[发明专利]基于牺牲层的电极材料转移方法

说明书

本发明公开了一种基于牺牲层的电极材料转移方法，主要解决电极材料转移中容易出现裂纹，成功率低的问题，其实现方案是：1)在清洗后的亲水性源衬底上采用电子束蒸发的方法制备具有疏水性质的牺牲层，再旋涂聚酰亚胺液体并进行热固化；2)用细胶带贴住样片的四周边缘区域在处理后的样片上制备电极，再进行光刻胶的旋涂，并完成烘胶；3)将烘胶后的样片泡在水中，再施以稍许应力，使牺牲层与源衬底迅速实现亲水性分离，随后采用腐蚀剂腐蚀牺牲层；4)用丙酮除去释放后薄膜上的光刻胶，再将薄膜粘附到目的衬底上，转移结束。本发明具有操作简单，成功率高，衬片可重复利用的优点，可用于对延展性较差的电极材料的转移工作。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及电极材料的转移方法，可用于柔性器件的制备。

技术背景

长时间以来，电子器件的发展都是以提高器件的集成度以及运行速度为目标，由此开发出一系列的工艺流程。一个共同的特点是，这些器件及集成电路都是基于传统的刚性电路板，其对电子器件起到了强有力的支撑和保护作用，但由于其平面化以及变形能力差，限制了电子器件在多种其他领域的广泛应用。比如：现代医学需要将电子器件与人体部分器官实现共形接触，实现数据观测的实时传输；仿生学中需要集成电子器件实现人体部分器官的功能，这些应用都无法在传统的硬质衬底上完成。为了克服传统硬质衬底的缺陷，柔性电子器件应运而生。柔性技术能够将微纳尺度的电路以及器件与柔性基底联系起来，实现可弯曲，可拉伸，可延展等传统工艺无法实现的功能。这种无可替代的优越性使得柔性技术成为近年来的研究热点。

由于常规的工艺体系当中往往涉及高温，远远超出了柔性衬底的耐受温度，转移技术是实现柔性的一个必备的工艺步骤。对于电极材料而言，直接沉积在柔性衬底上容易产生裂痕，导致其无法实现良好的导电功能，转移的重要性更加突出。John A Rogers等人采用聚二甲硅氧烷PDMS这种具有粘附性的柔性材料，通过将其与目标转移材料相接触的方式直接从源衬底上将薄膜转移到PDMS上，进而将转移部分与目的衬底接触，缓缓释放PDMS完成转移，参见Andrew Carlson，Audrey M.Bowen，Yonggang Huang etc.TransferPrinting Techniques for Materials Assembly and Micro/NanodeviceFabrication.Adv.Mater.2012,24,5286-5288这种方案对于延展性较好的材料比如金，铂较为适用，但对于延展性较差的材料来说，其在从源衬底剥离的过程当中会直接产生裂痕；Wei Deng等人采取铜薄膜作为牺牲层的方案，同时用电子束光刻胶聚甲基丙烯酸甲酯PMMA对转移的薄膜进行保护，参见Wei Deng,Xiujuan Zhang,Huanhuan Pan etc.A High-yieldTwo-step Transfer Printing Method for Large-scale Fabrication of OrganicSingle-crystal Devices on Arbitrary Substrates.Scientific Reports,2014,45358，由于转移部分直接沉积在牺牲层铜上，铜被腐蚀的过程中就会影响转移层的薄膜质量，且转移下来的部分过薄且无其他支撑，使得后续转移到目的衬底的操作极为不便；SangHoon Chae1等人采用Al作为牺牲层，并旋涂聚酰亚胺溶液形成聚酰亚胺薄膜PI充当支撑层，参见Sang Hoon Chae,Woo Jong Yu etc Transferred wrinkled Al₂O₃for highlystretchable and transparent graphene–carbon nanotube transistors.2012,13,403-409，但由于器件层过薄，牺牲层被腐蚀后，在没有有效的支撑情况下会直接影响转移效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的电极转移技术的不足，提出一种基于牺牲层的电极材料转移方法，以利用源衬底与牺牲层间的亲水性差异，凭借有效的支撑，极大地提高电极转移效率。