CN1574214A - 用于制造电子器件的基于熔化的图案化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造具有由沉积材料在表面上形成的图案的电子器件的方法。并且，本发明涉及一种制造场效应晶体管、特别是用于RGB显示器的高分辨率图案化的方法。用于制造有机电子器件的该方法包括如下步骤：对沉积材料加热和加压以形成熔体，并且采用相变印刷或喷涂技术在表面上沉积该熔化的沉积材料。该熔化的沉积材料在表面上凝固。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造电子器件的工艺，该电子器件具有通过沉积材料在表面上形成的图案。并且，本发明涉及一种制造场效应晶体管的工艺，尤其涉及用于RGB显示器的高分辨率图案化。
背景技术
有机电子器件特别是有机发光器件(OLEDs)通常制作成一系列沉积在彼此顶部的层，如支撑衬底上的第一电极、几个有机和无机层以及第二电极。迄今为止，OLED技术缺乏用于针对小分子的RGB显示器的高分辩率图案化方法。针对小分子而开发的沉积技术至今对于大尺寸显示器的量产仍表现出局限性。
传统上，在形成有机层时采用真空沉积作为物理气相沉积方法。用于图案化全色显示器中的有机层例如红、绿和蓝发光子象素的常用方法是遮蔽掩模技术。然而，这种技术在尺寸、面板的分辨率和象素的单个的填充因子方面受限制。例如，遮蔽掩模技术特别是对于小特征尺寸变得尤其复杂。在该工艺中的材料沉积需要规定的掩模清洁步骤，从而使制造延迟。在沉积时掩模的热膨胀限制了精度和孔径比。并且重复地需要掩模对准是耗时的，并降低产率。
一种用于图案化聚合物发光器件的方法是喷墨印刷溶解的聚合物，如美国专利6,087,196所述。这种分散液体溶液的方法不适合于基于小分子的多层OLEDs，因为先沉积的层被再次溶解并与从不同的溶液中后沉积的多层互相混合。
当小分子被加热时，一些小分子直接升华，而其它先熔化然后再蒸发。因此需要一种沉积这种小分子的新方法。
由上文可知，在本领域对于用于制造采用有机和/或无机有源或生物层的半导体器件、传感器、生物芯片和显示器的结构图案化的改善仍有需要。
发明内容
本发明使得可以制造采用有机和/或无机有源或生物层的半导体器件、电路、传感器、生物学图案、生物芯片和单色和/或彩色显示器。它包含通过相变印刷或喷涂技术沉积分子、低聚物或纳米颗粒，并制造有机发光器件(OLEDs)、彩色显示器和其它半导体器件。
按照本发明，提供一种用于制造具有通过沉积材料在表面上形成的图案的电子器件。该工艺包括如下步骤：对沉积材料加热并加压以形成熔体，并采用相变印刷技术或喷涂技术将熔化的沉积材料沉积到表面上。从而熔化的沉积材料在表面上例如在它到达表面时凝固。
通常，本发明涉及一种通过相变印刷技术，也称作蜡或熔融印刷技术，来对多层例如有机分子进行高分辨图案化的方法，以用于半导体器件、传感器或彩色显示器。同样，可以采用使用气体的喷涂技术。在沉积之前，利用p-V(T)图在压力室中中将沉积材料或其一部分加热到熔化的温度，并使之沉积到衬底或表面上，例如用于全色显示器的薄膜晶体管阵列。熔化的沉积材料的沉积可以通过热相变印刷技术或喷涂技术来进行。当材料碰撞衬底时它立即凝固。可以重复沉积以沉积多层，即，可以容易地形成三层。在另一个实例中，可以通过沉积不同的沉积材料来形成多层。该工艺使得能够控制材料的沉积并定制特性，例如，通过衬底加热/冷却、在热环境(气体)中沉积、改变压力等。并且，该工艺也理想地适合于掺杂系统(液体的混合)。
正如所指出的，按照克劳修斯-克拉佩龙方程(Clausius-Clapeyron equation)使用压力(P)/温度(T)相图可以在压力室中进行加热或加压。这使得能够控制沉积材料的熔化。通过使用压力室，基本上每种材料可以用于相或热印刷和喷涂技术。不需要掩模，图案由印刷工艺来确定，也即，从喷嘴向表面或衬底作为一次喷射呈现的小滴。喷嘴可以是压电控制的并且在衬底上移动。也可能移动衬底而固定喷嘴。此外，通过使用整体遮蔽掩模例如光刻胶可以实现更高的精度，光刻胶可以用于确定图案。从而实现超高精度。
可以选择沉积材料以包括无机材料、OLED材料、生物分子、纳米颗粒及其结合中的一种。并且，沉积材料可以是粉末形式的成分。这具有能够使其容易地与其它成分混合的优点。并且，沉积材料可以提供成颗粒状。这使得能够有适合方法的封装、存贮、搬运和处理。
一种场效应晶体管，也称作薄膜场效应晶体管可以由包括如下步骤的工艺制造：在衬底上形成源和漏触点；对沉积材料加热和加压以形成熔体，该沉积材料包括有机半导体材料；通过相变印刷技术和喷涂技术中的一种，将熔化的沉积材料沉积到带有源和漏触点的衬底上，其中所述熔化的沉积材料在衬底上凝固并形成有机半导体层；在有机半导体层上形成绝缘层；并且在绝缘层上形成栅触点。
也可能通过相变印刷或喷涂技术形成源、漏和栅触点以及绝缘层。这具有整个器件能够通过所公开的工艺来制造的优点。
附图说明
通过参照所附的示意图，在下文中仅通过实例的方式详细描述本发明的优选实施方式。
图1说明单成分系统的相图。
图2a-c说明通过采用压力室沉积沉积材料在表面上形成图案的步骤。
图3a、b表示形成有机发光器件的示意性说明。
图3c表示形成RGB显示器的示意性说明。
图4表示形成场效应晶体管的示意性说明。
图5说明印刷原理。
这些附图的提供仅出于示例性说明的目的，而不必按规定比例表示本发明的实际的例子。
具体实施方式
尽管本发明可广泛地用于不同的应用中，将集中描述在有机场致发光器件上的应用，即有机发光器件(OLED)和场效应晶体管，但提出最常见的问题和工艺。在本说明书中，相同的参考数字用于标示相同或类似的部分。
图1说明单成分系统的相图。在传统的物理气相蒸发沉积工艺中，固体材料通常在减小的压力下被加热到各自的升华温度之上，以蒸发材料(采用a标识的箭头)。当固体材料在三相点之上的压力被加热时，则固体在各自的熔点变成液体(采用b标识的箭头)。在对于蒽(Anthracene)描述的例子中，三相点温度是489K，常压下的熔点温度是490K。二或多成分系统的相图更加复杂。仍然可以应用从固体到液体的转变原理。
图2a-c说明通过沉积材料20在表面10上形成图案的步骤。为了简单化，该图被简化成一个液滴。两个或更多的液滴用来形成图案和多层。图2a说明沉积材料20。如箭头和字母T、P所示，沉积材料20在压力室(未示出)中被加热和加压，以形成熔体。熔化的沉积材料21在图2b中说明。然后，如图2c所示，熔化的沉积材料21被通过相变印刷或喷涂技术沉积在表面10上。从而在熔化的沉积材料21到达表面10它就马上凝固。熔化的沉积材料21可以通过压电元件(未示出)沉积。最后，如图2c所示，凝固的沉积材料20留在表面10上。为了沉积沉积材料20或不同沉积材料的多个或不同的层，重复该工艺步骤。沉积材料20也可以与其它材料混合或包括两个或更多的成分。在图2a-c中，符号“0”说明固体形式的沉积材料20的成分，而符号“-”说明熔体形式的沉积材料20的成分。
图3a到3c表示形成有机发光器件(OLED)的示意性说明。在至少某些情形中，OLED包括夹在阴极和阳极之间的一个薄层或多层的合适的有机材料。在图3a中说明OLED的一个合适的例子。在衬底100的合适的表面上，或者通过象PVD、CVD、旋涂或溅射之类的传统方法，或者通过相变印刷技术，提供第一电极(阳极)102(金属，ITO，导电聚合物)。衬底100可以由玻璃、硅、聚合物或其组合来制成，甚至可以是预图案化的薄膜晶体管阵列。OLED还包括空穴传输层106和电子传输/发射层110’和第二电极(阴极)112(金属)。
其它的OLED多层器件可以包括如图3b所述的其它层。除子空穴传输层106，可以包括空穴注入成04。组合的电子传输/复合层可以分成电子传输层110和发射层108。所有这些层可以由几种材料混和而成，特别是发射层可以是一种或几种基质材料和染料材料的混和物。因此，这样的多层OLEDs可以通过参照图2a-2c和图5所述的相变印刷或喷涂技术对各层连续成型从而在合适的表面上形成。
如图3c所示，可以形成显示器。红302、304和蓝306 OLED象素可以通过相变印刷或喷涂技术印刷在受体衬底300上。或者，红、绿和蓝OLEDs可以印刷在彼此的顶部以产生多色彩叠置的器件OLED。
在图4中示出了形成场效应晶体管的例子。称为源和漏402的两个电触点在绝缘衬底400上形成，该衬底可以包括玻璃、硅、聚合物或其组合。源和漏402可以通过传统的技术例如PVD、CVD、溅射等形成，但源和漏402也可以通过相变印刷或喷涂来形成。并且，在源和漏触点之间通过相变印刷或喷涂来涂敷有机半导体层404，并且与这些触点402重叠。作为沉积材料，并五苯或α-六价噻吩(alpha-sexithiophene)可以用作有机分子。然后在半导体层404上形成绝缘层406，从而绝缘层406可以包括高度绝缘的材料，如四氟乙烯(tetrafluorethylen)或二氟亚乙烯(vinylidenedifluoride)衍生物。其聚合物已知为特氟隆或PVDF(特氟隆是E.I.Du Pont deNemours & Company的商标)。最后，在绝缘层406的顶部形成第三电极408，即栅电极。第三电极可以类似于源和漏402来形成，也可以包括金的纳米颗粒。可以采用相变印刷或喷涂技术涂敷场效应晶体管的所有层或几层。
实际上，可以使用带有不同的容器、各容器充满各自的涂敷或沉积材料的一个印刷机来制造整个器件，类似于上述的OLED或薄膜晶体管。
图5说明相变印刷原理及其单元。简化的说明表示出印刷头40，该印刷头包括压力室42，其中填充沉积材料20。并且，印刷头40包括材料喷口46，其工作例如采用压电元件或喷嘴(未详细示出)以喷射熔化的沉积材料21。喷头40可以接近器件的表面10或衬底11。为了向表面涂敷沉积材料20，或者喷头40在表面10上移动，或者喷头40固定并且具有表面10的衬底11相应地按照图形表面10的方式移动。在操作中，通过材料喷口46，熔化的沉积材料21到达衬底10上，在衬底上熔体21立即凝固，并且凝固的沉积材料20留下来。在另一实施方式中，包含沉积材料20的材料加料器(未示出)被放置在印刷头40附近或者甚至形成单个单元。在另一实施方式中，可以使用多个材料加料器，各个加料器填充有不同的沉积材料20，从而支撑压力室42和印刷头40。
任何已公开的实施方式的可以与示出和/或描述的一个或几个其它实施方式结合。对于实施方式的一个或几个特征这也是可能的。
Claims (9)
1.一种用于制造具有由沉积材料(20)在表面(10)上形成的图案的电子器件的方法，该方法包括如下步骤：
a)对沉积材料(20)加热和加压以形成熔体；
b)采用相变印刷技术和喷涂技术中的一种在表面(10)上沉积熔化的沉积材料(21)，
其中所述熔化的沉积材料(21)在表面(10)上凝固。
2.根据权利要求1的方法，其中所述步骤a)加热和加压是按照克劳修斯-克拉佩龙方程使用压力/温度相图在压力室(42)中进行的。
3.根据前述权利要求之一的方法，包括重复所述步骤a)和b)，从而沉积多层(102-112；402-408)的沉积材料(20)。
4.根据权利要求3的方法，其中所述多层(102-112；402-408)是通过沉积不同的沉积材料(20)形成的。
5.根据前述权利要求之一的方法，其中选择沉积材料(20)，以包括有机材料、OLED材料、生物分子、纳米颗粒及其组合中的一种。
6.根据前述权利要求之一的方法，其中选择沉积材料(20)，以包括粉末形式的成分。
7.根据前述权利要求之一的方法，其中所述沉积材料(20)是颗粒。
8.根据前述权利要求之一的方法，用于制造有机发光器件、单色和/或彩色显示器、生物学图案、生物芯片、传感器、半导体器件和电路中的一种。
9.一种用于制造场效应晶体管的方法，包括如下步骤：
在衬底(400)上形成源和漏触点(402)；
对沉积材料(20)加热和加压以形成熔体，所述沉积材料(20)包括有机半导体材料；
通过相变印刷技术和喷涂技术中的一种，将熔化的沉积材料(21)沉积到具有源和漏触点(402)的衬底(400)上，其中所述熔化的沉积材料(21)在衬底(400)上凝固并形成有机半导体层(404)；
在有机半导体层(404)上形成绝缘层(406)；以及
在绝缘层(406)上形成栅触点(408)。
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