DE102005022000A1

DE102005022000A1 - Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten aus zwei mehrlagigen Ausgangsstrukturen

Info

Publication number: DE102005022000A1
Application number: DE102005022000A
Authority: DE
Inventors: Michael Bisges
Original assignee: Flex Technologies O GmbH; O-FLEX TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: OFlexx Technologies GmbH
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: DE102005022000B4; DE102005022000B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten, insbesondere Halbleiterbauelementen, das die massenhafte preiswerte Herstellung von Halbleiterbauelementen unabhängig von dem verwendeten Material für die elektrisch leitenden und halbleitenden Schichten ermöglicht und das eine hohe Gleichmäßigkeit und geringe Strukturgröße der hergestellten Halbleiter gewährleistet. DOLLAR A Schließlich werden Ausgangsstrukturen als Halbzeug vorgeschlagen, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut geeignet sind. DOLLAR A Zur Herstellung der elektronischen Einheiten wird eine Schicht aus elektrisch halbleitendem Material einer ersten Ausgangsstruktur in Richtung einer Schicht aus elektrisch leitendem Material einer zweiten Ausgangsstruktur gedrückt, wobei eine mit dem elektrisch halbleitenden Material beschichtete Struktur der ersten Ausgangsstruktur die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur abschnittsweise abschert und unterbricht, wodurch die Kontakte einer Emitter- und Kollektorelektrode beispielsweise eines TFT-Transistors erzeugt werden. Die erste Ausgangsstruktur umfasst eine leitende, die Basiselektrode bildende Schicht, die durch eine isolierende Prägeschicht von der Schicht aus elektrisch halbleitendem Material getrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten aus zwei mehrlagigen Ausgangsstrukturen. Elektronische Einheiten sind insbesondere Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise TFT-Transistoren, sowie diese Halbleiterbauelemente umfassende Schaltungen.

Im Rahmen der Polymerelektronik gibt es Ansätze zur Herstellung preiswerter Halbleiter aus Kunststoff. Das in der Elektronikindustrie in erster Linie als Halbleitermaterial zum Einsatz gelangende Silizium ist bei einfachen elektronischen Anwendungen vielfach nicht erforderlich. Um die Kosten elektronischer Schaltungen auf der Basis der Polymerelektronik zu reduzieren, wird unter anderem an der technischen Universität Chemnitz seit längerem das Drucken von Polymerschaltungen untersucht. Dort gelang es, Kunststoff-Transistoren in einem Massendruckverfahren herzustellen. Bei dem Druckverfahren werden Kunststoffmoleküle, die entweder leitend, halbleitend oder isolierend sind, in feinen Schichten übereinander gedruckt. von der Konsistenz her sind die Kunststoffe wie Tinte zu verwenden. Hieraus resultiert allerdings das Problem, dass selbst bei technisch höchstmöglicher Auflösung die gedruckten Polymer-Transistoren bei weitem nicht an die Leistung von Silizium-Transistoren heranreichen.

Der Druck eines Halbleiters gestaltet sich im Einzelnen beispielsweise wie folgt:

– Zunächst wird die Basiselektrode auf ein isolierendes Substratmaterial aus Kunststoff aufgedruckt.
– Anschließend wird eine Isolationsschicht oberhalb der Basiselektrode aufgebracht, die beispielsweise aus einem organischen Dielektrikum besteht.
– Auf die Isolationsschicht werden die Kollektor- und Emitterelektrode aufgedruckt,
– gefolgt von dem Aufbringen des Halbleitermaterials. Ein typisches Halbleitermaterial für das Drucken von TFT-Transistoren ist beispielsweise P3HT (Poly 3-Hexalthiophene).

Der wesentliche Vorteil der gedruckten Polymerelektronik besteht darin, dass sich diese in sehr hoher Auflage preiswert drucken lässt und sich daher für kurzlebige Elektronik-Bauteile, wie beispielsweise Gepäckanhänger oder Verpackungsetiketten eignet.

Als Hauptnachteile der gedruckten Polymerelektronik sind die erreichbare Strukturgröße, die mangelnde Homogenität des Drucks sowie die teilweise nicht ausreichende Langzeitstabilität der gedruckten Halbleiter zu nennen.

Geringere Strukturgrößen von deutlich unterhalb 5 μm sind jedoch erforderlich, um ausreichende Schaltgeschwindigkeiten der Halbleiterbauelemente zu erzielen, insbesondere bei der Verwendung von organischen Materialien die ohnehin eine geringere Schaltgeschwindigkeit als anorganische, herkömmliche Materialien nach sich ziehen. Die mangelhafte Gleichförmigkeit der im Druckverfahren aufgetragenen Beschichtungen ändern die Verhaltensweise des Halbleiterbauelementes. Dies ist insbesondere dann nicht tolerabel, wenn die gedruckten Halbleiterbauelemente zur Steuerung von Displays verwendet werden.

Neben den reinen Druckverfahren zur Herstellung insbesondere von TFT-Transistoren ist aus der WO 02/29912 A1 ein Verfahren zur Herstellung organischer Halbleiter bekannt geworden, bei dem in eine mehrlagige ebene Ausgangsstruktur mit einer leitenden, halbleitenden und isolierenden Schicht mittels eines Prägewerkzeugs Kerben in die mehrlagige Ausgangsstruktur eingebracht werden. Bei dem Prägeschritt wird die erste Lage der mehrlagigen Ausgangsstruktur abgeschert. Die durch das Prägen gebildeten streifenförmigen, parallel zueinander angeordneten Elektroden für die Emitter- bzw. Kollektorelektroden des Halbleiters werden elektrisch durch die Kerben getrennt, wobei der minimale Abstand zwischen zwei benachbarten streifenförmigen Elektroden 0,6 μm beträgt. Anschließend wird auf die Struktur eine halbleitende Polymerschicht und die Isolationsschicht für die Basis aufgebracht. Schließlich wird in einem letzten Schritt im Wege eines Druckverfahrens die Basiselektrode aus einem leitenden Polymer in die Kerbe eingebracht. Sowohl die halbleitende Schicht als auch die Isolationsschicht folgen dabei dem Verlauf der durch das Prägewerkzeug hergestellten Kerbe, so dass die leitende Polymerbasiselektrode ausschließlich mit der Oberfläche der Isolationsschicht in der Rille in Kontakt kommt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten, insbesondere Halbleiterbauelementen vorzuschlagen, das die massenhafte preiswerte Herstellung von Halbleiterbauelementen bei kleineren Strukturen unabhängig von dem verwendeten Material für die elektrisch leitenden und halbleitenden Schichten ermöglicht und das eine höhere Gleichmäßigkeit der hergestellten Halbleiter gewährleistet. Insbesondere soll das Verfahren auch eine massenhafte und kostengünstige Herstellung von leistungsfähigen Halbleitern, insbesondere TFT-Transistoren sowie daraus hergestellten Schaltungen unter Verwendung herkömmlicher Halbleitermaterialien, wie insbesondere Silizium erlauben.

Schließlich sollen Ausgangsstrukturen vorgeschlagen werden, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet sind.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Gedanken, durch Zusammenfügen zweier als Halbzeug vorhandener mehrlagiger ebener Ausgangsstrukturen eine elektronische Einheit, insbesondere TFT-Transistoren, herzustellen.

Im einzelnen wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten aus einer ersten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht aus elektrisch leitendem Material, einer darüber angeordneten Prägeschicht aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer erhabenen Struktur sowie einer über der Prägeschicht und der Struktur angeordneten Schicht aus elektrisch halbleitendem Material und aus einer zweiten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur mit einer auf einem Substrat angeordneten plastisch verformbaren Prägeschicht und einer darüber angeordneten Schicht aus elektrisch leitendem Material gelöst, wobei die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material der ersten Ausgangsstruktur gegen die bzw. in Richtung der Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur gedrückt wird, wobei die mit elektrisch halbleitendem Material beschichtete erhabene Struktur der ersten Ausgangsstruktur die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) abschnittsweise abschert und unterbricht.

Indem die beiden Ausgangsstrukturen erfindungsgemäß gegeneinander gedrückt werden, wird die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur abschnittsweise abgeschert und unterbrochen. Dabei dringt die insbesondere keilförmige mit halbleitendem Material beschichtete Struktur in die isolierende Prägeschicht ein. Die elektrisch leitende Schicht der zweiten Ausgangsstruktur wird hierdurch in elektrisch voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt, die die darüber liegende Schicht aus elektrisch halbleitendem Material kontaktieren. Auf diese Weise wird eine Kollektor- bzw. Emitter-Elektrode eines TFT-Transistors erzeugt.

Die die Basis-Elektrode bildende elektrisch leitende Schicht der ersten Ausgangsstruktur ist von der Schicht aus halbleitendem Material durch die Prägeschicht aus elektrisch isolierendem Material getrennt. Die Prägeschicht wirkt als Dielektrikum zwischen der Basis-Elektrode und der halbleitenden Schicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass nachdem die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material der ersten Ausgangsstruktur gegen die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur gedrückt worden ist, das Substrat zumindest von der ersten Ausgangsstruktur abgelöst wird. Dies erlaubt eine einfache Kontaktierung der Basis-Elektrode.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt die Notwendigkeit eines Druckvorganges, der zum einen die Gleichförmigkeit der hergestellten Strukturen sowie deren maximale Auflösung beeinträchtigt.

Zusammenfassend lassen sich folgende Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens nennen:

– Durch das erfindungsgemäße Ineinanderdrücken der beiden Ausgangsstrukturen lassen sich wesentlich höhere Auflösungen bei der Herstellung von elektronischen Einheiten, insbesondere TFT-Transistoren erzielen, als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Druckverfahren. Die erreichbaren Strukturgrößen sind kleiner 100 nm, während nach dem Stand der Technik lediglich Strukturgrößen von minimal 50.000 nm realisierbar sind. Mit Strukturgröße ist vorliegend der Abstand zwischen der Kollektor- und Basis-Elektrode eines TFT-Transistors gemeint.
– Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die elektrisch leitende Schicht der zweiten Ausgangsstruktur als reines Metall aufzusputtern. Dies ermöglicht geringe elektrische Widerstände und extrem dünne Schichten.
– Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sowohl die Verarbeitung von anorganischen als auch organischen Leitern und Halbleitern zu, was bei den bekannten Druckverfahren bisher nicht möglich ist.
– Schließlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit eröffnet, die gegeneinander zu drückenden Ausgangsstrukturen als Halbzeug vorzubereiten, insbesondere in Form von mit allen erforderlichen Schichten versehenen Folienbahnen.

Um bei der Herstellung von TFT-Transistoren eine elektrische Trennung der aus der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangsstruktur hergestellten Emitter- und Kollektorelektrode sicherzustellen, werden die abgescherten Abschnitte der leitenden Schicht so weit in die Prägeschicht gedrückt, dass die Schnittflächen zwischen abgescherten Abschnitten der elektrisch leitenden Schicht sich nicht mehr berühren.

Ein sicheres abschnittsweise Abscheren der Schicht aus elektrisch leitendem Material und damit deren elektrische Unterbrechung wird erreicht, wenn diese Schicht der zweiten Ausgangsstruktur an der Schnittkante der mit halbleitendem Material beschichteten, im Querschnitt dreieckig profilierten erhabenen Struktur abgeschert wird. Die dreieckig profilierte erhabene Struktur dringt wie ein Keil durch die elektrisch leitende Schicht in die darunter befindliche Prägeschicht ein und schert dabei die leitende Schicht ab. Die erhabene Struktur erstreckt sich vorzugsweise über die volle Breite der Ausgangsstruktur.

Zur Erhöhung des Ausstoßes elektronischer Einheiten, insbesondere von TFT-Transistoren, wird die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material der ersten Ausgangsstruktur gegen die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur gedrückt, während die Ausgangsstrukturen mit gleicher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung bewegt werden. Vorzugsweise werden die bewegten Ausgangsstrukturen fortlaufend in einem Walzenspalt von zwei gegenläufig rotierenden Walzen gegeneinander gedrückt, wobei die Walzenachsen quer zur Bewegungsrichtung der Ausgangsstrukturen, insbesondere der von Rolle zu Rolle geführten Folienbahnen angeordnet sind.

Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch durchführen, wenn die Ausgangsstrukturen ruhen. Die Ausgangsstrukturen werden dann beispielsweise mit Hilfe einer Presse gegeneinander gedrückt, wobei die Ausgangsstrukturen ebenfalls als von Rolle zu Rolle geführte Folienbahnen beispielsweise über einen festen Pressentisch geführt werden und während des Stillstands der Folienbahnen das bewegliche Oberwerkzeug die Folienbahnen gegeneinander drückt; es ist ebenfalls möglich, vereinzelte Bogenformate in der Presse gegeneinander zu drücken.

Die Ausgangsstrukturen für das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise zeitlich versetzt als Halbzeuge vorbereitet, die anschließend erfindungsgemäß gegeneinander gedrückt werden.

Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Herstellungsprozesse für die Ausgangsstrukturen einstufig, das heißt kontinuierlich in das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von elektronischen Einheiten zu integrieren.

Die erste mehrlagige ebene Ausgangsstruktur wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass auf das Substrat, das beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder orientiertem Polypropylen besteht, die Schicht aus elektrisch leitendem Material und darüber eine elastisch verformbare Prägeschicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht wird. Als Substrat kann beispielsweise auch eine Metallfolie, z.B. aus Aluminium, zum Einsatz gelangen. In einem anschließenden Prägeschritt wird mindestens eine erhabene Struktur in der plastisch verformbaren Prägeschicht erzeugt. Zur Erzeugung der erhabenen Struktur kommt insbesondere ein Prägewerkzeug zum Einsatz, das mindestens eine der erhabenen Struktur entsprechende Ausnehmung aufweist. Schließlich wird eine Schicht aus elektrisch halbleitendem Material auf die Oberfläche der Prägeschicht sowie die Oberfläche der erhabenen Struktur aufgebracht.

Um die Formstabilität der mit elektrisch halbleitendem Material beschichteten erhabenen Struktur während des Gegeneinanderdrückens der Ausgangsstrukturen zu gewährleisten, ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die erhabene Struktur nach dem Prägeschritt und insbesondere vor dem Aufbringen der Schicht aus elektrisch halbleitendem Material gehärtet wird. Die Härtung erfolgt insbesondere durch Bestrahlung der Prägeschicht mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.

Sofern eine erste Ausgangsstruktur als Folienbahn hergestellt werden soll, wird die erhabene Struktur vorzugsweise in einem Walzenspalt von zwei gegenläufig rotierenden Walzen erzeugt, wobei jede Ausnehmung im Walzenmantel in Richtung der Rotationsachse der Walzen angeordnet ist. Hierdurch werden quer zur Bewegungsrichtung der Folienbahn verlaufende erhabene Strukturen in regelmäßigen Abständen auf der Folienbahn erzeugt.

Die zweite mehrlagige ebene Ausgangsstruktur wird hergestellt, indem auf das Substrat die plastisch verformbare Prägeschicht und darüber die Schicht aus elektrisch leitendem Material aufgebracht wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann über der Schicht aus elektrisch leitendem Material zusätzlich eine Schicht aus halbleitendem Material aufgebracht werden, die Defekte der hergestellten TFT-Transistoren durch unterbrochene Halbleiterschichten weitestgehend ausschließt.

Wenn in der zweiten Ausgangsstruktur durch einen Prägeschritt eine längliche, nutenartige Unterbrechung in der Schicht aus elektrisch leitendem Material erzeugt wird, lassen sich mehrere nebeneinaderliegende Halbleiterbauelemente, insbesondere TFT-Transistoren gleichzeitig herstellen, wenn die Unterbrechung in der Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur die von der ersten Ausgangsstruktur nach Anspruch 3–13 erzeugte Unterbrechung insbesondere rechtwinklig kreuzt. Zu beiden Seiten der von der ersten Ausgangsstruktur erzeugten Unterbrechung befinden sich jeweils die Kollektor- bzw. Emitter-Elektroden der beiden TFT-Transistoren, die durch die kreuzende weitere Unterbrechung in der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangsstruktur elektrisch voneinander getrennt sind.

Die nutenartige Unterbrechung in der Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur wird vorzugsweise nach Anspruch 16 hergestellt.

Vorteilhafte Ausgangsstrukturen zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 21–36.

Um das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchführen zu können, sind die Ausgangsstrukturen vorzugsweise als bahnförmige Folien ausgestaltet. Die Dicke der in beiden Ausgangsstrukturen vorhandenen Prägeschicht beträgt zwischen 100 bis 10.000 nm. Wird eine leitende Schicht aus anorganischem Material auf die Prägeschicht der zweiten Ausgangsstruktur aufgesputtert, ist bereits eine Schichtdicke von 100 nm ausreichend.

Eine gute Wärmeabfuhr aus den erfindungsgemäß hergestellten elektronischen Einheiten und damit ein Schutz gegen wärmebedingte Zerstörung lässt sich dadurch erzielen, dass das Substrat und/oder die Prägeschicht der Ausgangsstrukturen aus wärmeleitendem Material bestehen.

Die thermoplastische isolierende Prägeschicht kann insbesondere aus Polymeren bestehen. Sofern die Prägeschicht darüber hinaus Fotoinitiatoren aufweist, ist eine Lichthärtung, insbesondere mit UV-Bestrahlung des thermoplastischen Materials nach dessen Umformung möglich, um die erforderliche Formstabilität für die Verwendung der Ausgangsstrukturen in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erreichen.

Die elektrisch leitenden Schichten der Ausgangsstrukturen sind insbesondere Metallschichten, die beispielsweise aus Gold, Silber, Aluminium oder Kupfer bestehen. In Betracht kommen jedoch auch organische Leiter. Die Metallschichten können aufgesputtert oder als Nanocoatings, z.B. mit Kohlenstoffröhrchen als leitfähige organische Beschichtungen aufgebracht werden.

Die elektrisch halbleitende Schicht der ersten, aber auch ggf. der zweiten Ausgangsstruktur kann aus sämtlichen üblichen Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium oder Germanium, jedoch auch aus organisch halbleitendem Material, insbesondere Polymeren bestehen. Organische Halbleiter, z.B. Pentacene können aufgedampft werden.

Als Trägermaterial bzw. Substrat kommt sowohl für die erste als auch zweite Ausgangsstruktur insbesondere eine PET-Folie in Betracht. Alternativ kommen Substrate aus Polypropylen oder orientiertem Polypropylen in Frage. Denkbar ist es jedoch auch, als Substrat eine Metallfolie zu verwenden, um eine optimale Wärmeableitung zu ermöglichen. Schließlich ist es möglich, als Substrat ein von den übrigen Schichten lösbares Trägermaterial, wie beispielsweise Glas, zu verwenden, das nach dem erfindungsgemäßen Ineinanderdrücken der ersten und zweiten Ausgangsstruktur von der verbundenen Struktur gelöst wird.

Um gleichzeitig mehrere Halbleiter herstellen zu können, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht der zweiten Ausgangsstruktur mindestens eine Unterbrechung aufweist. Sind mehrere Unterbrechungen vorgesehen, sind diese vorzugsweise in regelmäßigen Abständen und gleicher Orientierung angeordnet. Handelt es sich bei der Ausgangsstruktur um eine Folienbahn, ist die Unterbrechung insbesondere in Längsrichtung der Folienbahn angeordnet.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zu dessen Durchführung eingesetzten Ausgangsstrukturen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1a, b eine schematische Darstellung einer ersten Ausgangsstruktur zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
2a eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgangsstruktur zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
2b eine schematische Darstellung einer Variante der zweiten Ausgangsstruktur zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
3a, b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4a eine schematische Darstellung des erfindungsgemßen Verfahrens mit Hilfe von zwei gegenläufig rotierenden Walzen,
4b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer Presse,
5 eine schematische Darstellung von zwei erfindungsgemäß ineinander gedrückten Ausgangsstrukturen mit lösbarem Substrat,
6a eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der ersten Ausgangsstruktur nach 1,
6b eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der zweiten Ausgangsstruktur gemäß 2b,
7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Herstellung eines TFT-Transistors mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie
8a, b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend den 3a, b, jedoch unter Verwendung einer zweiten Ausgangsstruktur nach 2b.
1a veranschaulicht den Aufbau einer ersten mehrlagigen, ebenen Ausgangsstruktur 1 zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Auf einem Substrat 2, beispielsweise aus Polypropylen, wird eine elektrisch leitende Schicht 3, insbesondere aus anorganischem Metall, aufgesputtert.
Darüber befindet sich eine plastisch verformbare Prägeschicht 4 aus elektrisch isolierendem Material. In den derart beschaffenen Schichtaufbau wird mittels eines Prägewerkzeuges in einem anschließenden Prägeschritt eine erhabene Struktur 5 in der Prägeschicht 4 erzeugt, wobei die Prägeschicht 4 komprimiert wird. Anschließend wird auf die Oberfläche der Prägeschicht 4 und die Struktur 5 eine elektrisch halbleitende Schicht 7 aufgebracht.
Der entgültige Schichtaufbau der ersten Ausgangsstruktur 1 ist insbesondere aus der Detaildarstellung C in 1b erkennbar. Des Weiteren ist aus den 1a, b erkennbar, dass sämtliche Schichten vollflächig aufgebracht sind. Die erhabene Struktur 5 stellt sich als keilförmiges, über die gesamte Breite der ersten Ausgangsstruktur 1 erstreckendes Profil dar. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der ersten Ausgangsstruktur wird weiter unten erläutert.
2a zeigt den Grundaufbau einer zweiten Ausgangsstruktur 11. Auf einem Substrat 12 ist eine plastisch verformbare Prägeschicht 13 und darüber eine elektrisch leitende Schicht 14 aufgebracht.
2b zeigt eine Ausgestaltung der zweiten Ausgangsstruktur 11, die sich von der Ausgangsstruktur 11 nach 2a dadurch unterscheidet, dass die elektrisch leitende Schicht 14 eine Unterbrechung 15 aufweist. Zur Erzeugung der Unterbrechung wird ein Abschnitt 16 der elektrisch leitenden Schicht 14 in einem Prägeschritt abgeschert und so weit in die Prägeschicht 13 gedrückt, dass die Schnittflächen 17 der übrigen elektrisch leitenden Schicht 14 nicht mehr mit den Schnittflächen des Abschnitts 16 in Kontakt stehen. Infolgedessen wird die elektrisch leitende Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 in zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche 18a, b geteilt.
Nachfolgend wird die Herstellung einer elektronischen Einheit, nämlich eines TFT-Transistors, unter Verwendung einer ersten Ausgangsstruktur nach 1a, b sowie einer zweiten Ausgangsstruktur 11 nach 2a anhand der 3a, 3b in Verbindung mit 7 näher erläutert:
Zunächst werden die erste und zweite Ausgangsstruktur 1, 11 so ausgerichtet, dass die elektrisch halbleitende Schicht 7 der ersten Ausgangsstruktur 1 in Richtung der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur weist. Anschließend wird die elektrisch halbleitende Schicht 7 gegen die elektrisch leitende Schicht 14 gedrückt, wie dies in 3b dargestellt ist. Dabei wird die elektrisch leitende Schicht 14 von der mit der elektrisch halbleitenden Schicht 7 überzogenen, keilförmigen Struktur 5 in dem Abschnitt 19 abgeschert und dadurch in zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche 21a, b geteilt. Durch dieses Ineinanderdrücken der beiden Ausgangsstrukturen 1, 11 und damit der elektrisch halbleitenden Schicht 7 der ersten Ausgangsstruktur in die elektrisch leitende Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 wird bereits ein wirksamer TFT-Transistor erzeugt, wie dies 7, insbesondere die Darstellung des Details G, verdeutlicht.
Die elektrisch leitende Schicht 3 der ersten Ausgangsstruktur 1 bildet die Basis-Elektrode. Die elektrisch voneinander getrennten Bereiche 21a, b der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 bilden die Kollektor- bzw. Emitter-Elektrode, die in direktem Kontakt zu der halbleitenden Schicht 7 der ersten Ausgangsstruktur 1 stehen. Die Basiselektrode 3 ist durch die isolierende Prägeschicht 4, die als Dielektrikum wirkt, von der Halbleiterschicht 7 getrennt.
Die Kontaktierung der Elektroden kann an den seitlichen Schnittflächen erfolgen. Des weiteren ist es möglich, freie Kontaktbereiche durch unterschiedliche Abmessungen der ersten und zweiten Ausgangsstrukturen oder durch partielles Abdecken der Kontaktbereiche (Maskieren) während der Herstellung der Ausgangsstrukturen zu erzeugen.
Zur Veranschaulichung der gleichzeitigen Herstellung von beispielsweise zwei TFT-Transistoren wird nachfolgend auf die 8a, 8b Bezug genommen, die das Zusammendrücken einer ersten Ausgangsstruktur 1 nach 1a, b und einer zweiten Ausgangsstruktur nach 2b veranschaulichen. Zunächst wird die erste Ausgangsstruktur 1 mit ihrer elektrisch halbleitenden Schicht 7 zu der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 derart ausgerichtet, dass sich die Längsachsen der mit elektrisch halbleitendem Material beschichteten erhabenen Struktur 5 und der geraden Unterbrechung 15 der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 rechtwinklig kreuzen. Sodann wird die elektrisch halbleitende Schicht 7 gegen die Bereiche 18a, 18b der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 gedrückt. Infolge dieses Gegeneinanderdrückens wird ein TFT-Transistor im Bereich 18a und ein weiterer TFT-Transistor im Bereich 18b gebildet, wobei die Kollektor- bzw. Emitter-Elektrode in den Bereichen 21a, 21b zu beiden Seiten der erhabenen Struktur 5 ausgebildet werden. Insoweit wird auf die Ausführungen zu 7 verwiesen.
Um das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich zur massenhaften Herstellung von elektronischen Einheiten, insbesondere TFT-Transistoren, einsetzen zu können, kommen vorzugsweise Folienbahnen als erste und zweite Ausgangsstrukturen zum Einsatz.
Um bei der Herstellung der ersten Ausgangsstruktur als Folienbahn die erhabenen Strukturen in gleicher Orientierung und regelmäßigem Abstand auf der Prägeschicht anzuordnen, werden die erhabenen Strukturen vorzugsweise fortlaufend in einem Walzenspalt 22 von zwei gegenläufig rotierenden Walzen 23, 24 erzeugt (vgl. 6a). In dem Walzenmantel 25 ist eine der keilförmigen, erhabenen Struktur 5 entsprechende Ausnehmung 26 in Richtung der Rotationsachse 27 der Walze 24 angeordnet. In dem Walzenspalt 22 wird die Prägeschicht 4 zwischen den keilförmigen, erhabenen Strukturen 5 zusammengedrückt. Die erhabenen Strukturen 5 werden in gleichmäßigem Abstand quer zur Bewegungsrichtung 28 der Folienbahn 29 erzeugt. Bevor die elektrisch halbleitende Schicht 7 auf die Oberfläche der Prägeschicht 4 sowie der erhabenen Strukturen 5 aufgebracht wird, werden die durch die Walze 24 erzeugten Strukturen 5 mit einer insgesamt mit 31 bezeichneten UV-Bestrahlungsvorrichtung gehärtet. Das Aufbringen der elektrisch halbleitenden Schicht kann ebenfalls kontinuierlich erfolgen, indem nach der Härtung das halbleitende Material kontinuierlich auf die Folienbahn 29 aufgesputtert wird. Die fertiggestellte Folienbahn wird auf einer Trommel 32 aufgewickelt, die anschließend in einer Anordnung nach 4a zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz gelangt.
6b zeigt eine vergleichbare Anordnung zur Herstellung der zweiten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur 11 mit einer linienförmigen Unterbrechungen 15 in der zu Oberst liegenden elektrisch leitenden Schicht 14. Die Unterbrechung 15 wird ebenfalls in einem Walzenspalt 35 von zwei gegenläufig rotierenden Walzen 36, 37 mit einem ringförmig auf dem Walzenmantel der Walze 36 angeordneten Prägewerkzeug erzeugt. Die Unterbrechung 15 verläuft parallel zur Bewegungsrichtung 34 der Folienbahn 33 in deren Mitte. Die mit der Unterbrechung 15 versehene zweite Ausgangsstruktur 11 wird auf der Trommel 38 aufgewickelt, die anschließend in einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 4a zum Einsatz gelangt. Die die erste und zweite Ausgangsstruktur 1, 11 aufnehmenden Trommeln 32, 38 sind in 4a links im Bild dargestellt. Über Umlenkwalzen 39a, b werden die aufgetrommelten Folienbahnen 29, 33 einem Walzenspalt 41 von zwei gegenläufig rotierenden Walzen 42, 43 zugeführt, wobei die Walzenachsen 44, 45 quer zur Bewegungsrichtung der Ausgangsstrukturen 1, 11 angeordnet sind. Dabei werden fortlaufend jeweils zwei nebeneinander liegende TFT-Transistoren durch das Zusammendrücken der Folienbahnen hergestellt, wie dies anhand der 8a, 8b erläutert wurde. Die zusammengefügten Folienbahnen 29, 33 durchlaufen anschließend eine UV-Härtungsstation 31 und werden zur weiteren Verwendung aufgetrommelt.
Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit vereinzelten ersten und zweiten Ausgangsstrukturen 1, 11, beispielsweise mittels einer Presse 46 durchführen, wie dies schematisch in 4b dargestellt ist. Mittels eines Förderbandes 47 werden vereinzelte erste Ausgangsstrukturen 1 nacheinander einem statischen, unmittelbar unter dem umlaufenden Förderband 47 angeordneten Pressentisch 48 zugeführt, der die erste Ausgangsstruktur 1 vollflächig unterstützt.
Das oberhalb des Förderbandes 47 angeordnete bewegliche Pressenwerkzeug 49 drückt die zweite Ausgangsstruktur 11, die über einen nicht dargestellten Zuführungsmechanismus der Presse zugeführt wird, auf die erste Ausgangsstruktur 1, nachdem diese oberhalb des Pressentisches zum Stillstand gekommen ist.
Um den Ausschuss bei der Herstellung von TFT-Transistoren zu reduzieren, ist es in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass oberhalb der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 eine weitere halbleitende Schicht angeordnet ist. Die elektrisch halbleitende Schicht oberhalb der elektrisch leitenden Schicht 14 der zweiten Ausgangsstruktur 11 legt sich an die elektrisch halbleitende Schicht der ersten Ausgangsstruktur, insbesondere an die Flanken der mit elektrisch halbleitendem Material beschichteten erhabenen Struktur 5 an, während die elektrisch leitende Schicht 14 abschnittsweise abgeschert und unterbrochen wird. Die zusätzliche halbleitende Schicht verhindert, dass die halbleitende Schicht an der durch die erhabene Struktur 5 gebildeten keilförmigen Schneide unterbrochen wird. Die zusätzliche Schicht aus halbleitendem Material auf der zweiten Ausgangsstruktur 11 erlaubt einen spitzeren Keilwinkel, der durch die Keilförmige Struktur 5 gebildeten Schneide. Der spitzere Keilwinkel verringert letztlich den Abstand zwischen der Kollektor- und Emitter-Elektrode des TFT-Transistoren, was eine höhere Schaltgeschwindigkeit zur Folge hat.
Die halbleitenden Schichten der ersten und zweiten Ausgangsstruktur bestehen vorzugsweise aus übereinstimmendem halbleitendem Material.
Bezugszeichenliste:

Claims

Verfahren zur Herstellung von elektronischen Einheiten – aus einer ersten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur (1) mit einer auf einem Substrat (2) angeordneten Schicht (3) aus elektrisch leitendem Material, einer darüber angeordneten Prägeschicht (4) aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer erhabenen Struktur (5) sowie einer über der Prägeschicht und der Struktur angeordneten Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material und – aus einer zweiten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur (11) mit einer auf einem Substrat (12) angeordneten plastisch verformbaren Prägeschicht (13) und einer darüber angeordneten Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material – wobei die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material (7) der ersten Ausgangsstruktur (1) in Richtung der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) gedrückt wird, wobei die mit elektrisch halbleitendem Material beschichtete erhabene Struktur (5) der ersten Ausgangsstruktur (1) die Schicht aus elektrisch leitendem Material (14) der zweiten Ausgangsstruktur (11) abschnittsweise abschert und unterbricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgescherten Abschnitte (19) der elektrisch leitenden Schicht (14) so weit in die Prägeschicht gedrückt werden, dass die Schnittflächen zwischen abgescherten Abschnitten der elektrisch leitenden Schicht sich nicht berühren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) durch die Profilkante (9) der mit halbleitendem Material beschichteten im Querschnitt dreieckig profilierten Struktur (5) abgeschert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material der ersten Ausgangsstruktur (1) in Richtung der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) gedrückt wird, während die Ausgangsstrukturen (1, 11) nicht bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (1, 11) mit Hilfe einer Presse (46) gegeneinander gedrückt werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material (7) der ersten Ausgangsstruktur (1) in Richtung der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) gedrückt wird, während die Ausgangsstrukturen (1, 11) mit gleicher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegten Ausgangsstrukturen (1, 11) in einem Walzenspalt (41) von zwei gegenläufig rotierenden Walzen (42, 43) gegeneinander gedrückt werden, wobei die Walzenachsen (44, 45) quer zur Bewegungsrichtung der Ausgangsstrukturen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und zweite mehrlagige ebene Ausgangsstrukturen (1, 11) Folien verwendet werden
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und zweite mehrlagige ebene Ausgangsstruktur (1, 11) jeweils eine Folienbahn (29, 33) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mehrlagige ebene Ausgangsstruktur (1) hergestellt wird, indem auf das Substrat (2) die Schicht (3) aus elektrisch leitendem Material und darüber die plastisch verformbare Prägeschicht (4) aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht wird, in einem Prägeschritt die mindestens eine erhabene Struktur (5) in der plastisch verformbaren Prägeschicht (4) erzeugt wird und anschließend auf die Oberfläche der Prägeschicht (4) und der erhabenen Struktur (5) die Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Struktur (5) nach dem Prägeschritt und insbesondere vor dem Aufbringen der Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Struktur (5) mittels eines Prägewerkzeugs erzeugt wird, das mindestens eine der erhabenen Struktur (5) entsprechende Ausnehmung (26) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Struktur (5) in einem Walzenspalt (22) von zwei gegenläufig rotierenden Walzen (23, 24) erzeugt wird, wobei jede Ausnehmung (26) im Walzenmantel (25) in Richtung der Rotationsachse (27) der Walzen angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mehrlagige ebene Ausgangsstruktur (11) hergestellt wird, indem auf das Substrat (12) die plastisch verformbare Prägeschicht (13) und darüber die Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) eine Schicht aus elektrisch halbleitendem Material aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Prägeschritt die oberhalb der Prägeschicht (13) angeordnete Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material abschnittsweise abgeschert und so weit in die Prägeschicht gedrückt wird, dass die Schnittflächen (17) des abgescherten Abschnitts (16) nicht mehr mit den Schnittflächen der übrigen Schicht (14, 18a, 18b) aus elektrisch leitendem Material in Kontakt kommen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Prägeschritt ein längliche, nutenartige Unterbrechung (15) in der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Ausgangsstruktur (1) nach Anspruch 3 bis 13 erzeugte Unterbrechungen die nach Anspruch 16 oder 17 erzeugten Unterbrechungen (15) in der zweiten Ausgangsstruktur (11) in der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material kreuzen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Unterbrechungen in der zweiten Ausgangsstruktur (11) in der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material rechtwinklig kreuzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem die Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material der ersten Ausgangsstruktur (1) in Richtung der die Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (11) gedrückt worden ist, das Substrat (2, 12) von der ersten und/oder zweiten Ausgangstruktur (1, 11) abgelöst wird.
Mehrlagige ebene erste Ausgangsstruktur (1) insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–20, gekennzeichnet durch eine auf einem Substrat (2) angeordnete Schicht (3) aus elektrisch leitendem Material, eine darüber angeordnete Prägeschicht (4) aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer erhabenen Struktur (5) sowie eine über der Prägeschicht (4) und der erhabenen Struktur (5) angeordnete Schicht (7) aus elektrisch halbleitendem Material.
Mehrlagige ebene zweite Ausgangsstruktur (11) insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–19, gekennzeichnet durch eine auf einem Substrat (12) angeordnete plastisch verformbare Prägeschicht (13) und eine darüber angeordnete Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material.
Mehrlagige zweite Ausgangsstruktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass über der Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material eine Schicht aus elektrisch halbleitendem Material angeordnet ist.
Mehrlagige Ausgangstruktur (1, 11) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine bahnförmige Folie ist.
Mehrlagige Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 21–24, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2, 12) aus Polyethylenterephthalat (kurz: PET) oder Polypropylen (kurz: PP) oder orientiertem Polypropylen (kurz: OPP) besteht.
Mehrlagige Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 21–25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (3, 14)) aus Gold oder Silber oder Aluminium oder Kupfer oder organischen Leitern bestehen.
Mehrlagige Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 21–26, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch halbleitende Schicht (7) aus Silizium oder Germanium oder organisch halbleitendem Material, insbesondere einem Polymer besteht.
Mehrlagige Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 21–27, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch halbleitende Schicht (7) aus dotiertem halbleitenden Material besteht.
Mehrlagige zweite Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 22–28, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (14) der zweiten Ausgangstruktur (11) mindestens eine Unterbrechung (15) aufweist.
Mehrlagige zweite Ausgangsstruktur nach Anspruch 22, 24 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Unterbrechungen (15) in Längsrichtung der Folienbahn (33) verlaufen.
Mehrlagige zweite Ausgangsstruktur nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen in regelmäßigen Abständen in der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
Mehrlagige zweite Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 22–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Prägeschicht (13) größer als die maximale Prägetiefe der darüber angeordneten elektrisch leitenden Schicht (14) ist.
Mehrlagige Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 21–32, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2, 12) und/oder die Prägeschicht (4, 13) aus wärmeleitendem Material bestehen.
Mehrlagige Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 21–33, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeschicht (4, 13) aus Polymeren besteht.
Mehrlagige Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 21–34, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeschicht (4, 13) Photoinitiatoren enthält.
Mehrlagige erste Ausgangsstruktur nach einem der Ansprüche 21–35, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeschicht (4) aus einem organischen oder anorganischen Dielektrikum besteht.