DE10126859A1 - Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen mittels Drucktechnik sowie daraus hergestellte aktive Bauelemente für integrierte Schaltungen - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen mittels Drucktechnik sowie daraus hergestellte aktive Bauelemente für integrierte Schaltungen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen, das sich dadurch auszeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht Leiterbahnen oder Elektroden direkt oder indirekt mittels einer Drucktechnik erzeugt. Das Verfahren ist besonders geeignet, in einfacher, schneller und kostengünstiger Weise Elektroden und Leiterbahnen in optoelektronischen Bauelementen zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von leit­ fähigen Strukturen sowie daraus hergestellte aktive Bauele­ mente, insbesondere organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs), organische Leuchtdioden (OLEDs) bzw. diese umfassen­ de integrierte Schaltungen.
Zur Realisierung von organischen und anorganischen opto­ elektronischen Bauelementen werden leitfähige und feinstruk­ turierte Elektroden bzw. Elektrodenbahnen benötigt, die aus leitfähigen Materialien, wie Metallen, organischen leitenden Polymeren oder partikelgefüllten Polymeren hergestellt werden können. Organische Schichten lassen sich dabei photochemisch (vgl. C. J. Druryet al., Appl. Phys. Lett. 73 (1) (1998) 108 und G. H. Gelink et al., Appl. Phys. Lett. 77 (10) (2000) 1487) oder auf lithographischem Wege (Synth. Met 101 (1999) 705) strukturieren. Ähnliche Methoden sind auch für die Strukturierung von anorganischen leitfähigen Schichten mög­ lich.
Diese Verfahren zur Strukturierung leitfähiger Schichten bzw. zur Erzeugung von Leiterbahnen bzw. Elektroden sind arbeits­ technisch sehr aufwendig und damit Zeit- und kostenintensiv. Insbesondere für die Erzeugung von hochaufgelösten leitenden Strukturen in opto-elektronischen Bauelementen, wie OFETs, OLEDs und dergleichen sind diese Schritte daher zu umfang­ reich.
In der noch nicht veröffentlichten DE 100 47 171.4 der Anmelde­ rin wird ein Verfahren zur Herstellung eine Elektrode und/oder Leiterbahn aus organischem Material durch Kontaktie­ ren mit einer chemischen Verbindung beschrieben. Die organischen Materialien haben den Nachteil, dass sie nicht so sta­ bil wie entsprechende anorganische Materialien sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah­ ren anzugeben, mit welchem in einfacher und kostengünstiger Weise mit möglichst wenigen Arbeitsschritten hochaufgelöste leitfähige Strukturen, möglichst aus anorganischem Material, erzeugt werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfah­ ren zur Erzeugung von leitfähigen Schichten, das sich dadurch auszeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht, Leiter­ bahnen bzw. Elektroden mittels einer Drucktechnik erzeugt.
Durch eine druckbare Strukturierung wird das Verfahren we­ sentlich vereinfacht, billiger und schneller. Es fallen eben­ falls sämtliche beispielsweise für die Lithographie nötigen Schritte, wie Aufbringen eines Photolackes, Belichtung, Ent­ wicklung und gegebenenfalls anschließende Reinigung weg.
Prinzipiell eignen sich alle Druckverfahren, wie Tiefdruck, Hochdruck, Flachdruck, Durchdruck (Siebdruck). In einer be­ sonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden jedoch die Leiterbahnen bzw. Elektroden im sogenannten Gravur-Offset-Druck erzeugt. Man spricht hier auch vom Tampon-Druck. Der Vorteil dieses Druckverfahrens be­ steht darin, dass man die zu erzeugende Struktur positiv oder negativ in Form eines Klischees, das die Druckpaste enthält, anlegen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in vorteilhafter­ weise zur Erzeugung sowohl organischer als auch anorganischer leitfähiger Strukturen bzw. Leiterbahnen oder Elektroden.
Eine leitfähige organische Schicht ist vorteilhafterweise beispielsweise dotiertes Polyanilin, in welcher durch Bedru­ cken mit einem basischen Druckmedium durch Deprotonierung eine nichtleitende Matrix erzeugt wird. Auch kann durch Be­ drucken von nicht-dotiertem Polyanilin mit einem sauren Druckmedium durch Protonierung eine leitfähige Struktur in einer nichtleitenden Matrix erzeugt werden. Diese Matrix kann dann entfernt werden und gegebenenfalls mit einer Halbleiter­ schicht ausgefüllt werden. Aus Gründen der Stabilität des op­ to elektronischen Bauelementes, das eine gemäß der vorliegen­ den Erfindung erzeugte leitfähige strukturierte Schicht ent­ hält, ist es von Vorteil, diese aus einem anorganischen leit­ fähigen Material, vorteilhafterweise Gold, Aluminium, Kupfer oder Indium-Zinn-Oxid (ITO) auszuwählen. Hier wird auf einem Substrat oder einer unteren Schicht zunächst die metallische leitfähige Schicht, welche beispielsweise 1 bis 100 nm dick sein kann, beispielsweise durch Aufdampfen aufgetragen. Dann wird mittels der Gravur-Offset-Drucktechnik eine geeignete Ätzpaste im Negativ zu der erzeugenden Leiterbahn bzw. Elekt­ rode aufgedruckt, wodurch die leitfähige Schicht in den be­ druckten Bereichen unter Ausbildung der Leiterbahn bzw. Elektrode weggeätzt wird. Auch kann umgekehrt positiv ein Ätzresist gedruckt werden, der nach dem Ätzschritt wieder entfernt wird.
Je nach Art der zu strukturierenden leitfähigen Schicht kann diese Paste basischen oder sauren Charakter besitzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafterweise kon­ tinuierlich ausgestaltet, wodurch eine Massenproduktion ge­ währleistet ist.
Die Erfindung betrifft auch einen organischen Feldeffekt- Transistor, bei dem Source-, Drain- und/oder Gate-Elektroden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Die Erfindung betrifft auch organische Leuchtdioden, bei wel­ chen die leitenden Strukturen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet sind.
Die Erfindung betrifft auch organische Dioden, insbesondere Gleichrichterdioden.
Die Erfindung betrifft auch integrierte Schaltungen, umfas­ send wenigstens ein OFET oder ein anderes aktives Bauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles und der anliegenden Fig. 1 näher erläutert.
In Schritt A wird mittels eines Druckstempels 1 die hochvis­ kose Druckpaste 2 von der Druckvorlage (Klischee) 3 abgenom­ men. Der Druckstempel 1 ist vorteilhaft aus einem gegenüber der reaktiven Druckpaste 2 resistenten Material. Für die Aus­ bildung anorganischer Leiterbahnen bzw. Elektroden ist das in geeigneter Weise quellbeständiges, säureresistentes Silikon. Die Druckvorlage 3 enthält die Druckpaste als Negativ- Klischee der zu erzeugenden Leiterbahnen bzw. Elektroden. In Schritt B und C wird die Druckpaste 2 mittels des Druckstem­ pels 1 auf das mit einer leitfähigen Schicht 4 beschichtete Substrat 5 übertragen. Die Druckpaste 2 haftet an dem Druckstempel 1 in Form diskreter Strukturen, welche eine Be­ handlung der leitfähigen Schicht 4 zu deren Strukturierung ermöglicht. Die leitfähige Schicht 4 besteht bei der angege­ benen Ausführungsform aus einer 1 bis 100 m dicken, leitenden Metallschicht, wie beispielsweise einer Schicht aus Gold, Aluminium, Kupfer oder ITO, welche aufgedampft wurde. Die Druckpaste 2 hat ätzende Eigenschaften und weist für den An­ wendungsfall Kupfer einen Gehalt an Eisen(III)Chlorid, für den Anwendungsfall Gold einen Gehalt an Jod/Kaliumjodid, für den Anwendungsfall ITO einen Gehalt an Halogenwasserstoff auf und für den Anwendungsfall Aluminium einen Gehalt an Salzsäu­ re oder Natronlauge auf.
Das Substrat ist prinzipiell frei wählbar und kann so ein Si­ liziumträger oder eine dünne Glasschicht sein. Bevorzugt wird man jedoch dünnste, flexible Kunststofffolien, beispielsweise aus Polyethylen, Polyterephthalat oder Polyimid verwenden. Die leitfähige Schicht 4 muss auch nicht direkt auf dem Trä­ gersubstrat 5 aufgebracht sein. Die darunter liegende Schicht kann auch ein teilgefertigtes, opto-elektronisches Bauelement sein, das schon strukturierte Funktionsschichten aufweist.
Je nach den Eigenschaften der verwendeten Druckpaste ergeben sich prinzipiell zwei unterschiedliche Aufarbeitungsschritte, welche nachfolgend erläutert werden.
Gemäß Schritt D ist die Eigenschaft der Druckpaste die, dass die leitfähige anorganische Schicht 6 gemäß der Druckstruktur an dem klebrigen Druckmedium hängen bleibt und sich so von dem Substrat direkt entfernen lässt. Dieser Vorgang ist gege­ benenfalls mehrmals wiederholbar, sofern sich die abgehobene leitfähige Schicht 6 jeweils in dem Druckmedium auflöst. Zu­ rück bleibt die leitfähige Struktur 7, welche weiter zum Auf­ bau beispielsweise eines OFETs oder eines sonstigen opto- elektronischen Bauelementes verarbeitet werden kann. Bei die­ ser Verfahrensweise muss der Druckstempel 1, auch Tampon ge­ nannt, anschließend gereinigt werden, um den Arbeitsschritt zu wiederholen. Das lässt sich über einen hier nicht weiter ausgeführten Zwischenschritt, in dem der Druckstempel 1 in ein geeignetes Lösungsmittel getaucht wird, realisieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform bzw. mit einem anderen Druckmedium wird die Druckpaste 3 direkt auf die leitfähige Schicht 4 übertragen (Schritt E). Die strukturierte Druckpas­ te 9 und die leitfähige Schicht 4 reagieren miteinander und die leitfähige Schicht 4 wird an den bedruckten Stellen vom Stempel 1 abgelöst (Schritt F). Reste 8, die am Stempel 1 verbleiben, müssen abgelöst werden. Um eine zu hohe laterale Ätzung zu verhindern, muss das Verfahren durch einen Neutra­ lisation in einer Base, welche nicht mit der leitenden Schicht reagiert, gestoppt werden. In Schritt G ist gezeigt, wie nach der Neutralisation und Entfernung die Struktur in der leitfähigen Schicht ausgebildet ist. Auch hier können weitere Bearbeitungsschritte wie oben beschrieben folgen.

Claims (12)

1. Verfahren zu Erzeugung von leitfähigen Strukturen, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer leitfähigen Schicht (4), Leiterbahnen und/oder Elektro­ den direkt oder indirekt mittels einer Drucktechnik er­ zeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass man die Leiterbahnen und/oder Elektroden im Gravur-Offset-Druck durch Auftragen einer reaktiven Druckpaste (3) erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine organische leitfähige Schicht erzeugt und mittels Gravur-Offset-Druck strukturiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die leitfähige organische Schicht dotiertes Polyanilin ist, in welcher durch Bedrucken mit einem ba­ sischen Medium durch Deprotonierung eine nichtleitende Matrix erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die leitfähige organische Schicht nicht- dotiertes Polyanilin ist, in welcher durch Bedrucken mit einem sauren Medium durch Protonierung eine nichtleiten­ de Matrix erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine anorganische leitfähige Schicht erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die anorganische leitfähige Schicht aus
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den Druckprozess konti­ nuierlich führt.
9. Organischer Feldeffekt-Transistor, bei dem die Source-, Drain- und/oder Gate-Elektroden nach einem Verfahren ge­ mäß den Ansprüchen 1 bis 8 ausgebildet sind.
10. Organische Leuchtdiode, bei welcher die leitenden Struk­ turen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 ausgebildet sind.
11. Organische (Gleichrichter)Diode, bei welcher die leiten­ den Strukturen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 ausgebildet sind.
12. Integrierte Schaltung, umfassend wenigstens ein aktives Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
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