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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
US 6 596 596 B1 ist
ein Laminierverfahren zur Herstellung von Dünnschicht TFT-Transistoren bekannt,
bei dem sämtliche
Schichten Polymere sind. Der TFT-Transistor wird aus zwei flexiblen
Polymer-Substraten zusammengesetzt, wobei das erste Substrat die
Kollektor und Emitter-Elektrode und das zweite Substrat die Basis-Elektrode
trägt.
Das erste Substrat besteht aus einer Polyethylen Folie, die mittels
einer ITO-Lage (Indium-Zinn-Oxid) als Haftvermittler mit einem Elastomer,
nämlich
PDMS (Polydimethylsiloxan) verbunden ist. Auf die PDMS-Schicht wird
eine Titan- und anschließend
eine Gold-Schicht aufgebracht. Aus der Titan- und Gold-Schicht wird
anschließend
die Kollektor und Emitter-Elektrode im Wege eines Ätzprozesses
herausgebildet.
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Ein
weiteres Laminierverfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen
offenbart die
WO
2004/006 633 A2 .
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Die
WO 2004/055 920 A2 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Einheit, insbesondere
eines FET-Transistors aus einer mehrlagigen Ausgangstruktur. Es
wird eine topographisches Profil in einem Substrat mittels eines
Prägestempels
erzeugt, insbesondere zwei durch einen Rücken voneinander getrennte
Vertiefungen. Auf der ebenen Oberfläche des Substrats wird eine
Schicht, beispielsweise eine für
leitfähige
Tinte abweisende Schicht, aufgetragen. Sodann wird in die Vertiefungen
leitfähige
Tinte eingebracht, um den Kollektor und den Emitter auszubilden.
Sodann wird der FET-Transistor fertig gestellt, indem eine Lage aus
halbleitendem Material und eine Lage Dielektrikum abgeschieden wird.
Die Basiselektrode wird beispielsweise aus einem leitenden Polymer
gebildet.
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Neben
den reinen Druckverfahren zur Herstellung insbesondere von TFT-Transistoren
ist aus der
WO 02/29
912 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 werden
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.
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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.
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Schließlich sollen
Ausgangsstrukturen vorgeschlagen werden, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren
besonders geeignet sind.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe beruht auf dem Gedanken, durch Zusammenfügen zweier
als Halbzeug vorhandener mehrlagiger ebener Ausgangsstrukturen eine
elektronische Einheit, insbesondere TFT-Transistoren, herzustellen.
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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 abschnittsweise abschert und unterbricht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aufgrund
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entfällt
die Notwendigkeit eines Druckvorganges, der zum einen die Gleichförmigkeit
der hergestellten Strukturen sowie deren maximale Auflösung beeinträchtigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Ausgangsstrukturen für
das erfindungsgemäße Verfahren
werden vorzugsweise zeitlich versetzt als Halbzeuge vorbereitet,
die anschließend
erfindungsgemäß gegeneinander
gedrückt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
nutenartige Unterbrechung in der Schicht aus elektrisch leitendem
Material der zweiten Ausgangsstruktur wird vorzugsweise nach Anspruch
16 hergestellt.
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Vorteilhafte
Ausgangsstrukturen zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 21–36.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden das erfindungsgemäße Verfahren
sowie die zu dessen Durchführung
eingesetzten Ausgangsstrukturen anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen
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1a,
b eine schematische Darstellung einer ersten Ausgangsstruktur zur
Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
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2a eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausgangsstruktur zur Verwendung
in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
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2b eine
schematische Darstellung einer Variante der zweiten Ausgangsstruktur
zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
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3a,
b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4a eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe von
zwei gegenläufig
rotierenden Walzen,
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4b eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer
Presse,
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5 eine
schematische Darstellung von zwei erfindungsgemäß ineinander gedrückten Ausgangsstrukturen
mit lösbarem
Substrat,
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6a eine
schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der ersten
Ausgangsstruktur nach 1,
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6b eine
schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der zweiten
Ausgangsstruktur gemäß 2b,
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7 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Herstellung eines
TFT-Transistors mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
sowie
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8a,
b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
entsprechend den 3a, b, jedoch unter Verwendung
einer zweiten Ausgangsstruktur nach 2b.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird die Herstellung einer elektronischen Einheit, nämlich eines
TFT-Transistors, unter Verwendung einer ersten Ausgangsstruktur
nach Figuren 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
halbleitenden Schichten der ersten und zweiten Ausgangsstruktur
bestehen vorzugsweise aus übereinstimmendem
halbleitendem Material. Bezugszeichenliste:
Nr. | Bezeichnung |
1 | erste
Ausgangsstruktur |
2 | Substrat |
3 | elektrisch
leitende Schicht |
4 | Prägeschicht |
5 | Struktur
erhaben |
6 | Oberfläche Prägeschicht |
7 | elektrisch
halbleitende Schicht |
8 | Strukturbasis |
9 | Strukturkante |
10 | - |
11 | zweite
Ausgangsstruktur |
12 | Substrat |
13 | Prägeschicht |
14 | elektrisch
leitende Schicht |
15 | Unterbrechung |
16 | Abschnitt |
17 | Schnittfläche |
18a,
b | Bereiche
der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangsstruktur |
19 | Abschnitt |
20 | - |
21a,
b | Bereiche
der elektrisch leitenden Schicht der ersten Ausgangsstruktur |
22 | Walzenspalt |
23 | Walze |
24 | Walze |
25 | Walzenmantel |
26 | Ausnehmung |
27 | Rotationsachse |
28 | Bewegungsrichtung |
29 | Folienbahn |
30 | - |
31 | UV-Bestrahlungsvorrichtung |
32 | Trommel |
33 | Folienbahn |
34 | Bewegungsrichtung |
35 | Walzenspalt |
36 | Walze |
37 | Walze |
38 | Trommel |
39a,
b | Umlenkwalzen |
40 | - |
41 | Walzenspalt |
42 | Walze |
43 | Walze |
44 | Walzenachse |
45 | Walzenachse |
46 | Presse |
47 | Förderbänder |
48 | Pressentisch |
49 | bewegl.
Pressenwerkzeug |