DE102011083648A1

DE102011083648A1 - Method for manufacturing complementary metal-oxide-semiconductor circuit, involves applying layer web made of layer material with certain width predetermined by layout of polymer electronics on carrier by nozzle

Info

Publication number: DE102011083648A1
Application number: DE102011083648A
Authority: DE
Inventors: Syed Waqas Mumtaz; Axel Wille
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-03-28

Abstract

The method involves applying a layer web (10) made of a layer material (18) with certain width (b10) predetermined by a layout of a polymer electronics on a carrier (12) by a nozzle (14) by applying a liquid layer material through an exhaust opening (16) and curing the liquid layer material on the carrier. The nozzle is provided with the exhaust opening whose width (b16) depends on width of the layer web. The carrier is moved relative to the nozzle in direction along the applied layer web by rotating a roller. The exhaust opening is closed during reaching of length (l10) of the layer web. The layer material is selected from dielectric, organic p-type semiconductor material and/or organic n-type-semiconductor material. An independent claim is also included for a device for manufacturing a polymer electronics.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer Polymerelektronik mittels Aufbringen von mindestens einer Schichtbahn sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer CMOS-Schaltung mittels Aufbringen einer Vielzahl von Schichtbahnen. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbringen von Schichtmaterial, wie z. B. einem organischen Halbleitermaterial mittels einer Düse auf einen bandförmigen Träger.Embodiments of the present invention relate to methods and devices for producing polymer electronics by applying at least one layer web and to a method for producing a CMOS circuit by applying a plurality of layer webs. In particular, embodiments of the present invention relate to methods and apparatus for applying layered material, such as e.g. B. an organic semiconductor material by means of a nozzle on a band-shaped carrier.

Auf Basis von organischen Halbleitermaterialien sind Anwendungen, wie z. B. eine integrierte Schaltungen oder im Speziellen organische Leuchtdioden (OLEDs) oder organische Feldeffekttransistoren (OFETs), realisierbar. Ein wesentlicher Vorteil dieser sogenannten organischen Elektronik bzw. Polymerelektronik ist eine kostengünstige Herstellung. Bei dieser werden, analog zu konventionellen Herstellungsverfahren für beispielsweise Sibasierte integrierte Schaltungen, organische Halbleitermaterialen auf einen Träger, wie z. B. eine flexible Folie, aufgebracht und strukturiert.On the basis of organic semiconductor materials are applications such. As an integrated circuits or in particular organic light emitting diodes (OLEDs) or organic field effect transistors (OFETs), realized. An essential advantage of this so-called organic electronics or polymer electronics is a cost-effective production. In this, analogous to conventional manufacturing methods for example Sibasierte integrated circuits, organic semiconductor materials on a support such. As a flexible film, applied and structured.

Das Aufbringen organischer Halbleitermaterialien bzw. Schichtmaterialien, wie z. B. Perylen-basierte Halbleiter (PDI), auf den Träger erfolgt beispielsweise mittels Rotationsbeschichtung oder mittels Stempeldruckverfahren. Ein weiteres Verfahren ist die vollflächige Beschichtung eines Trägers mittels einer Düse, deren Auslassöffnung das gesamte Substrat überspannt. Bei nachfolgenden Verfahrensschritten werden Teile der Beschichtung bzw. des Schichtmaterials mittels Strukturierungs- bzw. Lithographieverfahren wieder abgetragen, wenn das jeweilige Schichtmaterial nur in bestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht eingesetzt werden soll. Hierbei entsteht ein erheblicher Materialverschnitt durch das vollflächige Auftragen und anschließende, partielle Abtragen der organischen Schichtmaterialien, welche teilweise sehr kostenintensiv sind.The application of organic semiconductor materials or layer materials, such as. As perylene-based semiconductors (PDI), for example, by means of spin coating or by means of stamp printing process on the carrier. Another method is the full-surface coating of a carrier by means of a nozzle whose outlet opening spans the entire substrate. In subsequent process steps, parts of the coating or of the layer material are removed again by means of patterning or lithography processes, if the respective layer material is to be used only in certain regions of the applied layer. This results in a considerable material waste through the full-surface application and subsequent, partial removal of the organic layer materials, which are sometimes very expensive.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostenoptimiertes Herstellungsverfahren für Polymerelektronik zu schaffen.The object of the present invention is to provide a cost-optimized production method for polymer electronics.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 9 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.The object of the present invention is achieved by a method according to claim 1, a method according to claim 9 and an apparatus according to claim 11.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerelektronik mit einem Schritt des Aufbringen von mindestens einer Schichtbahn aus einem Schichtmaterial, wie z. B. einem Dielektrikum, einem organischen p-Typ-Halbleitermaterial und/oder einem organischen n-Typ-Halbleitermaterial, mit einer durch ein Layout der Polymerelektronik vorgegebenen Breite auf einen Träger. Das Aufbringen erfolgt mittels einer Düse, die eine Auslassöffnung aufweist, deren Breite von der Breite der aufzubringenden Schichtbahn abhängig ist.Embodiments of the present invention provide a method for producing a polymer electronics comprising a step of applying at least one layer web of a layer material, such. As a dielectric, an organic p-type semiconductor material and / or an organic n-type semiconductor material having a predetermined by a layout of the polymer electronics width on a support. The application is effected by means of a nozzle which has an outlet opening whose width depends on the width of the layer web to be applied.

Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass eine oder mehrere Schichtbahnen in ihrer finalen Form, die bei konventionellen Herstellungsverfahren durch das Strukturieren einer vollflächigen Schicht erzeugt wird, direkt auf einem Träger erzeugt werden können. Hierbei wird die Schichtbahn mittels partiellen Beschichtens eines Schichtmaterials auf den Träger aufgebracht, so dass die finale Form bzw. Geometrie der Schichtbahn, d. h. quasi strukturiert, ausgebildet wird. Die partielle Beschichtung des Trägers wird durch eine Düse mit einer Auslassöffnung realisiert, die in ihren Abmessungen an die aufzubringende Schichtbahn und insbesondere an die Breite derselben angepasst ist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass gegenüber einer vollständig aufgebrachten Schicht wesentlich weniger Schichtmaterial eingesetzt wird.Embodiments of the invention are based on the recognition that one or more layer webs in their final form, which is produced by structuring a full-surface layer in conventional production methods, can be produced directly on a support. Here, the layer web is applied by means of partial coating of a layer material on the carrier, so that the final shape or geometry of the layer web, d. H. quasi structured, is formed. The partial coating of the carrier is realized by a nozzle with an outlet opening which is adapted in its dimensions to the layer web to be applied and in particular to the width thereof. In this case, it is advantageous that substantially less layer material is used in comparison with a completely applied layer.

Durch die durch dieses Herstellungsverfahren resultierende Materialersparnis sowie durch den Wegfall des Strukturierungsprozesses ergibt sich ein erheblicher Kostenvorteil, der insbesondere bei großen Stückzahlen z. B. im Bereich der Polymerelektronik zum Tragen kommt. Ein weiterer Vorteil bei diesem Verfahren ist es, insbesondere bei der Verwendung von empfindlichen, organischen Halbleitern, dass mögliche Beschädigungen derselben durch das Entfernen von lithographischen Schutzschichten während der Strukturierungsprozesse ausgeschlossen werden können. Dieses Herstellungsverfahren bietet einen weiteren Vorteil hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften der herzustellenden Polymerelektronik bzw. integrierten Schaltungen, wie z. B. einer CMOS-Schaltung. Beispielsweise können für einen organischen Feldeffekttransistor Verbesserungen hinsichtlich Gate-Spannung, Schwellspannung, Elektronenmobilität und Übertragungscharakteristik erreicht werden. Hierzu tragen die konstante Schichtdicke der mittels des beschriebenen Verfahrens erzeugten Schichtbahn und eine gleichförmige Ausrichtung der Moleküle des organischen Schichtmaterials bei.By resulting by this manufacturing process material savings and by eliminating the structuring process results in a significant cost advantage, especially for large quantities z. B. comes into play in the field of polymer electronics. Another advantage of this method, especially when using sensitive organic semiconductors, is that potential damage to them can be eliminated by removing lithographic protective layers during patterning processes. This manufacturing method provides a further advantage in terms of the electrical properties of the polymer electronics or integrated circuits to be produced, such. B. a CMOS circuit. For example, improvements in gate voltage, threshold voltage, electron mobility, and transfer characteristics can be achieved for an organic field effect transistor. For this purpose, the constant layer thickness of the layer web produced by the method described and a uniform orientation of the molecules of the organic layer material contribute.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wird der Träger relativ zu der Düse in eine Richtung entlang der aufzubringenden Schichtbahn gleichzeitig während des Aufbringens der Schichtbahn bewegt, so dass eine Schichtbahn über eine bestimmte Länge erstreckt wird. Die Länge hängt hierbei von der Relativbewegung und dem Volumenstrom des Schichtmaterials durch die Auslassöffnung ab. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann vorteilhafterweise die Länge der Schichtbahn durch Öffnen und Schließen der Auslassöffnung der Düse gesteuert werden. Des Weiteren ist es durch die geeignete Wahl der Relativgeschwindigkeit und des Volumenstroms möglich, die Schichtdicke der Schichtbahn einzustellen. Hierbei werden beispielsweise Dicken zwischen 100 nm bis 10 μm realisiert, wobei der Vorteil besteht, dass sehr dünne Schichtbahnen, insbesondere mit konstanten Schichtdicken (im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren) und geringer Oberflächenrauheit herstellbar sind. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann der Träger, der z. B. eine Bandform aufweist, mittels einer Rolle bewegt werden. Dies ist insbesondere für die Herstellung großer Stückzahlen vorteilhaft, da so eine Vielzahl von Polymerelektroniken hintereinander, mittels des sogenannten Rolle-zu-Rolle-Prinzips, auf einem bandförmigen Träger bzw. auf einem Art Endlosband herstellbar ist.According to further embodiments, the carrier is moved relative to the nozzle in a direction along the layer web to be applied simultaneously during the application of the film web, so that a film web is extended over a certain length. The length depends on the relative movement and the volume flow of the layer material through the outlet opening. According to further embodiments, advantageously, the length of the layer web be controlled by opening and closing the outlet opening of the nozzle. Furthermore, it is possible by adjusting the relative velocity and the volume flow to adjust the layer thickness of the layer web. In this case, for example, thicknesses between 100 nm to 10 .mu.m realized, with the advantage that very thin film webs, in particular with constant layer thicknesses (compared to conventional manufacturing processes) and low surface roughness can be produced. According to further embodiments, the carrier, the z. B. has a band shape, be moved by means of a roller. This is particularly advantageous for the production of large numbers, since so a plurality of polymer electronics in a row, by means of the so-called roll-to-roll principle, on a band-shaped carrier or on a kind of endless belt can be produced.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen der Polymerelektronik mit einer Düse, die eine Auslassöffnung aufweist, deren Breite von einer Breite einer auf einen Träger aufzubringenden Schichtbahn der Polymerelektronik abhängig ist. Die Auslassöffnung der Düse ist von einer Oberfläche des Trägers beabstandet in einem Bereich der aufzubringenden Schicht positioniert.Further embodiments of the invention provide a corresponding device for producing the polymer electronics with a nozzle which has an outlet opening, the width of which is dependent on a width of a layer web of the polymer electronics to be applied to a carrier. The outlet opening of the nozzle is positioned at a distance from a surface of the carrier in a region of the layer to be applied.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann bei dem Herstellungsverfahren der Polymerelektronik eine oder mehrere weitere Schichtbahnen gleichzeitig auf den Träger aufgebracht werden. Hierbei wird eine Vorrichtung mit einer oder mehreren weiteren Düsen eingesetzt. Vorteilhafterweise können so mehrere Schichtbahnen einer Polymerelektronik, ggf. mit verschieden Schichtmaterialien, gleichzeitig hergestellt werden können. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Herstellung einer CMOS-Schaltung, bei dem der Schritt des Aufbringens der Schichtbahn für eine Vielzahl der Schichtbahnen gleichzeitig ausgeführt wird, so dass das Layout der CMOS-Schaltung, z. B. ein Transistor oder eine Diode, direkt, auf dem Träger geformt wird.According to further embodiments, in the manufacturing process of the polymer electronics, one or more further layer webs can be applied simultaneously to the carrier. In this case, a device with one or more further nozzles is used. Advantageously, it is thus possible to produce several layer webs of polymer electronics, optionally with different layer materials, at the same time. Further embodiments provide a method of fabricating a CMOS circuit in which the step of depositing the film web is performed simultaneously for a plurality of the film webs so that the layout of the CMOS circuit, e.g. As a transistor or a diode, directly, is formed on the carrier.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Düse beim Aufbringen einer Schichtbahn auf einen Träger gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a nozzle when applying a layer web on a support according to an embodiment;

2a–2b schematische Darstellungen einer verschließbaren Düse gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2a - 2 B schematic representations of a closable nozzle according to an embodiment;

3a–3b schematische Darstellungen einer Düse beim Aufbringen einer Schichtbahn auf einen relativ zur Düse bewegten Träger gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 3a - 3b schematic representations of a nozzle when applying a layer web to a relative to the nozzle moving carrier according to an embodiment; and

3c eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Düsen beim Aufbringen einer Mehrzahl von Schichtbahnen auf einen bewegten Träger gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3c a schematic representation of a plurality of nozzles when applying a plurality of layer webs on a moving carrier according to an embodiment.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellten Beschreibungen der mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elemente untereinander austauschbar sind bzw. aufeinander angewendet werden können.Before embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements in the different figures are provided with the same reference numerals, so that the descriptions shown in the different embodiments with the same reference numerals provided elements are interchangeable or can be applied to each other.

Im Folgenden werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Polymerelektronik mit einem Schritt des Aufbringens einer Schichtbahn der Polymerelektronik erläutert. Eine Polymerelektronik wird typischerweise durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Schichtbahnen bzw. Polymerstreifen gebildet, die beispielsweise nebeneinander angeordnet sind bzw. aneinander angrenzen. Die Schichtbahnen unterscheiden sich hierbei hinsichtlich Schichtmaterial, Form, und/oder Anordnung relativ zueinander. Die Anordnung dieser Schichtbahnen zueinander bzw. die Form, Breite und Länge derselben wird durch das Layout der Polymerelektronik festgelegt. Um unterschiedliche Schichtbahnen mit unterschiedlichen Schichtmaterialien und unterschiedlichen Geometrieparametern nebeneinander auf einem Träger anzuordnen, werden bei konventionellen Herstellungsverfahrenen die einzelnen Schichtmaterialien vollflächig, z. B. mittels Rotationsbeschichten, Siebdruck, Mikrozerstäuben oder Spritzgießen, nacheinander bzw. schichtweise aufgebracht, wobei zwischen den einzelnen Schritten des Aufbringens die jeweilige Schicht ein Strukturierung derselben erfolgt. Beim Strukturieren wird die jeweilige Schicht bzw. das Schichtmaterial partiell wieder entfernt, so dass nur die gewünschte Schichtbahn auf dem Träger verbleibt und neben dieser eine weitere Schichtbahn durch Aufbringen der nächsten Schicht aufgebracht werden kann. Hierdurch entsteht allerdings ein hoher Materialverschnitt und damit hohe Kosten. Aufgrund dessen besteht, insbesondere bei kostenintensiven organischen Halbleitermaterialien, der Bedarf an einem verbesserten Herstellungsverfahren, welches sich durch einen sparsameren Materialeinsatz auszeichnet.In the following, a method and an apparatus for producing polymer electronics with a step of applying a layer web of the polymer electronics will be explained. Polymer electronics are typically formed by a multiplicity of different layer webs or polymer strips which are arranged, for example, next to one another or adjoin one another. The layered webs differ in terms of layer material, shape, and / or arrangement relative to each other. The arrangement of these layer webs to each other or the shape, width and length thereof is determined by the layout of the polymer electronics. In order to arrange different layer webs with different layer materials and different geometry parameters side by side on a support, in conventional manufacturing processes, the individual layer materials over the entire surface, for. B. by spin coating, screen printing, microdischarge or injection molding, applied successively or in layers, wherein between the individual steps of applying the respective layer structuring the same takes place. During structuring, the respective layer or the layer material is partially removed, so that only the desired layer web remains on the support and next to this a further layer web can be applied by applying the next layer. However, this results in a high material waste and thus high costs. Because of this, there is a need for an improved production method, which is characterized by a more economical use of materials, in particular in the case of expensive organic semiconductor materials.

1 illustriert schematisch einen zentralen Schritt eines solchen optimierten Herstellungsverfahrens für eine Polymerelektronik, bei dem eine Schichtbahn 10 auf einen Träger 12 mittels einer Düse 14 aufgebracht wird. 1 zeigt die Düse 14 mit einer Auslassöffnung 16, die oberhalb bzw. beabstandet zu der Oberfläche des Träges 12 angeordnet ist und ausgebildet ist, ein Schichtmaterial 18 z. B. als geradlinige Schichtbahn 10 auf den Träger 12 aufzubringen. Das Schichtmaterial 18 kann beispielsweise ein Dielektrikum oder ein organisches p-Typ- bzw. n-Typ-Halbleitermaterial umfassen. 1 schematically illustrates a central step of such an optimized manufacturing process for a polymer electronics, in which a layer web 10 on a carrier 12 by means of a jet 14 is applied. 1 shows the nozzle 14 with an outlet opening 16 which is above or spaced from the surface of the support 12 is arranged and formed, a layer material 18 z. B. as a straight web 10 on the carrier 12 applied. The layer material 18 For example, it may comprise a dielectric or an organic p-type or n-type semiconductor material.

Bei der Herstellung der Polymerelektronik wird das Schichtmaterial 18 durch die Auslassöffnung 16, die beispielsweise eine rechteckige Form aufweist, gefördert und auf den Träger 12 aufgetragen, so dass die nicht-vollflächige Schichtbahn 10 aus demselben gebildet wird. Beim Aufbringen der Schichtbahn 10 auf den Träger 12 wird die Breite b₁₆ der Auslassöffnung 16, die bezüglich ihrer minimalen Abmessung von dem Herstellungsverfahren der Düse abhängig ist und z. B. zwischen 1 μm und 20 cm beträgt, auf die Geometrie der Schichtbahn 10 übertragen. Infolgedessen weist die Schichtbahn 10 eine Breite b₁₀ auf, die von der Breite b₁₆ der Auslassöffnung 16 abhängig ist bzw. dieser entspricht und in einem Bereich zwischen 1 μm und 20 cm liegen kann. Das Schichtmaterial 18 kann beispielsweise in flüssiger oder in gelöster Form auf den Träger 12 aufgebracht werden, wobei das Herstellungsverfahren dann einen optionalen, nachgelagerten Schritt des Trocknes bzw. des Aushärtens des Schichtmaterials 18 umfasst. Durch dieses Herstellungsverfahren ist es vorteilhafterweise möglich, die Schichtbahn 10 bzw. die finale Geometrie der Schichtbahn 10 direkt ohne Materialverschnitt, wie es beim vollflächigen Aufbringen und nachträglichen Strukturieren entstehen würde, auf den Träger 12 aufzubringen.In the production of polymer electronics, the layer material 18 through the outlet opening 16 , which for example has a rectangular shape, conveyed and onto the carrier 12 applied so that the non-full-surface layer web 10 is formed from the same. When applying the layer web 10 on the carrier 12 becomes the width b _{16 of} the outlet opening 16 , which is dependent on the manufacturing method of the nozzle with respect to its minimum dimension and z. B. between 1 .mu.m and 20 cm, on the geometry of the layer web 10 transfer. As a result, the film web exhibits 10 a width b ₁₀ , which is the width b _{16 of} the outlet opening 16 depends or corresponds to this and can be in a range between 1 .mu.m and 20 cm. The layer material 18 may, for example, in liquid or in dissolved form on the carrier 12 The manufacturing process then includes an optional downstream step of drying or curing the coating material 18 includes. By this manufacturing method, it is advantageously possible, the layer web 10 or the final geometry of the web 10 directly without material waste, as it would occur during full-surface application and subsequent structuring, on the support 12 applied.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist die Schichtbahn 10 eine Länge l₁₀ auf, die mittels einer Relativbewegung zwischen dem Träger 12 und der Düse 14 erzeugt wird. In anderen Worten ausgedrückt, bei einem (konstanten) Volumenstrom des Schichtmaterials 18 durch die Auslassöffnung 16 wird das Schichtmaterial 18 als geradlinige Schichtbahn 10 mit einer Länge l₁₀ auf den Träger 12 entlang der geradlinigen Relativbewegung aufgebracht. Hierbei kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen eine Höhe h₁₀ der Schichtbahn 10 bzw. eine Schichtstärke, die z. B. in einem Bereich von 100 nm bis 10 μm liegt, eingestellt werden. Die Höhe h₁₀ ist einerseits von dem Volumenstrom des Schichtmaterials 18 durch die Auslassöffnung 16 und andererseits von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Düse 14 und dem Träger 12 abhängig. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, dass mittels Volumenstrom und Relativbewegung weitere Geometrieparameter der Schichtbahn 10, nämlich die Länge l₁₀ und die Höhe h₁₀, eingestellt werden können.According to further embodiments, the layer web 10 a length l ₁₀ , which by means of a relative movement between the carrier 12 and the nozzle 14 is produced. In other words, at a (constant) volume flow of the layer material 18 through the outlet opening 16 becomes the layer material 18 as a linear layer web 10 with a length l ₁₀ on the carrier 12 applied along the rectilinear relative movement. In this case, according to further embodiments, a height h _{10 of} the layer web 10 or a layer thickness, the z. B. in a range of 100 nm to 10 microns, are set. The height h ₁₀ is on the one hand by the volume flow of the layer material 18 through the outlet opening 16 and on the other hand, the relative velocity between the nozzle 14 and the carrier 12 dependent. In this embodiment, it is advantageous that by means of volume flow and relative movement further geometry parameters of the layer web 10 , namely the length l ₁₀ and the height h ₁₀ , can be adjusted.

Bezug nehmend auf 2a und 2b wird im Folgenden auf ein mögliches Ausführungsbeispiel der Düse eingegangen, wobei diese beispielsweise mittels eines Piezo-Elements verschließbar ist. 2a zeigt schematisch einen Querschnitt einer Düse 40 in der Seitenansicht, während 2b eine einen Querschnitt derselben in der Frontansicht zeigt. Hierbei entspricht die Düse 40 grundsätzlich der Düse 16 gemäß 1, wobei die Düse 40 ferner ein Piezoelement 48 aufweist. Die Düse 40 weist ein Gehäuse 42 mit einem Innenvolumen und einer Auslassöffnung 44 auf. Diese ist auf einer dem Träger zugewandten Seite angeordnet und liegt gegenüber einer Materialzuführung 46 der Düse 40. Der Auslasskanal 44 ist über das Piezo-Element 48 verschließbar, so dass ein Volumenstrom eines Schichtmaterials 50 unterbrochen werden kann, um die Länge der aufzubringenden Schichtbahnen zu steuern.Referring to 2a and 2 B will be discussed below on a possible embodiment of the nozzle, which can be closed, for example by means of a piezoelectric element. 2a schematically shows a cross section of a nozzle 40 in the side view while 2 B a shows a cross section of the same in the front view. Here, the nozzle corresponds 40 basically the nozzle 16 according to 1 , where the nozzle 40 Furthermore, a piezoelectric element 48 having. The nozzle 40 has a housing 42 with an internal volume and an outlet opening 44 on. This is arranged on a side facing the carrier and is opposite to a material supply 46 the nozzle 40 , The outlet channel 44 is over the piezo element 48 closable, so that a volume flow of a layer material 50 can be interrupted to control the length of the layer webs to be applied.

Das Schichtmaterial 50 wird über dem Materialanschluss 46 so nachgefördert, dass innerhalb des Gehäuses 42 ein konstanter Druck herrscht, um einen konstanten Volumenstrom durch die Auslassöffnung 40 zu ermöglichen. Die Auslassöffnung 44 wird mittels des Piezoelements 48 an einer Position relativ zum Träger, die eine Anfangsposition der Schichtbahn darstellt, geöffnet und an einer Position, die eine Endposition der Schichtbahn darstellt, wieder verschlossen. Durch den konstanten Volumenstrom kann die Höhe der Schichtbahn über die Länge derselben konstant gehalten werden. Des Weiteren weist die mit diesem Verfahren erzeugte Oberfläche der Schichtbahn eine geringe Rauheit auf, was auf eine regelmäßige Ausrichtung der auf den Träger aufgebrachten Moleküle des Schichtmaterials 50 zurückzuführen ist. Hierdurch werden, wie oben beschrieben, die elektrischen Eigenschaften von Polymerelektroniken bzw. integrierten Schaltungen, die mit einem derartigen Verfahren hergestellt werden, verbessert. Insbesondere werden hierbei geringe Schwellspannungen und eine hohe Elektronenmobilitäten von elektrischen Bauelementen erreicht. Des Weiteren weist die Übertragungscharakteristik beispielsweise von so hergestellten organischen Feldeffekttransistoren bei niedriger Gate-Spannung hohe Drainströme auf.The layer material 50 gets over the material connection 46 so nachgefördert that within the housing 42 a constant pressure prevails to a constant volume flow through the outlet opening 40 to enable. The outlet opening 44 is by means of the piezoelectric element 48 at a position relative to the carrier, which represents an initial position of the film web, opened and closed at a position which represents an end position of the film web again. Due to the constant volume flow, the height of the layer web over the length of the same can be kept constant. Furthermore, the surface of the layer web produced with this method has a low roughness, which is due to a regular orientation of the molecules of the layer material applied to the support 50 is due. As a result, as described above, the electrical properties of polymer electronics or integrated circuits produced by such a method are improved. In particular, in this case low threshold voltages and high electron mobilities of electrical components are achieved. Furthermore, the transmission characteristic of, for example, organic field-effect transistors thus produced has high drain currents at a low gate voltage.

Bezug nehmend auf 3a und 3b wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens bzw. der Vorrichtung erläutert. Hierbei zeigt 3a die Vorrichtung in der Seitenansicht, während 3b die Vorrichtung in der Frontansicht zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht hinsichtlich Struktur und Funktionalität grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel aus 1, wobei hier die Relativbewegung durch den waagrecht bewegten Träger 20 erzeugt wird. Dieser weist eine Bandform auf und ist auf eine Rolle 22 aufgerollt, wobei die Düse 14 oberhalb des Trägers 20 in einem Bereich der aufzubringenden Schichtbahn 10 beispielsweise mit einem Abstand a_18-20 von 0,1 mm bis 5,0 mm angeordnet ist. Bei der Relativbewegung wird der Träger 20 durch Rotation der Rolle 22 von derselben abgerollt und an der Auslassöffnung der Düse 16 vorbeibewegt, so dass das Schichtmaterial 18 gleichzeitig auf diesen aufgebracht werden kann. Dieser Vorgang kann durch eine weitere Rolle 24 unterstützt werden, die so angeordnet ist, dass der Träger 20 in einem richtigen Abstand a_18-20 positioniert ist bzw. zwischen Rolle 24 und Auslasskanal der Düse 14 bewegt wird. Bei diesem Verfahren, bei dem Schichtbahnen auf einen bandförmigen, bewegbaren Träger aufgebracht werden, ist es vorteilhaft, dass in einem Prozess eine Vielzahl von Schichtbahnen für unterschiedliche Polymerelektroniken seriell, d. h. hintereinander, hergestellt werden kann, ohne dass es notwendig ist, den Herstellungsprozess durch Werkzeugwechselvorgänge oder Transport des gemeinsamen Trägers zu dem nächsten Herstellungsschritt zu unterbrechen. Alternativ kann die Vorrichtung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel eine weitere Rolle 25 aufweisen, die so angeordnet ist, dass der Träger 20 an der Düse 16, die zwischen den zwei Rollen 22 und 25 positioniert ist, vorbeigeführt wird. Diese weitere, optionale Rolle 25 ist ausgebildet, um den flexiblen Träger 20, auf welchen die Schichtbahn aufgebracht ist, wieder aufzurollen, wobei dieser Schritt gleichzeitig, während des Aufbringens der Schichtbahn 10 erfolgt. Dieses sogenannte Rolle-zu-Rolle-Verfahren ermöglicht eine einfach zu handhabende und kosteneffiziente Herstellung z. B. im Bereich der Polymerelektronik.Referring to 3a and 3b a further embodiment of the manufacturing method and the device is explained. This shows 3a the device in side view while 3b the device in front view shows. This embodiment basically corresponds to the embodiment in terms of structure and functionality 1 , where here the relative movement through the horizontally moving support 20 is produced. This has a band shape and is on a roll 22 rolled up, with the nozzle 14 above the carrier 20 in an area of the layer web to be applied 10 is arranged, for example, with a distance a _18-20 from 0.1 mm to 5.0 mm. In the relative movement of the carrier 20 by rotation of the roll 22 from the same unrolled and at the outlet opening of the nozzle 16 moved past, so that the layer material 18 can be applied to these at the same time. This process can be through another role 24 be supported, which is arranged so that the carrier 20 is positioned at a proper distance a _18-20 or between roll 24 and outlet of the nozzle 14 is moved. In this method, in which layer webs are applied to a band-shaped, movable carrier, it is advantageous that in a process a plurality of layer webs for different polymer electronics serially, ie in a row, can be produced, without it being necessary, the manufacturing process by tool change operations or to interrupt transport of the common carrier to the next production step. Alternatively, the device according to another embodiment, another role 25 which is arranged so that the carrier 20 at the nozzle 16 that between the two roles 22 and 25 is positioned, is passed. This additional, optional role 25 is designed to be the flexible carrier 20 on which the layer web is applied to roll up again, this step at the same time, during the application of the layer web 10 he follows. This so-called roll-to-roll process allows for easy-to-use and cost-effective production z. B. in the field of polymer electronics.

3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen Verfahrens bzw. der oben beschriebenen Vorrichtung, wobei das Aufbringen einer Vielzahl von Schichtbahnen ermöglicht wird. 3c zeigt eine Frontansicht einer Vorrichtung, das der Vorrichtung aus 3b entspricht, aber ferner eine weitere Düse 26 aufweist. Die weitere Düse 26 ist neben der Düse 14 angeordnet und ausgebildet, über ihre Auslassöffnung ein Schichtmaterial 28 auf den Träger 20 aufzutragen, so dass eine weitere Schichtbahn 30 aufgebracht wird. Hierbei sind die zwei Schichtbahnen 10 und 28 zueinander parallel, wobei diese jedoch unterschiedliche Geometrieparameter, wie Längen, Breiten und Höhen der Schichtbahn 10 und 30, sowie unterschiedliche Schichtmaterialien 18 bzw. 28 aufweisen können. Mit diesem beschriebenen Verfahren bzw. der beschriebenen Vorrichtung kann somit gleichzeitig eine Vielzahl von Schichtbahnen 10 und 30, z. B. für einen p-Typ-Halbleiterbereich und einen n-Typ-Halbleiterbereich einer Polymerelektronik oder einer integrierten Schaltung beispielsweise auf Basis organischer Halbleiter, hergestellt werden. 3c shows a further embodiment of the method described above or the device described above, wherein the application of a plurality of layer webs is made possible. 3c shows a front view of a device, the device of 3b corresponds, but also another nozzle 26 having. The other nozzle 26 is next to the nozzle 14 arranged and formed, via its outlet opening a layer material 28 on the carrier 20 apply, leaving another layered web 30 is applied. Here are the two layer webs 10 and 28 parallel to each other, but these different geometry parameters, such as lengths, widths and heights of the web 10 and 30 , as well as different layer materials 18 respectively. 28 can have. With this described method or the described device can thus simultaneously a plurality of layer webs 10 and 30 , z. Example, for a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region of polymer electronics or an integrated circuit, for example based on organic semiconductors, are produced.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können die zwei Schichtbahnen 10 und 30 direkt nebeneinander aufgebracht sein, so dass komplexe CMOS-Strukturen in einem Verfahrensschritt herstellbar sind. Beispielsweise kann das Schichtmaterial 18 der ersten Schichtbahn 10 ein n-Typ-Halbleitermaterial umfassen, und das Schichtmaterial 28 der zweiten Schichtbahn 30 ein p-Typ-Halbleitermaterial umfassen, so dass direkt ein pn-Übergang und damit eine Diode herstellbar ist. Hierbei erfolgt das Aufbringen der mindestens zwei Schichtmaterialien 18 und 28 derart, dass die zwei oder mehrere verschiedene Schichtbahnen 10 und 30 aneinander angrenzen ohne dass beim Aufbringen eine Vermischung derselben erfolgt. Hierfür wird der Volumenstrom der Schichtmaterialien durch die Düse 14 bzw. 26 und die Relativbewegung gesteuert, so dass die Schichtmaterialen geeignet aushärten. Entsprechend diesem Vorgehen ist es auch möglich, mehr als zwei weitere Schichtbahnen auf dem Träger 20 aufzubringen, so dass Transistoren oder großflächige CMOS-Schaltungen herstellbar sind.According to further embodiments, the two layer webs 10 and 30 be applied directly next to each other, so that complex CMOS structures can be produced in one process step. For example, the layer material 18 the first layer railway 10 comprise an n-type semiconductor material, and the layer material 28 the second layer web 30 comprise a p-type semiconductor material, so that directly a pn junction and thus a diode can be produced. In this case, the application of the at least two layer materials takes place 18 and 28 such that the two or more different layer webs 10 and 30 adjoin one another without mixing the same during application. For this purpose, the volume flow of the layer materials through the nozzle 14 respectively. 26 and the relative movement controlled so that the layer materials cure properly. According to this procedure, it is also possible to have more than two further layer webs on the carrier 20 so that transistors or large-area CMOS circuits can be produced.

Alternativ können die zwei Düsen 14 und 26 nicht nebeneinander, sondern längs des in Bandform ausgebildeten Trägers 20 bzw. entlang der Relativbewegung zwischen den Düsen 14 und 26 und dem Träger 20 angeordnet sein. Hierdurch können entweder aneinander angrenzende Schichtbahnen direkt hintereinander angrenzend, beabstandete hintereinander oder aufeinander angeordnete, d. h. in verschiedenen Ebenen, auf dem Träger 20 hergestellt werden. Entsprechend einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann auch eine Vielzahl von Düsen nebeneinander und/oder längs hintereinander angeordnet sein, so dass komplexe CMOS-Schaltungen herstellbar sind.Alternatively, the two nozzles 14 and 26 not next to each other, but along the band-shaped carrier 20 or along the relative movement between the nozzles 14 and 26 and the carrier 20 be arranged. As a result, either adjacent layer webs directly adjacent to each other, spaced one behind the other or arranged on top of each other, ie in different planes, on the support 20 getting produced. According to a further alternative embodiment, a plurality of nozzles may be arranged side by side and / or longitudinally one behind the other, so that complex CMOS circuits can be produced.

Bezug nehmend auf 3a und 3b wird angemerkt, dass die Relativbewegung zwischen Düse 14 und Träger 20 nicht notwendigerweise längs des bandförmigen Trägers 20 und auch nicht geradlinig erfolgen muss. Durch eine gewinkelte Relativbewegung gegenüber dem Träger 20 bzw. ein gebogenen Bewegungsbahn kann die Richtung, in der die Schichtbahn 10 aufgebracht wird, variiert werden.Referring to 3a and 3b it is noted that the relative movement between nozzle 14 and carriers 20 not necessarily along the band-shaped carrier 20 and not necessarily in a straight line. By angled relative movement relative to the carrier 20 or a curved trajectory can be the direction in which the layer web 10 is applied, can be varied.

Auch wenn die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit Schichtmaterialien auf Basis organischer Halbleiter beschrieben wurden, wird an dieser Stelle angemerkt, dass mit den beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen auch andere Materialien, wie z. B. Dielektrika oder metallische Tinten, aufbringbar sind.Although the embodiments described above have been described in connection with layer materials based on organic semiconductors, it is noted at this point that with the described methods or devices, other materials such. As dielectrics or metallic inks can be applied.

Auch wenn bei oben beschriebenen Ausführungsbeispielen Aspekte im Kontext des Aufbringens von Schichtbahnen einer Polymerelektronik bzw. von Polymerstreifen beschrieben wurden, wird dieser Stelle angemerkt, dass eine Polymerelektronik beispielsweise eine integrierte Schaltung umfassen kann oder eine integrierte Schaltung ist. Infolgedessen beziehen sich die hier beschriebenen Aspekte sowohl auf ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung als auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer integrierten Schaltung.Even though aspects have been described in the context of the application of layered webs of polymer electronics or of polymer strips in the above-described exemplary embodiments, it is noted that polymer electronics may comprise, for example, an integrated circuit or an integrated circuit. As a result, the aspects described herein relate to both an integrated circuit fabrication process and an integrated circuit fabrication device.

Auch wenn bei den vergangenen Ausführungsbeispielen insbesondere Aspekte hinsichtlich einer Vorrichtung zur Herstellung einer Polymerelektronik beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although particular aspects of a device for producing a polymer electronics have been described in the past embodiments, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device as a corresponding method step or as a Feature of a process step is to understand. Similarly, aspects described in connection with a method step or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding apparatus.

Claims

Process for the production of polymer electronics with the following step: application of at least one layer web ( 10 . 30 ) from a layer material ( 18 . 28 . 50 ) with a predetermined by a layout of the polymer electronics width (b ₁₀ ) on a support ( 10 . 20 ) by means of a nozzle ( 14 . 26 . 40 ), which has an outlet opening ( 16 . 44 ) whose width (b ₁₆ ) of the width (b ₁₀ ) of the layer web ( 10 . 30 ) is dependent.

A method of producing polymer electronics according to claim 1, further comprising a step of moving the carrier ( 10 . 20 ) relative to the nozzle ( 14 . 26 . 40 ), in a direction along the layer web to be applied ( 10 . 30 ) during the application of the layer web ( 10 . 30 ) having.

A method of producing polymer electronics according to claim 1 or 2, wherein the step of applying the film web ( 10 . 30 ) comprises the following substeps: applying a liquid coating material ( 18 . 28 . 50 ) through the outlet opening ( 16 . 44 ); and curing the liquid coating material ( 18 . 28 . 50 ) on the support ( 10 . 20 ).

Process for the production of polymer electronics according to one of claims 1 to 3, wherein the layer material ( 18 . 28 . 50 ) of the layered web ( 10 . 30 ) comprises a dielectric, an organic p-type semiconductor material and / or an organic n-type semiconductor material.

Process for producing polymer electronics according to one of Claims 1 to 4, in which the layer web ( 10 . 30 ) is applied with a layer thickness (h ₁₀ ) between 10 nm and 1 μm, wherein the layer thickness (h ₁₀ ) of a volume flow of the layer material ( 18 . 28 . 50 ) through the outlet opening ( 16 . 44 ) and a relative speed between the carrier ( 10 . 20 ) and the nozzle ( 14 . 26 . 40 ) is dependent.

A method for producing a polymer electronics according to one of claims 2 to 5, wherein the step of applying the layer web ( 10 . 30 ) comprises the following sub-steps: opening the outlet opening ( 16 . 44 ) at a position of the nozzle predetermined by the layout ( 14 . 26 . 40 ) relative to the carrier ( 10 . 20 ); and closing the outlet opening ( 16 . 44 ) upon reaching a length (l ₁₀ ) of the layer web predetermined by the layout ( 10 . 30 ).

A method for producing a polymer electronics according to one of claims 1 to 6, which further comprises a further step of applying a further, parallel layer web ( 30 ) by means of a further nozzle ( 26 ) during the application of the layer web ( 10 ) having.

A method of producing polymer electronics according to any one of claims 1 to 7, wherein the step of moving the carrier ( 10 . 20 ) comprises the following sub-step: turning a roll ( 22 ) to the band-shaped carrier ( 10 . 20 ) relative to the nozzle ( 14 . 26 . 40 ) to move.

Process for producing polymer electronics according to one of Claims 1 to 8, in which the support ( 10 . 20 ) during the application of the layer web ( 10 . 30 ) of a roll ( 22 ) and on another roll ( 25 ) is rolled up.

Method for producing a CMOS circuit, in which the step of applying the layer web ( 10 . 30 ) according to one of claims 1 to 9 for a plurality of the layer webs ( 10 . 30 ) is executed so that a layout of the CMOS circuit directly on the carrier ( 10 . 20 ) is formed.

A method of fabricating a CMOS circuit according to claim 10, wherein the step of applying the plurality of layered webs ( 10 . 30 ) is carried out in such a way that the layer webs ( 10 . 30 ) with regard to layer material ( 18 . 28 . 50 ), lateral dimension and / or lateral positions on the carrier ( 10 . 20 ).

Device for producing polymer electronics with a nozzle ( 14 . 26 . 40 ), whereby the nozzle ( 14 . 26 . 40 ) an outlet opening ( 16 . 44 ) whose width (b ₁₆ ) from a width (b ₁₀ ) one on a support ( 10 . 20 ) to be applied layer web ( 10 . 30 ) of the polymer electronics is dependent.

Device for producing polymer electronics according to claim 12, wherein the outlet opening ( 16 . 44 ) of the nozzle ( 14 . 26 . 40 ) from a surface of the carrier ( 10 . 20 ) spaced in a region of the layer web to be applied ( 10 . 30 ) is positioned.

Device for producing polymer electronics according to claim 12 or 13, wherein the nozzle ( 40 ) a piezo element ( 48 ), which is formed to the outlet opening ( 44 ) to open and close.

Device for producing polymer electronics according to one of claims 12 to 14, which further comprises a further nozzle ( 26 ), which is designed to form a further, parallel layer web ( 30 ) on the carrier ( 10 . 20 ) simultaneously with the layer web ( 10 ).