一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法技术

一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，本发明专利技术涉及一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法。本发明专利技术的目的是要解决现有在柔性疏水基衬底上旋涂水基溶液时，难实现良好的图案化刻蚀的问题，本发明专利技术在清洗后的基底上旋涂聚酰亚胺，固化后再旋涂光刻胶，烘干后得到光刻胶层；使用紫外光刻机曝光将光刻胶层图案化，烘干后获得带有预设图案光刻胶层的基底；在带有预设图案化光刻胶层的基底上旋涂法沉积PEDOT:PSS薄膜，浸泡在有机溶剂中，超声清洗，氮气吹干即完成。本发明专利技术应用于有机薄膜电极加工刻蚀及应用研究领域。极加工刻蚀及应用研究领域。极加工刻蚀及应用研究领域。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法


[0001]本专利技术涉及一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭、石油等传统能源快速消耗，为防止出现资源紧张的局面，新能源的利用，如太阳能电池等成为重要绿色产业。其中可作为电池阳极的新型透明电极PEDOT:PSS薄膜及该薄膜的图案化刻蚀处理是电池的深层次开发及薄膜的广泛应用的技术基础。另外，当前民用显示技术的发展对可穿戴器件、柔性显示等技术提出了更高的要求，亟需新型柔性电极及对柔性衬底上电极的图案化刻蚀技术。柔性衬底多为有机高聚物，疏水性较强，新型透明电极PEDOT:PSS通过水基溶液旋涂后烘干获得，在柔性衬底上粘附性较差。全衬底型的透明电极是初步应用，可图案化刻蚀技术是柔性电控器件的发展基础。
[0003]有机薄膜刻蚀技术应用较多的是直写技术、光刻工艺结合反应离子刻蚀、电子束曝光技术等。其中直写技术应用广泛，包涵激光直写、电子束扫描直写刻蚀、离子束直写刻蚀等技术。一般多应用于小尺度刻蚀，刻蚀周期较长、成本及产能考虑更适用于科学研究。电子束曝光刻蚀技术需要对线条进行单独曝光，与直写技术同样存在制作周期长、成本高，产业化困难的问题。
[0004]反应离子刻蚀工艺在科研工作中是对PEDOT:PSS薄膜刻蚀较为成熟的技术，需要结合光刻掩膜曝光工艺制作一层牺牲层或保护层。可刻蚀衬底尺寸相对较大但是对于有机衬底如聚酰亚胺层上的PEDOT:PSS电极需要单独设计牺牲层及设计每层反应气体种类及流量，且存在有机柔性衬底被过刻蚀的风险。大面积刻蚀技术还有纳米压印刻蚀技术，其精度受限于模板精度且需要结合反应离子刻蚀技术。喷墨打印技术也可用于制作图案化透明电极，其精度依赖于喷墨打印机的微打印头尺寸，精度一般低于100μm。
[0005]柔性疏水基衬底如聚酰亚胺上旋涂水基溶液时由于衬底疏水性较强，PEDOT:PSS溶液附着性差，因此更难实现良好的图案化刻蚀。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是要解决现有在柔性疏水基衬底上旋涂水基溶液时，难实现良好的图案化刻蚀的问题，提供一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法。
[0007]本专利技术一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，是按以下步骤完成的：一、在清洁后的基底上旋涂聚酰亚胺，烘干后得到亚胺化的衬底；
[0008]二、在亚胺化的衬底上旋涂光刻胶、烘干，重复涂胶、烘干步骤操作，得到光刻胶层；旋涂时匀胶机的转速为1000rpm
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3000rpm，旋涂时间为30s
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60s；
[0009]三、使用紫外光刻机对光刻胶进行掩膜曝光，烘干后显影获得带有预设图案光刻
胶层的衬底；
[0010]四、在带有预设图案的光刻胶层上使用匀胶机旋涂PEDOT:PSS水溶液，加热烘干，烘干的温度为50℃
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70℃，时间为60s
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180s；然后置于有机溶剂中浸泡并振荡，超声清洗，氮气吹干后进行烘干固定处理，将聚酰亚胺衬底从基底上剥离，即得到聚酰亚胺衬底上图案化的有机薄膜PEDOT:PSS电极。
[0011]本专利技术的优点：(1)本专利技术采用传统的经典紫外曝光刻蚀工艺，成熟稳定，刻蚀精度取决于掩模版及光刻机精度，可达到微米量级。
[0012](2)本专利技术在光滑疏水的聚酰亚胺基底上旋涂光刻胶光刻后再旋涂水基的PEDOT:PSS溶液，光刻后光刻胶形成的微图案增大了溶液的附着度，无需对聚酰亚胺基底进行特殊处理即实现了在疏水性聚酰亚胺上PEDOT:PSS薄膜的旋涂。传统工艺中疏水性基底上的薄膜旋涂需要对基底进行特定的亲水处理且后续PEDOT:PSS薄膜刻蚀工艺也不成熟，本专利技术同时解决了这两个问题。
[0013](3)在已经图案化的光刻胶层上旋涂PEDOT:PSS溶液后改进PEDOT:PSS薄膜的加热固化步骤及参数，一方面微结构的存在会增加附着性，另一方面加热后增加了膜的稳定性，加热温度及时间很重要，因为如果温度不够或者时间太短，会导致过度脱落，如果温度高或者时间长，会导致薄膜完全一体，振荡及超声无法图案化脱离,改良后的工艺增加了PEDOT:PSS薄膜的附着稳定性，同时控制刻蚀结构处的薄膜与需清除部分的薄膜在振荡及超声时快速分离，实现了PEDOT:PSS薄膜的剥离刻蚀(Lift
‑
off)工艺。
[0014](4)本专利技术中光刻工艺适用于少量、批量柔性疏水基底上PEDOT:PSS透明电极的刻蚀，成本低，产业化前景广阔。
[0015](5)本专利技术采用紫外光刻技术一次曝光即可实现柔性基底电极刻蚀，时间短，适用于批量快速生产。
[0016](6)新型透明电极PEDOT:PSS薄膜在柔性基底如聚酰亚胺上的刻蚀工艺为水基溶液旋涂成膜后在柔性基底上的图案化及深层次、广泛应用提供了技术基础，为柔性显示及可穿戴设备的设计制作提供了重要的工业基础。
附图说明
[0017]图1、实施例1中在柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS电极的流程示意图；1、石英基底；2、聚酰亚胺薄膜；3、光刻胶；4、掩膜版；5、紫外曝光；6、PEDOT:PSS薄膜；
[0018]图2、实施例1中台阶仪测量柔性疏水基衬底上三次低转速旋涂获得光刻胶的厚度图；
[0019]图3、实施例1中柔性疏水基衬底上图案化的PEDOT:PSS薄膜光学显微图片，刻蚀精度为20μm；
[0020]图4、对比实施例1中用台阶仪测量光刻胶的厚度图；
[0021]图5、对比实施例1中柔性疏水基衬底上PEDOT:PSS薄膜光学显微图片；
[0022]图6、对比实施例2中旋涂PEDOT:PSS溶液经过常规加热固化步骤后的柔性疏水基衬底上PEDOT:PSS薄膜光学显微图片。
具体实施方式
[0023]具体实施方式一：本实施方式一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，是按以下步骤完成的：一、在清洁后的基底上旋涂聚酰亚胺，烘干后得到亚胺化的衬底；
[0024]二、在亚胺化的衬底上旋涂光刻胶、烘干，重复涂胶、烘干步骤操作，得到光刻胶层；旋涂时匀胶机的转速为1000rpm
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3000rpm，旋涂时间为30s
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60s；
[0025]三、使用紫外光刻机对光刻胶进行掩膜曝光，烘干后显影获得带有预设图案光刻胶层的衬底；
[0026]四、在带有预设图案的光刻胶层上使用匀胶机旋涂PEDOT:PSS水溶液，加热烘干，烘干的温度为50℃
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70℃，时间为60s
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180s；然后置于有机溶剂中浸泡并振荡，超声清洗，氮气吹干后进行烘干固定处理，将聚酰亚胺衬底从基底上剥离，即得到聚酰亚胺衬底上图案化的有机薄膜PEDOT:PSS电极。
[0027]具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、在清洁后的基底上旋涂聚酰亚胺溶液，烘干后得到亚胺化的衬底；二、在亚胺化的衬底上旋涂光刻胶、烘干，重复涂胶、烘干步骤操作，得到光刻胶层；旋涂光刻胶时匀胶机的转速为1000rpm
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3000rpm，旋涂时间为30s
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60s；三、使用紫外光刻机对光刻胶进行掩膜曝光，烘干后显影获得带有预设图案光刻胶层的衬底；四、在带有预设图案的光刻胶层上使用匀胶机旋涂PEDOT:PSS水溶液，加热烘干，烘干的温度为50℃
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70℃，时间为60s
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180s；然后置于有机溶剂中浸泡并振荡，超声清洗，氮气吹干后进行烘干固定处理，将聚酰亚胺衬底从基底上剥离，即得到聚酰亚胺衬底上图案化的有机薄膜PEDOT:PSS电极。2.根据权利要求1所述的一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于步骤一旋涂聚酰亚胺溶液时匀胶机转速为1000rpm
‑
5000rpm，旋涂时间为30s
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60s。3.根据权利要求1所述的一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于步骤一中聚酰亚胺溶液的固含量为20％，粘度为5000
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6000cP。4.根据权利要求1所述的一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于步骤一中的烘干为热台100℃烘干10min，再250℃烘干30min。5.根据权利要求1所述的一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于步骤二光刻胶为通用正胶Lift off光刻胶。6.根据权利要求1所述的一种柔性疏水基衬底上图案化刻蚀PEDOT:PSS透明电极的紫外光刻方法，其特征在于步骤二中的烘干是100℃加热9...

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩，李帅，谭鹏，孟祥达，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：