[发明专利]可延展柔性集成器件转印技术测试表征和转印自动化平台

说明书

本发明公开了一种可延展柔性集成器件转印技术测试表征和转印自动化平台，包含通用系统和专用系统两大部分，其中通用系统包括位移与对准系统、监测系统和控制系统，专用系统包括印章和驱动系统；其中，位移与对准系统用来实现印章‑元件‑基底的对准；监测系统包括力学和光学监测系统，力学监测系统用于监测测试或转印过程中印章与元件间作用力；光学监测系统用于实时观测测试或转印过程；驱动系统用于向印章施加载荷以调控印章与元件之间的粘附作用；控制系统用于控制位移与对准系统、监测系统及驱动系统。该平台可完成转印印章粘附测试表征实验，兼具自动化转印功能。

技术领域

本发明涉及一种可延展柔性集成器件转移印刷技术测试表征系统和转印自动化平台，用于新型转印方法的开发、测试表征、优化和应用。

背景技术

可延展柔性集成器件技术是将有机或无机光/电子器件经过特殊力学结构设计后制作在柔性基底上，从而实现可延展柔性化的新兴光/电子集成器件技术。与传统的光/电子集成器件相比，可延展柔性集成器件以柔性基底代替传统的刚性基底，从而克服了传统电子器件固有的硬、脆等局限，能够承受拉伸、弯曲、扭转等各种复杂变形，在显示、能源、医疗健康、人机交互等领域具有广泛的应用前景，成为了学术界和工业界关注的焦点。由于柔性基底往往不能承受传统微纳加工工艺的加工环境(如高温条件、物理化学腐蚀等)，因此元件无法在柔性基底上直接生长和加工。为实现元件与柔性基底的集成，研究者发展了转移印刷技术(Transfer Printing)，将元件从其生长基底(或称施主基底，Donor)上拾取，然后印制到柔性基底(或受主基底，Receiver)上，来完成可延展柔性集成器件的制备。

转移印刷过程包括两个重要的步骤，即拾取(Pick-up)和印制(Printing)。拾取过程中，使用高聚物印章与制备在传统刚性基底(施主基底，如硅片，蓝宝石等)上的元件接触，依靠印章与元件之间的粘附力,把元件从施主基底上拾取起来；印制过程中，带元件的印章与高分子柔性衬底(受主基底)接触后，调节印章与元件的粘附使得印章/元件粘附小于印章/受主基底粘附，从而将元件印刷在受主基底上。转印的本质问题是如何调控印章/元件界面黏附的强弱转化。

根据界面调控黏附机理的不同，目前主要有以下几种转印技术。

1)动态可控转印技术。动态可控转印技术利用高聚物印章与元件界面粘附力的率相关特性，高速拾取，低速印刷。动态可控转印操作简单，但通过速度能调控的黏附范围有限，当元件与施主基底粘附较强时无法拾取，当元件与受主基底粘附较弱时无法印刷。

2)载荷增强转印技术。载荷增强转印技术使用表面具有矩形柱(Post)的印章，通过对印章施加剪切载荷来降低印刷时印章与元件间的粘附力，从而实现印刷。载荷增强转印技术需要对印章施加剪应变进行粘附力调控，这增加了转印过程的复杂性；此外，要达到较好的转印效果需要对印章施加较大的剪应变，这会造成元件的侧向滑动从而影响印刷时的元件的位置控制精度。

3)激光驱动转印技术。激光驱动转印技术采用脉冲激光加热印章/元件界面，依靠印章与元件之间的热失配脱粘，从而实现非接触的印刷。由于脱粘需要的界面温升较高(通常需要300度以上)，该技术会对印章和元件造成损坏。

现有的转印技术存在各自的缺陷，难以满足工业化应用的需求，因此，亟需开发新型的低成本、高效率、大规模、可编程、适用范围广的转移印刷方法，以推动可延展柔性集成器件的工业化应用进程。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可延展柔性集成器件转印技术测试表征和转印自动化平台，用于新型转印方法的开发、测试表征、优化和应用。

本发明目的在于搭建可延展柔性集成器件转移印刷技术测试表征系统，通过力学与光学的监测，测试表征新型转印技术的性能，研究其内在机理以指导转印方法的优化；进一步地，在测试表征系统的基础上搭建自动转印平台，集成新开发的转印技术，实现自动化转印，完成高性能光电子集成器件的制备，推进转印技术的工业化实现。