转移模式下操作以将保持在其外侧周边上的柔性器件结构层合到第二固持器的柔性载体基板上。

-在可能的具体实施中，该装置可以包括流量调节器，该流量调节器被构造成选择或调整流体的流速以实现分层。

本文中已描述且例示了若干另选实施方案和示例。上文描述的实施方案旨在仅为示例性的。本领域技术人员将了解各个实施方案的特征以及部件的可能组合和变化。本领域技术人员还将了解，可以以与本文中公开的其他实施方案的任何组合来提供实施方案中的任何实施方案。因此，本示例和实施方案在所有方面都被视为例示性的而不是限制性的。因此，虽然已例示且描述了具体实施方案，但在不显著脱离所附权利要求中限定的范围的情况下，将会想到许多修改。

Claims (39)

1.一种用于制造柔性微电子器件的层合结构，所述层合结构包括：

刚性基板；

柔性微电子结构，所述柔性微电子结构包括：

至少一个器件层；和

至少一个柔性基板器件层；

脱离结构，所述脱离结构设置在所述刚性基板与所述柔性微电子结构之间，所述脱离结构包括：

至少一个脱离层，所述至少一个脱离层由非金属无机材料制成，

所述层合结构包括第一剥离表面和第二剥离表面，所述剥离表面中的至少一个剥离表面对应于所述脱离结构的表面或所述脱离结构内的表面，

所述第一剥离表面和所述第二剥离表面能够通过由机械分层和/或加压流体分层产生的脱离力来剥离，从而允许将所述柔性微电子器件与所述刚性基板分离。

2.根据权利要求1所述的层合结构，其中所述刚性基板包含以下中的至少一者：硅、氧化铝、钢、蓝宝石和玻璃。

3.根据权利要求1或2所述的层合结构，其中所述脱离结构的所述至少一个脱离层是单一脱离层，所述单一脱离层包含以下中的一者：氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物。

4.根据权利要求3所述的层合结构，其中单一层包含以下中的一者：二氧化硅、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。

5.根据权利要求3或4所述的层合结构，其中所述单一层具有15μm或更小的厚度。

6.根据权利要求1至5所述的层合结构，其中所述第一剥离表面对应于所述脱离结构的顶表面，并且所述第二剥离表面对应于所述柔性微电子结构的底表面。

7.根据权利要求1至5所述的层合结构，其中所述第一剥离表面对应于所述脱离结构的底表面，并且所述第二剥离表面对应于所述刚性基板的顶表面。

8.根据权利要求1或2所述的层合结构，其中所述至少一个脱离层至少包括第一脱离层和第二脱离层，在所述脱离结构内形成剥离界面。

9.根据权利要求8所述的层合结构，其中：

所述第一脱离层和所述第二脱离层中的一者包含金属或金属合金；并且

所述第一脱离层和所述第二脱离层中的另一者包含以下中的一者：氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物。

10.根据权利要求8或9所述的层合结构，其中所述第一脱离层和所述第二脱离层中的所述一者包含以下中的一者：Ni、Al、Cu或Pd或者它们的合金。

11.根据权利要求8、9或10所述的层合结构，其中所述第一脱离层和所述第二脱离层中的所述另一者包含以下中的一者：二氧化硅、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的层合结构，其中在所述刚性基板上形成所述第一脱离层，并且在所述第一脱离层的顶部上形成所述第二脱离层。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的层合结构，其中所述至少一个脱离层包括图案化层，所述图案化层包括多个图案。

14.根据权利要求13所述的层合结构，其中所述多个图案均匀地分布在所述脱离结构的所述层中的一个层的顶外表面和底外表面上，所述第一剥离表面对应于所述图案化层的顶表面，并且所述第二剥离表面对应于所述刚性基板的所述顶表面。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的层合结构，其中所述第二脱离层具有20μm或更小的厚度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的层合结构，所述层合结构还包括一个或多个附加层，所述一个或多个附加层在所述至少一个脱离层与所述柔性基板器件层之间延伸。

17.根据权利要求16所述的层合结构，其中所述一个或多个附加层具有水分阻隔特性。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的层合结构，其中所述脱离结构的总厚度为20μm或更小。

19.根据权利要求14至17中任一项所述的脱离结构材料，其中所述一个或多个附加层具有10^-1g/m²/天或更低的水蒸气透过率。

20.一种制造柔性微电子器件的方法，所述方法包括：

通过以下操作来形成根据权利要求1至19中任一项所述的层合结构：

提供刚性基板，

在所述刚性基板上方形成脱离结构；

在所述脱离结构上方形成柔性微电子结构；以及

通过在第一剥离表面和/或第二剥离表面上施加脱离力，在剥离界面处将所述柔性微电子结构与所述刚性基板分离。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括将所述柔性微电子结构转移到柔性主基板上。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述剥离界面能够被设置在：

a.所述脱离结构的脱离层中的两个脱离层之间；

b.脱离结构与所述柔性微电子结构之间；或者

c.所述脱离结构与所述刚性基板之间。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中通过以下操作来实现所述分离：使用所述层合结构上的一个或多个真空启用表面施加所述脱离力，以通过将所述脱离结构的所述第一剥离表面与所述刚性基板上的所述第二剥离表面分层而将所述柔性微电子器件与所述刚性结构分离。

24.根据权利要求19或23中任一项所述的方法，其中通过加压流体在所述层合结构的位于所述第一剥离表面与所述第二剥离表面之间的开放区段处的受控释放来实现所述分离。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述分离包括引发阶段和剥离阶段，在所述引发阶段期间施加的脱离力大于在所述剥离阶段期间施加的脱离力。

26.根据权利要求25所述的方法，其中在所述引发阶段期间的所述脱离力大于30gF，并且在所述剥离阶段期间的所述脱离力小于25gF。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中使用层流射流在所述第一剥离表面与所述第二剥离表面之间注入所述加压流体。

28.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中使用一股或多股相异射流在所述第一剥离表面与所述第二剥离表面之间注入所述加压流体。

29.根据权利要求23至28中任一项所述的方法，其中以高于25mm/s，并且优选地高于35mm/s，并且更优选地高于100mm/s的分层速度来执行所述分离。

30.根据权利要求23至29中任一项所述的方法，其中通过注入一股或多股集中射流来执行所述分离，所述一股或多股集中射流形成从所述第一剥离表面与所述第二剥离表面之间的中央区内朝向所述层合结构的边缘传播的流体囊。

31.根据权利要求19至30中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述第一剥离表面与所述第二剥离表面之间引入催化剂，所述催化剂包含以下中的一者：水基流体、丙酮、异丙醇、甲醇或氟碳基流体。

32.根据权利要求21至31中任一项所述的方法，其中将所述柔性微电子结构转移到所述柔性主基板上包括将所述柔性器件结构固定到所述柔性主基板，所述柔性主基板包括聚合物、塑料或者有机或无机薄膜。

33.根据权利要求23所述的方法，其中所述一个或多个真空启用表面被提供为包括真空平面台的真空启用机构。

34.根据权利要求23所述的方法，其中所述一个或多个真空启用的真空启用表面包括真空辊。

35.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括调整所述真空启用机构的速度。

36.根据权利要求20至30中任一项所述的方法，其中通过气相沉积工艺、物理沉积工艺、电铸或化学工艺来形成所述脱离结构的所述至少一个脱离层。

37.根据权利要求20所述的方法，其中使用物理气相沉积工艺形成所述至少一个脱离层，所述物理气相沉积工艺包括以下中的一者：溅射、电子束蒸发和热蒸发。

38.根据权利要求27所述的方法，其中所述射流通过设置在流体注射喷嘴的前端处的纵向狭缝进行喷射，所述加压流体在离开所述喷嘴时形成气刀。

39.根据权利要求28所述的方法，其中所述一股或多股相异射流通过设置在流体注射喷嘴的前端处的两个或更多个出口进行喷射，所述出口以预定距离间隔开。