DE102014003599A1 - Process for the preparation of functional layers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung funktionaler Strukturen durch Verdampfen oder Sublimieren von Vorläuferverbindungen von einem Donorband und Abscheiden auf einem Substrat sowie entsprechende Donorbänder.The invention relates to a process for producing functional structures by evaporation or sublimation of precursor compounds from a donor ribbon and deposition on a substrate, and to corresponding donor bands.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung funktionaler Strukturen, die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von kratzfesten Oberflächenbeschichtungen bzw. von Schichten für elektronische Bauelemente sowie ein Donorband, welches sich im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen lässt.The invention relates to a method for producing functional structures, to the use of the method for the production of scratch-resistant surface coatings or of layers for electronic components and to a donor band which can be used in the method according to the invention.
In etablierten Prozessen zur Herstellung von Schichten, wie beispielsweise elektrischen Metall-Oxid-Schichten wird die Deposition im Vakuum (z. B. CVD, Sputtern) oder ein Abscheide- oder Druckprozess mit Hilfe einer Formulierung angewandt.In established processes for the production of layers, such as electrical metal-oxide layers, the deposition in vacuum (eg CVD, sputtering) or a deposition or printing process is applied by means of a formulation.
Bei der Deposition im Vakuum sind aufwendige und teure Prozessanlagen mit Vakuumtechnik notwendig. Die Geschwindigkeit der Bauteilherstellung ist gering. Dadurch sind die Kosten insgesamt relativ hoch. Zur Strukturierung werden Schattenmasken zur Abschirmung der nicht zu beschichtenden Bereiche eingesetzt oder, nach einem vollflächigen Beschichten, ein nachträglicher Ätzprozess eingesetzt.Deposition in a vacuum requires complex and expensive process equipment with vacuum technology. The speed of component production is low. As a result, the costs are relatively high overall. For structuring shadow masks are used to shield the non-coated areas or, after a full-surface coating, a subsequent etching process used.
Bei Druckprozessen besteht die Formulierung aus dem zu druckenden Ausgangsmaterial und einem Trägermaterial, z. B. Lösemittel, Harz oder Wachs, die auf ein zu beschichtendes Substrat transferiert werden. Ein großes Problem ist hierbei das Finden geeigneter Lösemittel, die das Ausgangsmaterial lösen und deren Formulierung, um auf dem zu bedruckenden Substrat eine gute Benetzung zu ermöglichen, ohne jedoch das Substrat zu lösen. Um die Formulierung an den Druckprozess anzupassen sind mitunter weitere Additive oder Veränderungen des Ausgangsmaterials nötig, die zum Beispiel die Viskosität erhöhen oder die Benetzung auf einem bestimmten Substrat verbessern. Dies kann die elektrische Funktion der aufgebrachten Schicht negativ beeinflussen (
Im Falle der Aufbringung aus Lösung muss das Trägermaterial anschließend wieder entfernt werden, um die Funktionalität der Schichten zu gewährleisten. Dabei entstehen oft Fehlstellen oder andere Defekte in der Schicht, die die Qualität des späteren Bauteils einschränken (
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Erzeugung funktionaler Strukturen durch Verdampfen oder Sublimieren von Vorläuferverbindungen von einem Donorband und Abscheiden auf einem Substrat.A first aspect of the present invention is therefore a process for producing functional structures by evaporating or sublimating precursor compounds from a donor ribbon and depositing on a substrate.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Donorband geeignet für Verdampfungs- oder Sublimationsverfahren, wie beispielsweise Thermosublimationsdruck, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Trägermaterial aufweist, auf das Vorläuferverbindungen aufgebracht sind.A further subject of the present invention is a donor ribbon suitable for evaporation or sublimation processes, such as, for example, dye sublimation printing, characterized in that it has a support material to which precursor compounds have been applied.
Dieses mit Vorläuferverbindungen beschichtete Donorband kann in einer bevorzugten Verfahrensvariante in einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden.This donor band coated with precursor compounds can be produced in a preferred process variant in a first step of the process according to the invention.
Als Trägermaterial für das Donorband können übliche Materialien verwendet werden. Vorteilhaft ist es, wenn eine Folie mit einer Dicke im Bereich 0,1 um bis 1 mm ausgewählt wird und ein Trägermaterial verwendet wird, das bis 50°C über der Sublimationstemperatur des aufzubringenden Materials chemisch stabil ist. Dabei kann es bevorzugt sein, wenn das Material bei dieser Temperatur auch noch mechanisch stabil ist.As support material for the donor ribbon, conventional materials can be used. It is advantageous if a film with a thickness in the range 0.1 .mu.m to 1 mm is selected and a support material is used which is chemically stable up to 50.degree. C. above the sublimation temperature of the material to be applied. It may be preferred if the material is also mechanically stable at this temperature.
Ist eine hohe Ortsauflösung bei der Strukturierung erforderlich, so ist es bevorzugt als Material für das Donorband ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit in der Ebene des Donorbandes einzusetzen.If a high spatial resolution is required in the structuring, it is preferable to use as a material for the donor ribbon a material with a low thermal conductivity in the plane of the donor ribbon.
Geeignete Materialien als Trägermaterial für das Donorband sind beispielsweise Papier, Dünnglas, Metallfolie oder Polymerfolie. Wird eine Polymerfolie eingesetzt, so ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn diese aus Polyethylenterephthalat- Polyethylen- Polypropylen- oder Polyimidfolien gewählt wird.Suitable materials as carrier material for the donor belt are, for example, paper, thin glass, metal foil or polymer film. If a polymer film is used, it is preferred according to the invention if it is selected from polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene or polyimide films.
Ein solches beschichtetes Donorband muss dabei nicht zwingend als Bahn ausgeführt sein, auch andere Ausprägungen, z. B. in Form eines Bogens sind möglich.Such a coated donor belt does not necessarily have to be designed as a web, other forms, such. B. in the form of a bow are possible.
Das Donorband kann in einer Erfindungsvariante einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. So kann das Vorläufermaterial mehrschichtig aufgetragen werden, wobei die verschiedenen Schichten aus dem gleichen aber auch unterschiedlichen Materialien bestehen können. Neben dem Vorläufermaterial können weitere Lagen erforderlich sein, z. B. zur Steuerung der Benetzbarkeit des Materialträgers, zur Einkopplung bzw. Verbesserung der Einkopplung der Thermoquelle oder zum Schutz des Vorläufermaterials vor Beschädigung oder Oxidation/Alterung.The donor band can have a multilayer structure in a variant of the invention. Thus, the precursor material can be applied in multiple layers, wherein the different layers can consist of the same but also different materials. In addition to the precursor material more layers may be required, for. B. to control the wettability of the material carrier, for Coupling or improving the coupling of the thermal source or to protect the precursor material from damage or oxidation / aging.
Die Donorbänder können als Schutz vor Oxidation/Alterung als gesamtes Band (d. h. Rolle oder Bogen) in eine schützende Verpackung eingepackt werden. Diese Verpackung kann dann auch mit inertem Gas gefüllt sein. Als Alternative zum Schutz des Vorläufermaterials kann das beschichtete Donorband auch ein- oder beidseitig mit einer Schutzschicht versehen werden. Diese Schutzschicht kann entweder beim Übertragungsprozess auf dem Materialträger verbleiben (wenn sie beispielsweise die Thermoquelle nicht absorbiert) oder die Schutzschicht wird kurz vor dem Übertragungsvorgang entfernt.The donor ribbons may be packaged in a protective package as an overall tape (i.e., roll or sheet) to protect against oxidation / aging. This packaging can then also be filled with inert gas. As an alternative to protecting the precursor material, the coated donor ribbon can also be provided with a protective layer on one or both sides. This protective layer can either remain on the material carrier during the transfer process (for example if it does not absorb the thermal source) or the protective layer is removed shortly before the transfer process.
Zur Herstellung der Donorbänder können die verschiedensten Prozesstechnologien (CVD, PVD, Rakeln, Drucken, Coating) eingesetzt werden. Werden mehrere Lagen aufgetragen, dann können auch unterschiedliche Prozesstechnologien zur Anwendung kommen.For the production of the donor tapes a variety of process technologies (CVD, PVD, doctoring, printing, coating) can be used. If several layers are applied, then different process technologies can also be used.
Ein Donorband kann nach dem Beschichtungsvorgang mit nur einem einzigen Vorläufermaterial beschichtet sein oder in Bereiche beliebiger Größe und Anordnung mit unterschiedlichen Vorläufermaterialien unterteilt sein.A donor ribbon may be coated after the coating process with only a single precursor material or divided into regions of any size and arrangement with different precursor materials.
Als Substrat für die Abscheidung der funktionalen Strukturen eignen sich im Prinzip alle gleichmäßigen und beschichtbaren Oberflächen. Insbesondere sind dies feste Substrate wie Glas, Keramik, Metall, Siliciumwafer oder Kunststoffsubstrate, oder flexible Substrate, insbesondere Kunststofffolien oder Metallfolien. Das zu beschichtende Substrat kann bereits eine Struktur aus einer oder mehreren, zum Teil unterschiedlich dicken, Schichten aufweisen. Zum Beispiel kann für den Fall, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Schichten für elektronische Bauteilen eingesetzt wird, das zu beschichtende Substrat aus dem üblichen Unterbau für solche Bauteile bestehen. Zum Beispiel im Fall von Dünnschicht-Transistoren (TFTs) bzw. Feldeffekttransistoren (FETs) auf die eine halbleitende Metalloxidschicht aufgebracht werden soll aus einer mit einem Dielektrikum beschichteten leitfähigen Schicht, dem so genannten „Gate”, auf welchem sich Metallelektroden („Source” und „Drain”) befinden.In principle, all uniform and coatable surfaces are suitable as substrate for the deposition of the functional structures. In particular, these are solid substrates such as glass, ceramics, metal, silicon wafers or plastic substrates, or flexible substrates, in particular plastic films or metal foils. The substrate to be coated may already have a structure of one or more, sometimes differently thick, layers. For example, in the case that the method according to the invention is used to produce layers for electronic components, the substrate to be coated may consist of the usual substructure for such components. For example, in the case of thin-film transistors (TFTs) or field-effect transistors (FETs) to be applied to a semiconducting metal oxide layer of a dielectric-coated conductive layer, the so-called "gate" on which metal electrodes ("source" and "Drain") are located.
Die Dicke der erfindungsgemäß erzeugten funktionalen Struktur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen einer Atom- oder Moleküllage und 2 μm, insbesondere bevorzugt zwischen 10 nm und 500 nm. Bei Bedarf können auch dickere Schichten erzeugt werden, im Hinblick auf eine hohe Auflösung der erzeugten Strukturen bzw. eine gleichmäßige Oberfläche hat sich eine Dicke von 2 μm oder weniger jedoch als vorteilhaft erwiesen.The thickness of the functional structure produced according to the invention is preferably in the range between an atomic or molecular layer and 2 μm, particularly preferably between 10 nm and 500 nm. If required, thicker layers can also be produced, with a view to a high resolution of the structures produced or however, a uniform surface area of 2 μm or less has been found to be advantageous.
In einer Verfahrensvariante werden funktionale Strukturen erzeugt, bei denen es sich um eine Metalloxidschicht handelt, wobei das Metalloxid vorzugsweise ausgewählt aus den Oxiden oder Mischoxiden der Elemente aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Gallium, Neodym, Ruthenium, Hafnium, Zirkonium, Indium, Zink, Titan, Yttrium, Chrom, Kupfer, Eisen, Lithium und Zinn.In a variant of the method, functional structures are produced, which are a metal oxide layer, wherein the metal oxide is preferably selected from the oxides or mixed oxides of the elements from the group of aluminum, magnesium, gallium, neodymium, ruthenium, hafnium, zirconium, indium, zinc, Titanium, yttrium, chromium, copper, iron, lithium and tin.
In einer anderen Verfahrensvariante handelt es sich bei einer erzeugten funktionalen Struktur um eine Metallschicht, wobei das Metall vorzugsweise ausgewählt ist aus den Elementen Kupfer, Silber und Gold.In another variant of the method, a functional structure produced is a metal layer, wherein the metal is preferably selected from the elements copper, silver and gold.
Unter „Schicht” wird dabei eine glatte oder strukturierte Schicht verstanden, wobei Strukturierung im Falle elektronischer Bauelemente auch bedeuten kann, dass als „Schicht” z. B. nur noch einzelne Leiterbahnen erzeugt werden.By "layer" is meant a smooth or structured layer, wherein structuring in the case of electronic components can also mean that as a "layer" z. B. only individual tracks are generated.
Als Vorläuferverbindungen werden erfindungsgemäß verdampf- oder sublimierbare Materialen oder Materialen deren Zersetzungsprodukte verdampf- oder sublimierbar sind eingesetzt. Im Folgenden wird „sublimierbar” auch als Oberbegriff für „verdampf- oder sublimierbar” verwendet. Die Materialien sollten unter normaler Atmosphäre (p = 1 atm) oder unter einer beliebigen Schutzatmosphäre mit beliebigem Druck sublimierbar sein. Die Sublimationstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich 50°C < Tsub < 600°C.The precursor compounds used according to the invention are vaporizable or sublimable materials or materials whose decomposition products are vaporisable or sublimable. In the following, "sublimable" is also used as a generic term for "vaporizable or sublimable". The materials should be sublimable under normal atmosphere (p = 1 atm) or under any protective atmosphere at any pressure. The sublimation temperature is preferably in the range 50 ° C. <T sub <600 ° C.
Bei dem zu sublimierenden Material kann es sich um eine einzelne Verbindungen oder ein Gemisch verschiedener Verbindungen handeln, die die oben aufgeführten Kriterien und strukturellen Muster erfüllen.The material to be sublimated may be a single compound or a mixture of different compounds that meet the criteria and structural patterns listed above.
Erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende Vorläuferverbindungen sind dabei sublimierbare Metallkomplexe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Acetylacetonate, β-Dionate, Alkoxide und Alkylmetallate. Als insbesondere bevorzugte Vorläuferverbindungen sind dabei Acetylacetonate, Tri- und Hexafluoroacetylacetonate, wie vorzugsweise Indium(III)acetylacetonat, Zink(II)acetylacetonat, Hafnium(IV)acetylacetonat, Zirkonium(IV)acetylacetonat, Gallium(III)acetylacetonat, Indium(III)trifluoroacetylacetonat, Aluminium(III)acetylacetonat, Zink(II)hexafluoroacetylacetonat, Zirkonium(IV)trifluoroacetylacetonat, Zinn(IV) bis(acetylacetonate)dichloride, Dionate, wie vorzugsweise Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)gallium(III), Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III), Bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)zink(II), Alkoxide, wie vorzugsweise Methoxide, Ethoxide, Butoxide, Propoxide, insbesondere Aluminium ethoxid, Aluminum isopropoxid, Zinn(IV)tert-butoxide, Zinkmethoxid, aber auch Alkylmetallate, wie Trimethylindium zu nennen.Preference compounds preferably to be used according to the invention are sublimable metal complexes, preferably selected from the group of acetylacetonates, β-dionates, alkoxides and alkylmetalates. Particularly preferred precursor compounds are acetylacetonates, tri- and hexafluoroacetylacetonates, such as preferably indium (III) acetylacetonate, zinc (II) acetylacetonate, hafnium (IV) acetylacetonate, zirconium (IV) acetylacetonate, gallium (III) acetylacetonate, indium (III) trifluoroacetylacetonate , Aluminum (III) acetylacetonate, zinc (II) hexafluoroacetylacetonate, zirconium (IV) trifluoroacetylacetonate, stannic bis (acetylacetonate) dichlorides, dionates, preferably tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato ) gallium (III), tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) indium (III), bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) zinc (II ), Alkoxides, such as preferably methoxides, ethoxides, butoxides, propoxides, in particular aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, tin (IV) tert-butoxides, zinc methoxide, but also to name alkyl metalates, such as trimethylindium.
Beim eigentlichen Übertragungsvorgang wird das Donorband in geringen Abstand oder direkten Kontakt zu dem zu beschichtenden Substrat gebracht. Durch schnelles Aufheizen des Donorbandes wird das Vorläufermaterial sublimiert/verdampft bzw. zersetzt und die Zersetzungsprodukte sublimiert/verdampft und auf dem Substrat adsorbiert. Der Aufheizvorgang kann durch beliebige Methoden eingeleitet werden, bevorzugt sind hierbei Widerstandsheizelemente. Die Größe der beschichteten Fläche auf dem Substrat wird dabei primär durch die Größe der Fläche auf dem Materialträger bestimmt, von der eine Sublimation stattfindet. Dies ermöglicht eine laterale Strukturierung der erzeugten Schicht. During the actual transfer process, the donor band is brought into close proximity or in direct contact with the substrate to be coated. By rapidly heating the donor ribbon, the precursor material is sublimed / vaporized or decomposed and the decomposition products are sublimated / vaporized and adsorbed on the substrate. The heating process can be initiated by any methods, in this case resistance heating elements are preferred. The size of the coated area on the substrate is determined primarily by the size of the area on the material carrier from which a sublimation takes place. This allows lateral structuring of the layer produced.
Der prinzipielle Aufbau einer Apparatur für das oben beschriebene Beschichtungsverfahren wird in
Der Abstand des Donorbands zum Substrat sollte, im Hinblick auf eine hohe Druckauflösung, gering sein. Vorzugsweise liegt der Abstand im Bereich von 0,01 bis 1 mm. Bei saugenden oder porösen Substraten kann der Abstand auch 0 betragen, d. h. die Übertragung im Kontakt erfolgen.The distance of the donor ribbon to the substrate should be low in view of high print resolution. Preferably, the distance is in the range of 0.01 to 1 mm. For absorbent or porous substrates, the distance may also be 0, d. H. the transmission takes place in contact.
Dementsprechend gilt für eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass beim Verdampfen bzw. Sublimieren der Vorläuferverbindungen entweder Kontakt zwischen Donorband und Substrat besteht oder der Abstand zwischen Donorband und Substrat vorzugsweise im Bereich von 0,01 und 1 mm liegt, insbesondere bevorzugt zwischen 0,1 und 0,8 mm.Accordingly, for a preferred variant of the method according to the invention that when evaporation or sublimation of the precursor compounds either contact between donor ribbon and substrate or the distance between the donor ribbon and substrate is preferably in the range of 0.01 and 1 mm, more preferably between 0.1 and 0.8 mm.
Das bahnförmige Substrat (
Das Wachstum und die Morphologie der abgeschiedenen Schichten (Porosität, Rauigkeit, Kristallinität) lässt sich auf einem gegebenen Substrat durch die Sublimationstemperatur, die Sublimationsrate und der Temperatur des zu bedruckenden Substrats beeinflussen. Da das Schichtwachstum wiederum einen starken Einfluss auf die Eigenschaften, insbesondere die elektrischen Eigenschaften, der abgeschiedenen Schichten und der entsprechenden Grenzflächen hat, sind die Sublimationstemperatur, die Sublimationsrate und die Substrattemperatur für den Fachmann wichtige Prozessparameter, um die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten und Grenzflächen zu kontrollieren. Dabei gehört die Optimierung dieser Parameter zur Routine des Fachmannes für solche Druckprozesse.The growth and morphology of the deposited layers (porosity, roughness, crystallinity) can be influenced on a given substrate by the sublimation temperature, the rate of sublimation and the temperature of the substrate to be printed. Again, since layer growth has a strong influence on the properties, particularly the electrical properties, the deposited layers and the corresponding interfaces, the sublimation temperature, sublimation rate and substrate temperature are important process parameters for the skilled person to control the properties of the deposited layers and interfaces , The optimization of these parameters is part of the routine of those skilled in such printing processes.
Als Druckkopf können handelsübliche Thermodruckelemente eingesetzt werden, wie sie auch beim Thermosublimationsdruck Verwendung finden. Die Verwendung eines solchen Thermodruckkopfes ist in einer Erfindungsvariante bevorzugt.As a printhead commercially available thermal printing elements can be used, as they are also used in the thermal sublimation printing. The use of such a thermal print head is preferred in a variant of the invention.
Die Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss entsprechend geeignet sein, das Substrat aufzunehmen, evtl. zu transportieren und den Abstand zwischen Donorband und Substratoberfläche einzustellen. Es kann sich dabei in einer Erfindungsvariante um handelsübliche oder modifizierte Thermosublimationsdrucker handeln.The apparatus for carrying out the method according to the invention must be suitable for receiving the substrate, possibly transporting it and adjusting the distance between the donor belt and the substrate surface. In a variant of the invention, this may be commercial or modified thermal sublimation printers.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante kann das Substrat nach dem Abscheiden der Vorläuferverbindungen durch Energieeintrag nachbehandelt werden. Die dabei verwendeten Methoden sind übliche Prozessschritte, deren Optimierung dem Fachmann geläufig ist. Dabei erfolgt die Nachbehandlung vorzugsweise durch Erhitzen mit einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 700°C, vorzugsweise bei 200°C bis 500°C und/oder mittels energiereicher Strahlung, vorzugsweise von einer Lichtquelle mit hoher Leistung oder einem Laser. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Bestrahlung mit UV- und/oder IR-Strahlung erfolgen. Bei der UV-Bestrahlung-werden Wellenlängen < 400 nm, bevorzugt im Bereich von 150 bis 380 nm, eingesetzt. IR-Strahlung kann mit Wellenlängen von > 800 nm eingesetzt werden, vorzugsweise von > 800 bis 3000 nm. Durch die Nachbehandlung kann, je nach eingesetzter Vorläuferverbindung, diese chemisch umgesetzt werden und/oder durch Schmelz- bzw. Sintervorgänge die Oberfläche der Strukturen geglättet werden. Auch die elektrischen Eigenschaften von Metalloxiden lassen sich teilweise durch Nachbehandlungen verbessern. So kann Beispielsweise die Leitfähigkeit von Indium-Zinn-Oxid durch eine Lagerung oder Temperaturbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre verbessert werden.In a preferred process variant, the substrate can be aftertreated after deposition of the precursor compounds by introduction of energy. The methods used are conventional process steps, the optimization of which is familiar to the person skilled in the art. The post-treatment is preferably carried out by heating at a temperature in the range of 50 ° C to 700 ° C, preferably at 200 ° C to 500 ° C and / or by high-energy radiation, preferably from a high power light source or a laser. Additionally or alternatively, irradiation with UV and / or IR radiation can also take place. In the case of UV irradiation, wavelengths <400 nm, preferably in the range of 150 to 380 nm, are used. IR radiation can be used with wavelengths of> 800 nm be, preferably from> 800 to 3000 nm. By the aftertreatment, depending on the precursor compound used, they are chemically reacted and / or the surface of the structures are smoothed by melting or sintering operations. The electrical properties of metal oxides can also be partially improved by post-treatments. For example, the conductivity of indium tin oxide can be improved by storage or temperature treatment in a reducing atmosphere.
Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
- – die Möglichkeit unlösliche Vorläufermaterialien einzusetzen,
- – die Vermeidung von Trägermaterialien wie Lösemittel und Wachse, sowie anderer Additive,
- – keine Benetzungsprobleme,
- – kein Anlösen bereits vorhandener Lagen durch Aufbringen weiteren Lösemittels,
- – keine Nachbehandlung zur Entfernung von Trägermaterial nötig,
- – Aufdampfen kann unter Umgebungsbedingungen erfolgen,
- – Vakuumtechnologie kann eingespart werden,
- – digitale Strukturierung ist möglich.
- – Der Beschichtungsvorgang kann bei Bedarf kontaktlos durchgeführt werden.
- The possibility of using insoluble precursor materials,
- The avoidance of carrier materials such as solvents and waxes, as well as other additives,
- - no wetting problems,
- No dissolving of already existing layers by application of further solvent,
- - no post-treatment necessary to remove carrier material,
- - vapor deposition can take place under ambient conditions,
- - Vacuum technology can be saved
- - digital structuring is possible.
- - The coating process can be performed contactless if necessary.
Die erfindungsgemäß erzeugten Schichten lassen sich mittels Rasterelektronenmikroskop, Weißlichtinterferometer und Röntgenphotoelektronenspektroskopie bzw. über ihre Anwendungseigenschaften, wie z. B. Leitfähigkeit, Widerstand, Impedanz oder Ritzfestigkeit charakterisieren.The layers produced according to the invention can be determined by means of a scanning electron microscope, white light interferometer and X-ray photoelectron spectroscopy or by way of their application properties, such as eg. B. conductivity, resistance, impedance or scratch resistance characterize.
Weitere Erfindungsgegenstände sind die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer kratzfesten Oberflächenbeschichtung und zur Herstellung von elektrisch halbleitenden, leitenden oder isolierenden Schichten von elektronischen Bauelementen, wie Leiterbahnen, Kondensatoren, Isolationsschichten, Transistoren, insbesondere Feldeffektransistoren (FET) oder Dünnfilmtransistoren (TFT) und Dioden. Entsprechende mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältliche elektronische Bauelemente sind ebenfalls Erfindungsgegenstand.Further subjects of the invention are the use of the method according to the invention for producing a scratch-resistant surface coating and for the production of electrically semiconductive, conductive or insulating layers of electronic components, such as printed conductors, capacitors, insulating layers, transistors, in particular field effect transistors (FET) or thin-film transistors (TFT) and diodes. Corresponding electronic components obtainable by means of the method according to the invention are likewise the subject of the invention.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung verdeutlichen. Sie sind jedoch keinesfalls als limitierend zu betrachten. Alle Verbindungen oder Komponenten, die in den Zubereitungen verwendet werden können, sind entweder bekannt und kommerziell erhältlich oder können nach bekannten Methoden synthetisiert werden.The following examples are intended to illustrate the present invention. However, they are by no means to be considered limiting. Any compounds or components that can be used in the formulations are either known and commercially available or can be synthesized by known methods.
Beispiele:Examples:
Beispiel 1: Erzeugung einer halbleitenden Schicht aus ZinkoxidExample 1: Production of a semiconductive layer of zinc oxide
Beispiel 1a: Herstellung des Donorbandes:Example 1a Preparation of the Donor Tape
Der Materialträger besteht aus 50 μm dicker Polyimidfolie vom Typ „Upilex-S”, bezogen von UBE Europe. Dieser wird zu 45 × 200 mm messenden Streifen zugeschnitten und mit einem Reinraumtuch und Isopropanol gereinigt. Anschließend wird der Materialträger im Tiefdruck mit einer Lösung aus 5 Gew.-% Zink-Acetylacetonat hydrate in 2-Methoxyethanol beschichtet. Die Druckparameter sind dabei 40 mm Druckbreite, eine Druckkraft von 50 N und eine Druckgeschwindigkeit von 0,5 m/s. Die Gravurparameter des Druckzylinders sind 60 Linien/cm bei einem Schöpfvolumen von 16 cm3/m2. Nach dem Drucken trocknet die Materialschicht auf dem Materialträger unter Umgebungsbedingungen.The material carrier consists of 50 μm thick polyimide film of the type "Upilex-S", purchased from UBE Europe. This is cut into 45 × 200 mm strips and cleaned with a clean room towel and isopropanol. Subsequently, the material carrier is coated in gravure with a solution of 5 wt .-% zinc acetylacetonate hydrate in 2-methoxyethanol. The printing parameters are 40 mm printing width, a printing force of 50 N and a printing speed of 0.5 m / s. The engraving parameters of the printing cylinder are 60 lines / cm with a scoop volume of 16 cm 3 / m 2 . After printing, the layer of material dries on the substrate under ambient conditions.
Beispiel 1b: Herstellung der ZnO-SchichtExample 1b: Preparation of the ZnO layer
Als Substrat werden vorgefertigte Substrate mit einer Bottom-Gate-Transistorstruktur verwendet. Diese bestehen aus einem leitfähigen Gate aus Silizium, einer darauf thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxidschicht von 90 nm Dicke als Dielektrikum und mehreren, in einem lithografischen Prozess vorgefertigten TFT(Thin Film Transistor)-Kanälen inklusive Source- und Drain-Kontakten aus einer Gold/ITO(Indium-Tin-Oxide)-Doppelschicht (Dicke: 40 nm). Diese Substrate werden in einem Ultraschallbad unter nachfolgender Einwirkung von Aceton, Wasser und Isopropanol gereinigt.As a substrate, prefabricated substrates with a bottom-gate transistor structure are used. These consist of a conductive gate made of silicon, a thermally grown silicon dioxide layer of 90 nm thickness as a dielectric and a plurality of TFT (thin film transistor) channels prefabricated in a lithographic process, including source and drain contacts made of a gold / ITO (indium -Tin-oxides) double layer (thickness: 40 nm). These substrates are cleaned in an ultrasonic bath with subsequent exposure to acetone, water and isopropanol.
Die Abscheidung erfolgt mit einem Thermodruckelement vom Typ EPL1604T2 des Herstellers Matsushita. Dabei werden Materialträger und Substrat in einem gewählten Abstand von 0,5 mm parallel und synchron zueinander in Schritten von 125 μm bewegt. Das Thermodruckelement EPL1604T2 heizt dabei pro Schritt für 100 ms bei einer Versorgungspannung von 7,2 V von der Rückseite des Materialträgers. Dadurch sublimiert das Zink-Acetylacetonat vom Materialträger und schlägt sich auf dem Substrat nieder.The deposition takes place with a thermal printing element of the type EPL1604T2 of the manufacturer Matsushita. In this case, material carrier and substrate are moved in a selected distance of 0.5 mm parallel and synchronously to each other in steps of 125 microns. The thermal printing element EPL1604T2 heats per step for 100 ms at a supply voltage of 7.2 V from the back of the material carrier. As a result, the zinc acetylacetonate sublimes from the material carrier and settles on the substrate.
Die Nachbehandlung der im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schicht erfolgt in einer Trocknungskammer unter einer eisendotierten Quecksilberdampflampe für 5 min bei einem Abstand von 6 cm und einer Intensität von 0,6 W/cm2. Anschließend wird das Substrat zur Verbesserung der Ladungsträgermobilität in einer Glovebox unter Argon-Atmosphäre auf einer Heizplatte bei 325°C für 2 min ausgeheizt.The aftertreatment of the layer applied in the dye sublimation printing takes place in a drying chamber under an iron-doped mercury vapor lamp for 5 minutes at a distance of 6 cm and an intensity of 0.6 W / cm 2 . The substrate is then baked in a glove box under argon atmosphere on a hotplate at 325 ° C. for 2 minutes to improve charge carrier mobility.
Beispiel 1c: Charakterisierung der Schichteigenschaften Example 1c: Characterization of the layer properties
Die elektrische Transportmessung wird mit Hilfe eines Agilent B 1500 A in einer Glovebox unter Argon-Atmosphäre durchgeführt. Die effektive Ladungsträgermobilität μ wird aus der Transferkurve bestimmt unter Verwendung der Relation: The electrical transport measurement is carried out with the aid of an Agilent B 1500 A in a glovebox under argon atmosphere. The effective charge carrier mobility μ is determined from the transfer curve using the relation:
Wobei L die Kanallänge, W die Kanalweite des Transistors sind, COX ist die Kapazität des Dielektrikums, ID der Drainstrom und VG die Gatespannung. Die resultierende effektive Ladungsträgermobilität der Transistoren beträgt 0,05 bis 0,10 cm2/Vs.Where L is the channel length, W is the channel width of the transistor, C OX is the capacitance of the dielectric, I D is the drain current, and V G is the gate voltage. The resulting effective charge carrier mobility of the transistors is 0.05 to 0.10 cm 2 / Vs.
Beispiel 2: Erzeugung einer halbleitenden Schicht aus Indium-Zink-OxidExample 2: Production of a semiconductive layer of indium zinc oxide
Beispiel 2a: Herstellung des Donorbandes mit 2 Lagen vonExample 2a: Preparation of the donor ribbon with 2 layers of
Vorläuferverbindungen:Precursors:
Der Materialträger besteht aus 25 μm dicker Polyimidfolie vom Typ „Kapton HN” des Herstellers DuPont. Dieser wird zu 45 × 200 mm messenden Streifen zugeschnitten und mit einem Reinraumtuch und Isopropanol gereinigt. Anschließend wird der Materialträger mit einem Filmziehrahmen, dessen Spalthöhe 80 μm beträgt mit dem Material in zwei Schritten beschichtet. Zuerst wird eine Schicht aus einer Lösung von 2,3 Gew.-% Zink-Acetylacetonat hydrate in 2-Methoxyethanol auf den Materialträger aufgebracht und unter Umgebungsbedingungen getrocknet. Anschließend wird auf diese erste Schicht eine zweite Schicht aus einer Lösung von 3,5 Gew.-% Indium tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) in 1,2-Dimethoxyethan aufgebracht und unter Umgebungsbedingungen getrocknet.The material carrier consists of 25 μm thick polyimide film of the type "Kapton HN" from the manufacturer DuPont. This is cut into 45 × 200 mm strips and cleaned with a clean room towel and isopropanol. Subsequently, the material carrier is coated with a Filmziehrahmen whose gap height is 80 microns with the material in two steps. First, a layer of a solution of 2.3 wt .-% zinc acetylacetonate hydrate in 2-methoxyethanol is applied to the material carrier and dried under ambient conditions. Subsequently, a second layer of a solution of 3.5% by weight of indium tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) in 1,2-dimethoxyethane is applied to this first layer and dried under ambient conditions ,
Beispiel 2b: Herstellung der IZO-SchichtExample 2b: Production of the IZO Layer
Substrate werden gemäß Beispiel 1 verwendet. Der Thermosublimationsdruck wird wie in Beispiel 1 durchgeführt, die Heizzeit beträgt allerdings 30 ms. Der Druckvorgang wird dreimal durchgeführt, um eine dickere Materialschicht zu erhalten. Die Nachbehandlung erfolgt nach der letzten, im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schichten an Umgebungsatmosphäre für 4 min auf einer 450°C heißen Heizplatte.Substrates are used according to Example 1. The thermal sublimation pressure is carried out as in Example 1, but the heating time is 30 ms. The printing is done three times to obtain a thicker layer of material. The aftertreatment takes place after the last layer applied in the sublimation of the sublimation of ambient atmosphere for 4 min on a hotplate at 450.degree.
Beispiel 2c: Charakterisierung der SchichteigenschaftenExample 2c: Characterization of the layer properties
Die elektrische Transportmessung erfolgt wie in Beispiel 1. Die effektive Ladungsträgermobilität der Transistoren beträgt 0,010 bis 0,015 cm2/Vs.The electrical transport measurement is carried out as in Example 1. The effective charge carrier mobility of the transistors is 0.010 to 0.015 cm 2 / Vs.
Die Zusammensetzung der gedruckten Schicht wurde per Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Die ursprüngliche Zusammensetzung der aufgerakelten Lösungen sollte ein Verhältnis von Zink zu Indium von eins zu 1,5 ergeben. Direkt nach Druck, ohne Nachbehandlung der Schicht, beträgt das Verhältnis Zink zu Indium eins zu 0,4. Nach Nachbehandlung der gedruckten Schicht bei 450°C beträgt das Verhältnis Zink zu Indium eins zu 0,1.The composition of the printed layer was examined by X-ray photoelectron spectroscopy. The original composition of the scavenged solutions should give a zinc to indium ratio of one to 1.5. Immediately after printing, without post-treatment of the layer, the ratio of zinc to indium is one to 0.4. After post-treatment of the printed layer at 450 ° C, the ratio of zinc to indium is one to 0.1.
Beispiel 3: Erzeugung einer halbleitenden Schicht aus Indium-Zink-OxidExample 3: Production of a semiconducting layer of indium zinc oxide
Beispiel 3a: Herstellung des Donorbandes mit vorgemischten VorlauferverbindungenExample 3a Preparation of the Donor Tape with Premixed Precursor Compounds
Der Materialträger besteht aus 25 μm dicker Polyimidfolie vom Typ „Kapton HN” des Herstellers DuPont. Dieser wird zu 45 × 200 mm messenden Streifen zugeschnitten und mit einem Reinraumtuch und Isopropanol gereinigt. Anschließend wird der Materialträger mit einem Filmziehrahmen, dessen Spalthöhe 80 μm beträgt mit einer Materialmischung beschichtet. Diese Materialmischung besteht zu drei Volumenteile aus einer Lösung von 2,3 Gew.-% Zink-Acetylacetonat hydrate und zu zwei Volumenteilen aus einer Lösung von 3,5 Gew.-% Indium-Acetylacetonat, jeweils in Chloroform oder 2-Methoxyethanol gelöst. Nach dem Aufbringen wird die Schicht unter Umgebungsbedingungen getrocknet.The material carrier consists of 25 μm thick polyimide film of the type "Kapton HN" from the manufacturer DuPont. This is cut into 45 × 200 mm strips and cleaned with a clean room towel and isopropanol. Subsequently, the material carrier is coated with a Filmziehrahmen whose gap height is 80 microns with a mixture of materials. This material mixture consists of three volumes of a solution of 2.3 wt .-% zinc acetylacetonate hydrate and two volumes of a solution of 3.5 wt .-% indium acetylacetonate, each dissolved in chloroform or 2-methoxyethanol. After application, the layer is dried under ambient conditions.
Beispiel 3b: Herstellung der IZO-SchichtExample 3b: Preparation of the IZO layer
Substrate werden gemäß Beispiel 1 verwendet. Der Thermosublimationsdruck erfolgt mit einem Thermodruckelement vom Typ KEE-57-12GAN2-STA des Herstellers Kyocera. Dabei werden Materialträger und Substrat in einem gewählten Abstand von 0,25 mm parallel und synchron zueinander in Schritten von 125 μm bewegt. Das Thermodruckelement KEE-57-12GAN2-STA heizt dabei pro Schritt für 25 ms bei einer Versorgungspannung von 24 V von der Rückseite des Materialträgers. Dadurch sublimiert die Vorläuferverbindungsmischung vom Materialträger und schlägt sich auf dem Substrat nieder. Die Nachbehandlung der im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schicht erfolgt an Umgebungsatmosphäre für 4 min auf einer 450°C heißen Heizplatte.Substrates are used according to Example 1. The thermal sublimation printing is carried out with a thermal printing element of the type KEE-57-12GAN2-STA of the manufacturer Kyocera. In this case, material carrier and substrate are moved in a selected distance of 0.25 mm parallel and synchronously to each other in steps of 125 microns. The thermo-printing element KEE-57-12GAN2-STA heats per step for 25 ms at a supply voltage of 24 V from the back of the material carrier. Thereby, the precursor compound mixture sublimes from the material carrier and settles on the substrate. The aftertreatment of the layer applied in the dye sublimation printing takes place in an ambient atmosphere for 4 minutes on a hotplate at 450.degree.
Beispiel 3c: Charakterisierung der Schichteigenschaften Example 3c: Characterization of the layer properties
Die elektrische Transportmessung erfolgt wie in Beispiel 1. Die effektive Ladungsträgermobilität der Transistoren beträgt 0,05 bis 0,35 cm2/Vs.The electrical transport measurement is carried out as in Example 1. The effective charge carrier mobility of the transistors is 0.05 to 0.35 cm 2 / Vs.
Die Zusammensetzung der gedruckten Schicht wurde per Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Die ursprüngliche Zusammensetzung der aufgerakelten Lösungen sollte ein Verhältnis von Zink zu Indium von zwei zu drei ergeben. Direkt nach Druck, ohne Nachbehandlung der Schicht, wie auch nach der Nachbehandlung der gedruckten Schicht bei 450°C beträgt das Verhältnis Zink zu Indium zwei zu drei.The composition of the printed layer was examined by X-ray photoelectron spectroscopy. The original composition of the scavenged solutions should give a zinc to indium ratio of two to three. Directly after printing, without after-treatment of the layer, as well as after the post-treatment of the printed layer at 450 ° C, the ratio of zinc to indium is two to three.
Beispiel 4: Erzeugung einer mehrschichtigen, halbleitenden Schicht aus Indium-Zink-OxidExample 4: Production of a Multilayer, Semiconducting Layer of Indium Zinc Oxide
Das Donorband wird gemäß Beispiel 3 hergestellt. Substrate werden gemäß Beispiel 1 verwendet. Der Thermosublimationsdruck erfolgt gemäß Beispiel 3. Die Nachbehandlung der im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schicht erfolgt an Umgebungsatmosphäre für 4 min auf einer 450°C heißen Heizplatte.The donor ribbon is prepared according to Example 3. Substrates are used according to Example 1. The thermal sublimation printing is carried out according to Example 3. The aftertreatment of the layer applied in the dye sublimation printing takes place in ambient atmosphere for 4 min on a hotplate at 450 ° C.
Der Prozess des Thermosublimationsdrucks und der Nachbehandlung werden dreimal durchgeführt, um eine mehrschichtig aufgebaute Halbleiterschicht herzustellen.The process of the dye sublimation printing and the post-treatment are carried out three times to prepare a multi-layered semiconductor layer.
Die elektrische Transportmessung erfolgt wie in Beispiel 1.
Beispiel 5: Erzeugung von leitenden Strukturen aus Indium-Zinn-OxidExample 5: Production of conductive structures of indium tin oxide
Beispiel 5a: Herstellung des DonorbandesExample 5a: Preparation of the donor ribbon
Der Materialträger besteht aus 25 μm dicker Polyimidfolie vom Typ „Kapton HN” des Herstellers DuPont. Dieser wird zu 45 × 200 mm messenden Streifen zugeschnitten und mit einem Reinraumtuch und Isopropanol gereinigt. Anschließend wird der Materialträger mit einem Filmziehrahmen, dessen Spalthöhe 80 μm beträgt, mit einer Materialmischung beschichtet. Diese Materialmischung besteht aus einer Mischung von 6,13 Gew.-% Indium-Acetylacetonat und 2,93 Gew.-% Zinn(IV)bis(acetylacetonate) dichloride, die jeweils in Chloroform gelöst wurden und dann im Volumenverhältnis 4,42:1 gemischt wurden, damit sich ein molares Verhältnis von Indium:Zinn 90:10 der Mischung einstellt. Nach dem Aufbringen wird die Schicht unter Umgebungsbedingungen getrocknet.The material carrier consists of 25 μm thick polyimide film of the type "Kapton HN" from the manufacturer DuPont. This is cut into 45 × 200 mm strips and cleaned with a clean room towel and isopropanol. Subsequently, the material carrier is coated with a Filmziehrahmen whose gap height is 80 microns, with a mixture of materials. This material mixture consists of a mixture of 6.13% by weight of indium acetylacetonate and 2.93% by weight of tin (IV) bis (acetylacetonate) dichlorides, which were each dissolved in chloroform and then in a volume ratio of 4.42: 1 were mixed to adjust a molar ratio of indium: tin 90:10 of the mixture. After application, the layer is dried under ambient conditions.
Beispiel 5b: Herstellung der ITO-SchichtExample 5b: Preparation of the ITO layer
Als Substrat werden Siliziumwafer mit einer darauf thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxidschicht von 90 nm Dicke verwendet. Diese Substrate werden in einem Ultraschallbad unter nachfolgender Einwirkung von Aceton, Wasser und Isopropanol gereinigt. Anschließend werden durch eine Maske mit Hilfe eines Turbo Sputter Coaters vom Typ 208 HR des Herstellers Cressington Platinelektroden mit einer Dicke von 40 nm aufgebracht. Diese sind paarweise in unterschiedlichen Abständen angeordnet.The substrate used is silicon wafers with a thermally grown silicon dioxide layer of 90 nm thickness. These substrates are cleaned in an ultrasonic bath with subsequent exposure to acetone, water and isopropanol. Subsequently, platinum electrodes with a thickness of 40 nm are applied through a mask with the aid of a turbo sputter coater type 208 HR of the manufacturer Cressington. These are arranged in pairs at different distances.
Der Thermosublimationsdruck erfolgt gemäß Beispiel 3, wobei das Thermodruckelement dabei pro Schritt für 20 ms beheizt wird. Dabei werden zwischen die Platinelektroden Linien von 500 μm Breite gedruckt.The thermal sublimation printing is carried out according to Example 3, wherein the thermal printing element is heated per step for 20 ms. In the process, lines of 500 μm width are printed between the platinum electrodes.
Die Nachbehandlung der im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schicht erfolgt an Umgebungsatmosphäre für 4 min auf einer 450°C heißen Heizplatte.The aftertreatment of the layer applied in the dye sublimation printing takes place in an ambient atmosphere for 4 minutes on a hotplate at 450.degree.
Der Prozess des Thermosublimationsdrucks und der Nachbehandlung werden sechsmal durchgeführt, um eine dicke Leiterbahn mit geringem Widerstand herzustellen. Auch nach einem Prozessdurchlauf ist schon eine elektrische Leitfähigkeit feststellbar.The process of sublimation printing and post-treatment are performed six times to produce a thick, low resistance wiring. Even after a process run, an electrical conductivity is already detectable.
Beispiel 5c: Charakterisierung der Schichteigenschaften Example 5c: Characterization of the layer properties
Die Charakterisierung erfolgt unter Umgebungsbedingungen. Dabei werden jeweils zwei Elektroden eines Paares mit Hilfe von Kontaktnadeln kontaktiert und mit Hilfe eines Agilent 3458A Multimeters der Widerstand zwischen den Elektroden gemessen. Aus dem mit Hilfe eines Sensofar Plμ Neox bestimmtem Leiterquerschnitt und den gemessenen Widerständen kann ein, um den Kontaktwiderstand bereinigter, spezifischer Widerstand ρ des so gedruckten Materials berechnet werden.The characterization takes place under ambient conditions. In each case two electrodes of a pair are contacted by means of contact needles and the resistance between the electrodes is measured with the aid of an Agilent 3458A multimeter. From the conductor cross-section determined by means of a Sensofar Plμ Neox and the measured resistances, a specific resistance ρ of the material thus printed can be calculated, adjusted for the contact resistance.
Dabei gilt: Where:
Wobei RLeiter der gemessene Widerstand, RKontakt der bestimmte Kontaktwiderstand, ALeiter der Querschnitt und LLeiter die Länge des Leiters sind.Where R is the conductor of the measured resistance, R is the contact resistance, A is the conductor of the cross section and L is the conductor length.
Ein nachträgliches Ausheizen des Substrates in Argon-Atmosphäre und erneutes bestimmen des spezifischen Widerstandes liefert einen Wert von 1,5 mΩcm.Subsequent annealing of the substrate in argon atmosphere and redetermination of the resistivity gives a value of 1.5 mΩcm.
Dieser Wert übertrifft die bei
Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Beispiel die Leiterschicht im Thermosublimationsdruck strukturiert aufgetragen und ein nachträgliches Strukturieren durch Beispielsweise Ätzen entfällt.In addition, in the example according to the invention, the conductor layer is applied in a structured manner in the sublimation of the sublimation, and subsequent structuring by, for example, etching is omitted.
Beispiel 6: Herstellung eines Kondensators mittels Thermosublimationsdruck von dielektrischen Schichten aus Hafnium-OxidEXAMPLE 6 Production of a Condenser by Dye Sublimation Printing of Dielectric Layers of Hafnium Oxide
Beispiel 6a: Herstellung des DonorbandesExample 6a: Preparation of the Donor Tape
Der Materialträger besteht aus 25 μm dicker Polyimidfolie vom Typ „Kapton HN” des Herstellers DuPont. Dieser wird zu 45 × 200 mm messenden Streifen zugeschnitten und mit einem Reinraumtuch und Isopropanol gereinigt. Anschließend wird der Materialträger mit einem Filmziehrahmen, dessen Spalthöhe 80 μm beträgt, mit einer Lösung aus 10 Gew.-% Hafnium-Acetylacetonat gelöst in Chloroform beschichtet. Nach dem Aufbringen wird die Schicht unter Umgebungsbedingungen getrocknet.The material carrier consists of 25 μm thick polyimide film of the type "Kapton HN" from the manufacturer DuPont. This is cut into 45 × 200 mm strips and cleaned with a clean room towel and isopropanol. Subsequently, the material carrier is coated with a Filmziehrahmen whose gap height is 80 microns, with a solution of 10 wt .-% hafnium acetylacetonate dissolved in chloroform. After application, the layer is dried under ambient conditions.
Beispiel 6b: Herstellung der Hafnium-Oxid-SchichtExample 6b: Preparation of hafnium oxide layer
Als Substrat wird alkalifreies Quarzglas verwendet. Diese Substrate werden in einem Ultraschallbad unter nachfolgender Einwirkung von Aceton, Wasser und Isopropanol gereinigt. Anschließend werden durch eine Maske mit Hilfe eines Turbo Sputter Coaters vom Typ 208 HR des Herstellers Cressington Platinelektroden mit einer Dicke von 40 nm aufgebracht. Diese Elektroden sind 230 μm breit und 2 mm lang. Der Thermosublimationsdruck erfolgt gemäß Beispiel 3, wobei das Thermodruckelement dabei pro Schritt für 20 ms beheizt wird. Dabei werden über die Platinelektroden Rechtecke von 1 × 1 mm2 gedruckt. Die Nachbehandlung der im Thermosublimationsdruck aufgebrachten Schicht erfolgt an Umgebungsatmosphäre für 4 min auf einer 450°C heißen Heizplatte.The substrate used is alkali-free quartz glass. These substrates are cleaned in an ultrasonic bath with subsequent exposure to acetone, water and isopropanol. Subsequently, platinum electrodes with a thickness of 40 nm are applied through a mask with the aid of a turbo sputter coater type 208 HR of the manufacturer Cressington. These electrodes are 230 μm wide and 2 mm long. The thermal sublimation printing is carried out according to Example 3, wherein the thermal printing element is heated per step for 20 ms. In this case, rectangles of 1 × 1 mm 2 are printed on the platinum electrodes. The aftertreatment of the layer applied in the dye sublimation printing takes place in an ambient atmosphere for 4 minutes on a hotplate at 450.degree.
Der Prozess des Thermosublimationsdrucks und der Nachbehandlung werden fünfmal durchgeführt.The process of sublimation printing and post-treatment are carried out five times.
Beispiel 6c: Herstellung des KondensatorsExample 6c: Preparation of the capacitor
Anschließend wird eine zweite Platinelektrode gleicher Abmessung um 90° gedreht über der Ersten aufgebracht. Dadurch wird ein Kondensator aus zwei Platinelektroden und einem dazwischen liegenden Dielektrikum aus Hafnium-Oxid mit einer Fläche von 230 × 230 μm2 erzeugt.
Beispiel 6d: Charakterisierung des KondensatorsExample 6d: Characterization of the capacitor
Die Charakterisierung erfolgt in einer Glovebox unter Argon-Atmosphäre. Darin werden die Substrate vor der Charakterisierung für mindestens zwei Tage gelagert. Es werden beide Elektroden außerhalb des Kondensatorbereichs mit Hilfe von Kontaktnadeln kontaktiert. Mit Hilfe eines Solartron ModuLab Materials Test System wird eine Impedanzspektroskopie durchgeführt und mittels der Gerätesoftware anhand eines Ersatzschaltbildes aus Kondensator und parallelem Widerstand die Kapazität des Kondensators bestimmt. Zusätzlich wird mit einem Sensofar Plμ Neox die Dicke der dielektrischen Schicht gemessen. Abschließend kann mittels der Kondensatorgleichung
Zusätzlich wurden elektrische Durchschlagsmessungen mit Hilfe eines Agilent B 1500 A durchgeführt. Dabei trat ein Kurzschluss der beiden Elektroden erst bei Spannungen um 65 V auf.In addition, electrical breakdown measurements were performed using an Agilent B 1500A. In this case, a short circuit of the two electrodes occurred only at voltages of 65 V.
Verzeichnis der FigurenList of figures
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- Bornemann; J. Imaging Sci. Technol. 55(4): 040201-1-8, 2011 [0005] Bornemann; J. Imaging Sci. Technol. 55 (4): 040201-1-8, 2011 [0005]
- H. Tomonaga und T. Morimoto in Thin Solid Films 392 (2001) Seite 243–248 [0068] H. Tomonaga and T. Morimoto in Thin Solid Films 392 (2001) pp. 243-248 [0068]
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-
2014
- 2014-03-17 DE DE102014003599.9A patent/DE102014003599A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (3)
Title |
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H. Tomonaga und T. Morimoto in Thin Solid Films 392 (2001) Seite 243-248 |
McCulloch; Chem. Mater. 17 (2005) 1381-1385 |
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