[发明专利]在基材上形成功能材料图案的方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及在基材上形成功能材料图案的方法，更具体地涉及使用具有浮雕表面的弹性压模在基材施用了功能材料的敞开区域形成图案的方法。

2.相关技术说明

几乎所有的电子器件和光学器件都要求进行图案化。长期以来，微电子器件是通过光刻法形成所需图案进行制备的。根据这种光刻技术，将导体、绝缘体或半导体材料的薄膜沉积在一基材上，在材料的露出的表面上涂覆负性光刻胶或正性光刻胶。然后，光刻胶以预定的图案被辐照，从表面洗去被辐照或未被辐照的光刻胶部分，在表面上形成预定图案的光刻胶。为形成导体金属材料的图案，然后对未被预定光刻胶图案覆盖的金属材料进行蚀刻或去除。然后去除该光刻胶图案，获得金属材料的图案。但是，光刻法是一种复杂的多步骤方法，对印刷塑料电子件而言成本太高。

微接触印刷是一种形成图案化材料的柔性、非平版的方法。微接触印刷因为能在用于电子元件组装的塑料电子件上形成相对高分辨率的图案，因此相对于常规光刻技术具有显著的进步。微接触印刷的特征是能够将微米尺寸的图案提供在基材表面的高分辨率的技术。微接触印刷还比光刻系统更为经济，因为微接触印刷的过程相对简单，不需要旋涂设备或清洁室环境。此外，微接触印刷可能有助于进行卷至卷(reel-to-reel)的电子元件组装操作，该操作的生产率大于其他技术，如光刻和电子束平版印刷(这是在要求几十纳米级分辨率情况时常规使用的技术)。使用微接触印刷，可以在卷至卷的组装操作中由单压模印刷多个图像。

微接触印刷技术是替代光刻法制造微电子器件如射频标签(RFID)、传感器、以及存储器和背板显示器的可能的方法。还发现可以通过微接触印刷将形成分子物质的自组装的单层(SAM)转移到基材的能力应用于金属的图案化无电沉积。SAM印刷能够形成高分辨率图案，但是一般仅限于以硫醇化学形成金或银的金属图案。虽然有各种变体，但是在SAM印刷中可以将弹性压模上的正性浮雕图案涂墨于基材之上。弹性压模上的浮雕图案通常是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成，可以用硫醇材料对该图案进行涂墨。典型的硫醇材料是链烷硫醇材料。基材上涂覆(blanket coat)金或银的金属薄膜，然后将涂覆金的基材与压模接触。压模的浮雕图案与金属薄膜接触后，将具有所需微线路图案的单层硫醇材料转移到金属薄膜上。链烷硫醇通过自组装过程在金属上形成有序的单层，自组装导致SAM紧密填充，并很好粘附于金属。因此，在随后将上墨的基材浸在金属蚀刻溶液中时，SAM作为抗蚀刻剂，所有区域除了SAM保护的金属区域都蚀刻至下层基材。然后剥除SAM，将金属留在所需图案中。

将材料转移至基材，特别是发光器件的方法由Coe-Sullivan等在WO2006/047215中公开。该方法包括将材料选择性沉积在压模施加器(applicator)表面上，并使该表面与基材接触。压模施加器可以具有表面纹理，即具有凸起和凹陷的图案的表面，或者是无特征的，即没有凸起或凹陷。材料是纳米材料油墨，其包含半导体纳米晶体。将该材料直接接触印刷在基材上的方式取消了与印刷SAM相关的步骤，该步骤中要从基材蚀刻或去除未形成所需微线路图案的过量材料。

可以实现将硫醇材料或其他材料(如在WO 2006/047215中所述的那些材料)的SAM直接微接触印刷在具有高密度特征的微电子器件和元件中。但是，对具有精细分辨的功能材料的线条图案且所述线条被没有功能材料的相对较大的无特征区域分隔的器件和元件进行微接触印刷可能存在问题。压模可能在特征密度较低或特征之间的间隔较大的那些特征之间的区域下垂。压模的浮雕表面的下垂是这样一种现象，即浮雕结构的凹陷区域的最下表面塌陷或者向该浮雕表面的凸起区域的最上表面下垂。下垂也称作压模顶部塌陷。浮雕表面的下垂可能导致凹陷区域至不应有材料的印刷材料之处。凹陷区域下垂与材料充分接触，能将材料转移至基材上并非要形成线条图案的部分的不希望的区域中。压模的凹陷区域的下垂在向压模施加压力时可能甚至更加严重。施加在压模上的压力有时是必需的，以实现将材料图案转移到基材。如果转移的材料较大，材料可能与功能材料的一个或多个图案线条接触，这可能破坏元件的使用。导电图案的微接触印刷，特别是使用SAM层的微接触印刷时，压模转移材料至背景(background)区域的下垂可能导致缩短器件或元件的使用。