一种平面内嵌电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种平面内嵌电极的制备方法，适用于电极制备领域，其特征在于通过以下步骤完成：衬底的清洗；衬底的修饰；在修饰过的衬底上光刻电极图案；蒸镀金属电极；金属电极的表面修饰；光刻胶的剥离；旋涂PDMS和PDMS的固化；电极从衬底上转移等步骤。其实现了在室温下操作，避免辐射、溶液对有机半导体的损伤和污染；精确度高，可以制备复杂图案；制备出的电极结构是平面内嵌电极。

【技术实现步骤摘要】
一种平面内嵌电极的制备方法
本专利技术涉及一种平面内嵌电极的制备方法，属于电极制备领域。
技术介绍
自从有机半导体问世以来，基于有机半导体材料的场效应晶体管备受人们关注。有机场效应晶体管一般由源漏电极，栅极，绝缘层，有机半导体等组成。所以在有机场效应晶体管的制备中，源漏电极的制备是重要的一环。而有机半导体与源漏电极的接触质量对器件的阈值电压，迁移率有重要的影响（physicastatussolidi(a)2004,201,1302-1331）。有机半导体与源漏电极的接触质量除了与电极材料的选择有关外，还与具体的电极制备工艺和电极结构有关。因此，电极的制备对改善有机场效应晶体管的性能有重要的影响。传统的电极制备方法有光刻法，电子束刻蚀和真空掩膜沉积等。然而这三种电极制备的方法，各自存在很大的缺点。对光刻法来说，光刻胶、去胶液和显影液都对一些有机半导体有一定的损伤和污染（Chemicalreviews2011,111,3358-3406；ChemicalSocietyreviews2010,39,2643-2666），影响器件的性能；而电子束刻蚀需要精密昂贵的仪器，制备图案的范围小，同时与光刻法一样去胶液和显影液也对有机半导体有一定的损伤和污染，并且高能电子束对有机半导体有强烈的辐射损伤（AdvancedMaterials2006,18,65-68），致使有机半导体丧失电学性能，导致器件性能较差或者失去性能；而真空掩膜沉积的方法，一方面制备的电极尺寸较大，线条精度不够，并且图形的形状比较受限，不能制备复杂的图形。另一方面在电极的沉积过程中，热辐射会对有机半导体造成一定损伤（AdvancedMaterials2008，20，2947-2951；AdvancedMaterials2008，20，1511-1515），从而影响器件性能。因此，传统的方法中的溶液和辐射对有机半导体有损伤，影响器件的性能。为了克服传统电极制备方法所带来的缺点，胡文平研究小组使用“贴金膜”的方法来制备电极（AdvancedMaterials2008，20，1511-1515；AppliedPhysicsLetters2008，92，083309；AdvancedMaterials2008，20，2947-2951；AppliedPhysicsLetters2009，94，203304），该方法优点是可以在常温常压下操作，避免了有机半导体与溶液的接触以及辐射对有机半导体的损伤。但是这种方法只适合做单一器件，不适合做复杂的电路，集成度不高。随着印刷技术的发展，也可以采用印刷技术来制备电极，如微接触印刷和纳米转移印刷制备电极（ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica2002,99,10252-10256；AppliedPhysicsLetters1993，63，2002-2004；AppliedPhysicsLetters,2002,81,562），这两种方法把印刷过程和沉积过程分离开，使有机半导体不受其它的化学和物理过程影响，避免了溶液、高能电子束对半导体的损伤，同时也可以做出复杂的电极图案。可见，随着电极制备工艺的改进，人们逐步解决了电极制备工艺过程中溶液和辐射等对有机半导体的影响以及电极图案集成度不高的问题。但无论是传统的电极制备方法，“贴金膜”方法还是微接触印刷和纳米转移印刷，它们制备出的电极结构如图1所示，电极1直接凸出在绝缘层，玻璃，硅等衬底2上，因此电极1和绝缘层之间呈现台阶状结构。如图2所示，当有机半导体转移到这种结构电极1上时，两个电极之间的有机半导体并不是全部与绝缘层形成完美贴合，在电极附近的有机半导体由于这种电极台阶状结构而形成拱形，拱形区域内的有机半导体并没有与绝缘层贴合，并且很容易在拱形区域形成缺陷，同时也造成有机半导体3与电极1接触质量的下降。因此，有机半导体很难在这种电极结构上同时与电极和绝缘层实现完美的接触和贴合，而导致这种电极结构的器件，其性能受接触影响比较大。而J.J.Lee研究组用纳米压印制备出了如图3所示的内嵌电极结构（MicroelectronicEngineering2011，88,1606-1609），这种电极的高度必须低于印章图案的深度，所以同样也存在有机半导体3与电极1和绝缘层完美接触和贴合的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种平面内嵌电极的制备方法，其保证在室温下操作，避免了辐射、溶液对有机半导体的损伤和污染；精确度高，可以制备复杂图案；制备出的电极结构是平面内嵌电极，即电极与绝缘层在同一平面,保证有机半导体与电极和绝缘层完美接触和贴合。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种平面内嵌电极的制备方法，其特征在于：利用光刻的方法在衬底上光刻电极图案，之后蒸镀金属电极，得到图案化的金属电极，然后在带有电极的衬底上旋涂聚二甲基硅氧烷PDMS，经过聚二甲基硅氧烷PDMS固化后，将电极和聚二甲基硅氧烷PDMS一起从衬底上转移下来；具体的步骤如下：1）硅衬底的清洗：将切好的5mm*10mm硅片放入丙酮内超声15分钟，取出用氮气吹干，然后放入烘箱内烘烤5min，温度为100摄氏度;烘干之后放入铬酸洗液浸泡20分钟，取出用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；2）硅衬底的OTS修饰：（1）硅片表面羟基化：配制食人鱼洗液，食人鱼洗液的配置是浓硫酸与过氧化氢溶液的体积比为7:3，然后将硅片放入食人鱼洗液30min，取出硅片用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；（2）羟基化后的硅片表面OTS（十八烷基三氯硅烷）修饰：配制以正庚烷为溶剂的OTS溶液，最佳浓度为0.075%—0.1%，然后将羟基化后的硅片放入其中14个小时后取出；用三氯甲烷浸泡5分钟，之后超声10分钟，之后用氮气吹干，放入烘箱内烘烤5min，温度在70到100摄氏度，以便除去吸附在衬底表面的三氯甲烷，最终成功的在硅表面修饰了一层OTS，来降低衬底的表面能，而这个修饰后表面能的大小直接和十八烷基三氯硅烷OTS的浓度、反应时间和环境温度有关，可以根据需要改变以上参数来降低衬底的表面能，利于后续的光刻电极图案以及聚二甲基硅氧烷PDMS和电极从硅衬底上转移下来；3）在修饰过的衬底上光刻电极图案：（1）旋涂光刻胶：我们选用光刻胶为AZ5214E，因为AZ5214E光刻胶的粘度比较大，能够在一定条件下旋涂在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上以及很容易剥离；旋涂光刻胶条件为4000转/min，旋涂时间为40秒，首先在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上滴满光刻胶，需要等待90s-180s再旋涂，否则旋涂不上光刻胶；（2）前烘：前烘温度为100摄氏度，时间为1分钟；（3）曝光:曝光时间为30秒；（4）显影:显影液为AZ400K，用去离子水稀释，AZ400K与去离子水的体积比为1:4，显影时间为180s；（5）定影:去离子水定影30s；4）蒸镀金属电极：用镀膜机蒸镀25nm的金膜；5）金属电极的表面MPT（巯丙基三甲氧基硅烷）修饰:将蒸镀好的样品进行巯丙基三甲氧基硅烷MPT修饰，以便聚二甲基硅氧烷PDMS与金之间有很好的链接，利于金电极从硅衬底上转移下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面内嵌电极的制备方法，其特征在于：利用光刻的方法在衬底上光刻电极图案，之后蒸镀金属电极，得到图案化的金属电极，然后在带有电极的衬底上旋涂聚二甲基硅氧烷PDMS，经过聚二甲基硅氧烷PDMS固化后，将电极和聚二甲基硅氧烷PDMS一起从衬底上转移下来；具体的步骤如下：1）硅衬底的清洗：将切好的5mm*10mm硅片放入丙酮内超声15分钟，取出用氮气吹干，然后放入烘箱内烘烤5min，温度为100摄氏度;?烘干之后放入铬酸洗液浸泡20分钟，取出用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；2）??硅衬底的OTS修饰：（1）硅片表面羟基化：配制食人鱼洗液，食人鱼洗液的配置是浓硫酸与过氧化氢溶液的体积比为7:3，然后将硅片放入食人鱼洗液30min，取出硅片用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；（2）羟基化后的硅片表面十八烷基三氯硅烷OTS修饰：配制以正庚烷为溶剂的OTS溶液，最佳浓度为0.075%—0.1%，然后将羟基化后的硅片放入其中14个小时后取出；用三氯甲烷浸泡5分钟，之后超声10分钟，之后用氮气吹干，放入烘箱内烘烤5min，温度在70到100摄氏度，以便除去吸附在衬底表面的三氯甲烷，最终成功的在硅表面修饰了一层OTS，来降低衬底的表面能，而这个修饰后表面能的大小直接和十八烷基三氯硅烷OTS的浓度、反应时间和环境温度有关，可以根据需要改变以上参数来降低衬底的表面能，利于后续的光刻电极图案以及聚二甲基硅氧烷PDMS和电极从硅衬底上转移下来；3）??在修饰过的衬底上光刻电极图案：（1）???旋涂光刻胶：我们选用光刻胶为AZ5214E，因为AZ5214E光刻胶的粘度比较大，能够在一定条件下旋涂在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上以及很容易剥离；旋涂光刻胶条件为4000转/min，旋涂时间为40秒，首先在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上滴满光刻胶，需要等待90s?180s再旋涂，否则旋涂不上光刻胶；（2）???前烘：前烘温度为100摄氏度，时间为1分钟；（3）???曝光:?曝光时间为30秒；（4）???显影:?显影液为AZ400K，用去离子水稀释，AZ400K与去离子水的体积比为1:4，显影时间为180s；（5）???定影:去离子水定影30s；4）??蒸镀金属电极：用镀膜机蒸镀25nm的金膜；5）??金属电极的表面MPT（巯丙基三甲氧基硅烷）修饰:?将蒸镀好的样品进行巯丙基三甲氧基硅烷MPT修饰，以便聚二甲基硅氧烷PDMS与金之间有很好的链接，利于金电极从硅衬底上转移下来，最佳条件是在0.01MPa真空条件下放入30μl?40μl巯丙基三甲氧基硅烷MPT反应20分钟；6）??光刻胶的剥离：用N?甲基吡咯烷酮进行去胶，用烘台加热N?甲基吡咯烷酮，温度为100摄氏度，待温度稳定后将样品放入N?甲基吡咯烷酮溶液中，等待30秒，用注射器进行喷射辅助去胶，然后将样品从溶液中取出用异丙醇冲洗，最后用氮气吹干；7）??旋涂聚二甲基硅氧烷PDMS和聚二甲基硅氧烷PDMS的固化：（1）旋涂聚二甲基硅氧烷PDMS：聚二甲基硅氧烷PDMS与固化剂的体积配比为10：1，然后将两者搅拌10分钟左右，静置1个半小时或者也可以放入真空中进行抽真空，目的是去除聚二甲基硅氧烷PDMS中的气泡，旋涂条件为2000转/min，时间为1分钟，聚二甲基硅氧烷PMDS的厚度大概200μm，厚度可以根据需要由转速和将聚二甲基硅氧烷PDMS进行稀释来调节；（2）聚二甲基硅氧烷PDMS固化：将旋涂好的样品放入烘箱中烘烤12小时，温度为70摄氏度；8）电极从衬底上转移：用双面胶把带有电极的样品固定在载玻片上，用很薄的刀片将样品边缘的聚二甲基硅氧烷PDMS划开，然后将25μm的聚对苯二甲酸乙二酯PET薄膜沿着一端慢慢的放下，最后利用聚对苯二甲酸乙二酯PET与聚二甲基硅氧烷PDMS的粘性把电极从衬底上转移下来，最终得到电极与聚二甲基硅氧烷PDMS处在同一平面的内嵌电极。...

【技术特征摘要】
1.一种平面内嵌电极的制备方法，其特征在于：利用光刻的方法在衬底上光刻电极图案，之后蒸镀金属电极，得到图案化的金属电极，然后在带有电极的衬底上旋涂聚二甲基硅氧烷PDMS，经过聚二甲基硅氧烷PDMS固化后，将电极和聚二甲基硅氧烷PDMS一起从衬底上转移下来；具体的步骤如下：1）硅衬底的清洗：将切好的5mm*10mm硅片放入丙酮内超声15分钟，取出用氮气吹干，然后放入烘箱内烘烤5min，温度为100摄氏度;烘干之后放入铬酸洗液浸泡20分钟，取出用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；2）硅衬底的OTS修饰：（1）硅片表面羟基化：配制食人鱼洗液，食人鱼洗液的配置是浓硫酸与过氧化氢溶液的体积比为7:3，然后将硅片放入食人鱼洗液30min，取出硅片用去离子水冲洗数遍，最后用氮气吹干；（2）羟基化后的硅片表面十八烷基三氯硅烷OTS修饰：配制以正庚烷为溶剂的OTS溶液，最佳浓度为0.075%—0.1%，然后将羟基化后的硅片放入其中14个小时后取出；用三氯甲烷浸泡5分钟，之后超声10分钟，之后用氮气吹干，放入烘箱内烘烤5min，温度在70到100摄氏度，以便除去吸附在衬底表面的三氯甲烷，最终成功的在硅表面修饰了一层OTS，来降低衬底的表面能，而这个修饰后表面能的大小直接和十八烷基三氯硅烷OTS的浓度、反应时间和环境温度有关，利于后续的光刻电极图案以及聚二甲基硅氧烷PDMS和电极从硅衬底上转移下来；3）在修饰过的衬底上光刻电极图案：（1）旋涂光刻胶：我们选用光刻胶为AZ5214E，因为AZ5214E光刻胶的粘度比较大，能够在一定条件下旋涂在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上以及很容易剥离；旋涂光刻胶条件为4000转/min，旋涂时间为40秒，首先在十八烷基三氯硅烷OTS修饰过的衬底上滴满光刻胶，需要等待90s-180s再旋涂，否则旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤庆鑫，童艳红，闵秋冰，赵晓丽，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：