ПЕЧАТНОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H01L51/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в основном, к структурированной подложке для электронного устройства и к электронным устройствам, группам электронных устройств, полевым транзисторам и группам транзисторов, включающим в себя отформованную подложку. Изобретение также относится к устройству с логической схемой, отображающему, запоминающему или определяющему устройству, включающему в себя структурированную подложку. Изобретение также относится к способу формирования структуры подложки для электронного устройства.

Уровень техники изобретения

Производство групп устройств с высокой плотностью, например групп транзисторов, на данный момент представляет собой интерес в области микроэлектроники. Это особенно актуально для устройств с логической схемой, отображающих, запоминающих или определяющих устройств. В частности, группы органических, пластмассовых или полимерных устройств, например полимерных полевых транзисторов, таких как тонкопленочные транзисторы (ТТ), представляют собой интерес отчасти из-за желания уменьшить стоимость и снизить сложность производства электронной схемы и желания производить схемы, имеющие гибкие подложки.

Технологии прямой печати, например нанесение капель путем струйной печати, может быть пригодным для гибких и негибких схем. Тем не менее, в обоих случаях остается потребность в технологии, которая обеспечивает преимущества, такие как улучшенная производительность, в частности, в сочетании, среди прочего, с короткой длиной устройств для высокой скорости работы устройства и/или увеличенной плотностью групп устройств.

Некоторые технологии высокого разрешения были разработаны с увеличением количества электронных наноматериалов. Это обусловлено возрастающей потребностью в технологиях формирования структур такого масштаба, которые позволят определять электронные свойства таких материалов, как углеродные нанотрубки, графен, нанопроводники или органические полупроводники с обычным масштабом в направлении длины, равным 100 нм. Такие технологии, как электронно-лучевая литография или ноноимпринтинг, могут использоваться для определения подходящей электродной структуры для этих областей применения. Тем не менее, при том что данные технологии могут подходить при некоторых обстоятельствах для формирования структуры на плоских жестких подложках, таких как кремниевые пластины, они хуже подходят, среди прочего, для неплоских растягивающихся и/или гибких подложек и для достижения преимуществ приведенного выше примера.

В свете вышеперечисленного все еще существует потребность в области микроэлектронных устройств в предоставлении печатных подложек высокого разрешения для устройств и групп устройств с, например, улучшенной производительностью формирования структуры.

Для помощи в понимании данного изобретения последующее раскрытие ссылается на:

- Avouris, P.; Chen, Z.; Perebeinos, V. Nat. Nanotechnol. 2007, 2 (10), 605-615.

- Kanungo, M.; Lu, H.; Malliaras, G.G.; Blanchet, G.B. Science 2009, 323 (5911), 234-237.

- Xia, Y. N.; Yang, P.D.; Sun, Y.G.; Wu, Y.Y.; Mayers, B.; Gates, B.; Yin, Y.D.; Kim, F.; Yan, Y.Q. Adv. Mater. 2003, 15 (5), 353-389.

- Li, X.L.; Wang, X. R.; Zhang, L.; Lee, S. W.; Dai, H. J. Science 2008, 319 (5867), 1229-1232.

- Bolotin, K.I.; Sikes, K.J.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H.L. Solid State Commun. 2008, 146 (9-10), 351-355.

- Cui, Y.; Wei, Q.Q.; Park H.K.; Lieber, C.M. Science 2001, 293 (5533), 1289-1292.

- Duan, X.F.; Huang, Y.; Cui, Y.; Wang, J. F.; Lieber C.M. Nature 2001, 409 (68160), 66-69.

- Nitzan, A.; Ratner, M.A. Science 2003, 300 (5624), 1384-1389.

- Forrest, S.R. Nature 2004, 428 (6986), 911-918.

- Kern D.P.; Houzego, P.J.; Coane, P.J.; Chang, T.H.P.J. Vac. Sci. Technol., B 1983, 1 (4), 1096-1100.

- Guo, L.J. Adv. Mater. 2007, 19 (4), 495-513.

- Sirringhaus, H.; SeIe, C.W.; von Werne, T.; Ramsdale, C. Organic Electronics, Materials, Manufacturing and Applications; WILEY-VCH; 2006, 294-322.

- Wang, J.Z.; Zheng, Z.H.; Li, H.W.; Huck, W.T.S.; Sirringhaus, H. Nat. Mater. 2004, 3 (3), 171-176.

- Sele, C.W.; von Werne, T.; Friend, R.H.; Sirringhaus, H. Adv. Mater. 2005, 17 (8), 997-1001.

- Creagh, L.T.; Mcdonald, M. MRS Bulletin 2003, 28 (11), 807-811.

- Murata, K.; Matsumoto, J.; Tezuka, A.; Matsuba, Y.; Yokoyama, H. Microsyst. Tech. 2005, 12 (1), 2-7.

- Park, J.U.; Hardy, M.; Kang, S.J.; Barton, K.; Adair, K.; Mukhopadhyay, D.K.; Lee, C.Y.; Strano, M.S; Alleyne, A.G.; Georgiadis, J.G.; Ferreira, P.M.; Rogers, J.A. Nat. Mater. 2007, 6 (10), 782-789.

- Sekitani, T.; Noguchi, Y.; Zschieschang, U.; Klauk, H.; Someya, T. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105 (13), 4976-4980.

- Zhao, N.; Chiesa, M.; Sirringhaus, H.; Li, Y.; Wu, Y.; Ong, B.J. Appl. Phys. 2007, 101 (6), 064513.

- Noh, Y.Y.; Zhao, N.; Caironi, M.; Sirringhaus, H. Nat. Nanotechnol. 2007, 2 (12), 784-789.

- Campbell, I.H.; Kress, J.D.; Martin, R. L.; Smith, D.L; Barashkov, N.N.; Ferraris, J.P., Appl. Phys. Lett. 1997, 71 (24), 3528-3530.

- Noh, Y.Y.; Sirringhaus, H Org. Electron. 2009, 10 (1), 174-180.

- Richards, T.J.; Sirringhaus, H.J. Appl. Phys. 2007, 102 (9), 094510.

- Bϋrgi, L.; Richards, T. J.; Friend, R.H.; Sirringhaus, H.J. Appl. Phys. 2003, 94 (9), 6129-6137.

- Международная патентная заявка WO 03/056641, Plastic Logic Limited, Cambridge University Technical Services Limited, July 10, 2003, родственный патент США US7407849, Sirringhaus et al., Self-Aligned Printing, August 5, 2008 и родственная европейская патентная публикация EP1459397, Plastic Logic Limited, Cambridge University Technical Services Limited, September 22, 2004, similarly JP2005513818 and CN1618136;

- патентная заявка США US2009/159886 A1, Street;

- патентная заявка Великобритании GB2447509 A, Seiko;

- европейская патентная заявка EP1898478 A1, Ricoh;

- европейская патентная заявка EP1745521 A1, Plastic Logic;

- международная патентная заявка WO 2006/076606 A2, Cabot Corp;

- Paper "InkJet printing of polymer thin film transistors", Kawase et al, Thin Solid Films, 438-439, pp. 279-287 (2003).

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом данного изобретения предоставляется структурированная подложка для электронного устройства, включающая в себя: первую часть, имеющую край; вторую часть, включающую в себя вытянутое множество печатных капель и имеющую край, расположенный рядом и по существу совмещенный с указанным краем первой части; и интервал между указанным краем первой части и указанным краем второй части, при этом указанное вытянутое множество печатных капель расположено под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю первой части.

Предпочтительно, вытянутое множество печатных капель по существу перпендикулярно указанному краю первой части. Также предпочтительно, чтобы ширина вытянутого множества печатных капель была по существу равна ширине, например диаметру, одной указанной печатной капли. (Ссылки на ширину капли в данном описании могут относится к диаметру практически сферической капли).

Вариант осуществления включает в себя указанную первую часть и включает в себя указанное вытянутое множество печатных капель в форме Т. Преимущество такого варианта осуществления заключается в предоставлении самосовмещенного однокапельного межэлектродного зазора от печатных электродов в форме Т.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой по меньшей мере одна из указанной первой части и указанной второй части включает в себя электрод.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанный интервал содержит по меньшей мере полупроводник.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанный интервал содержит по меньшей мере диэлектрик.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой ширина указанного края второй части меньше чем приблизительно 200 мкм.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой ширина указанного вытянутого множества печатных капель равна или меньше чем приблизительно 250 мкм и, предпочтительно, равна или меньше чем приблизительно 80 мкм.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой ширина указанного вытянутого множества печатных капель по существу равна диаметру одной указанной печатной капли.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанный интервал имеет длину, равную или меньшую чем приблизительно 2 мкм.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой отношение ширины указанного вытянутого множества печатных капель к длине указанного интервала больше или равно чем приблизительно 100.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанная вторая часть включает в себя краевой участок, прилегающий к указанному краю второй части, причем указанный краевой участок имеет кривизну B, а указанный край второй части имеет длину S, где B меньше чем приблизительно 2/S.

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанная вторая часть включает в себя краевой участок, имеющий кривизну B и прилегающий к указанному краю второй части, при этом касательная к указанному краевому участку создает угол приблизительно α с краем второй части, где указанный угол α и кривизна B удовлетворяют равенству:

Может быть также предоставлена структурированная подложка, в которой указанная первая часть и указанное вытянутое множество печатных капель расположены в форме Т или в форме L, предпочтительно в форме Т.

Вариант осуществления предоставляет электронное устройство, включающее в себя структурированную подложку.

Вариант осуществления предоставляет указанное выше электронное устройство, где указанное электронное устройство является полевым транзистором.

Вариант осуществления предоставляет группу устройств, включающую в себя множество электронных устройств.

В соответствии со следующим аспектом данного изобретения предоставляется полевой транзистор, включающий в себя электрод истока, электрод стока, электрод затвора, полупроводниковую область, электрически расположенную между электродом истока и электродом стока, и диэлектрическую область, электрически расположенную между полупроводниковой областью и электродом затвора, где первый указанный электрод имеет край; а другой из указанных электродов включает в себя вытянутое множество печатных капель, имеющее край, расположенный рядом и по существу совмещенный с указанным первым электродом, при этом указанное вытянутое множество капель находится под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю указанного первого электрода.

Аналогично первому аспекту в полевом транзисторе следующего аспекта вытянутое множество капель может быть по существу перпендикулярно к указанному краю указанного первого электрода, и/или ширина вытянутого множества печатных капель может быть по существу равна ширине, например диаметру, одной указанной печатной капли. Предпочтительно, существует также интервал между указанными электродами.

Вариант осуществления предоставляет группу транзисторов, включающую в себя множество указанных выше полевых транзисторов.

В соответствии с еще одним следующим аспектом данного изобретения предоставляется способ формирования структуры подложки для электронного устройства, включающий в себя: нанесение вытянутого множества капель жидкости рядом с краем первой части на подложку для формирования по меньшей мере участка второй части, при этом первая часть, жидкость и подложка являются такими, чтобы жидкость отталкивалась первой частью для формирования края указанной второй части, по существу совмещенного с указанным краем первой части; и указанное вытянутое множество капель находится под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю первой части. Нанесение вытянутого множества капель может быть реализовано в виде печати.

Опять же аналогично вытянутое множество капель может быть по существу перпендикулярным указанному краю первой части, и/или нанесение указанного вытянутого множества капель может включать в себя нанесение указанных капель таким образом, чтобы ширина указанного вытянутого множества капель была по существу равна ширине, например диаметру, одной указанной печатной капли. Предпочтительно также существует интервал между указанными электродами.

Может быть также включен способ, в котором при указанном нанесении указанное вытянутое множество капель наносится частично на указанную первую часть.

Может быть также включен способ, в котором при указанном нанесении указанное вытянутое множество капель наносится на область указанной подложки, которая не контактирует с указанной первой частью.

Может быть также включен способ, в котором указанная жидкость включает в себя раствор, причем способ также включает в себя выпаривание указанного раствора из указанного нанесенного вытянутого множества капель.

Может быть также включен способ, в котором точка кипения указанного раствора выбирается таким образом, чтобы выпаривание происходило при приблизительно 25°С в течение периода времени, равного по меньшей мере приблизительно 1 минуте.

Может быть также включен способ, также включающий в себя нанесение множества капель жидкости для формирования указанной первой части.

Может быть также включен способ, также включающий в себя нанесение на указанную первую часть слоя для отталкивания указанной жидкости указанного вытянутого множества капель до указанного нанесения указанного вытянутого множества капель. Слой может являться самоорганизованным монослоем.

Вариант осуществления предоставляет электронное устройство, сформированное в соответствии с указанным выше способом.

Вариант осуществления предоставляет группу устройств, включающую множество указанных выше электронных устройств.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предоставляется полевой транзистор, включающий в себя электрод истока, электрод стока, электрод затвора, полупроводниковую область, электрически расположенную между электродом истока и электродом стока, и диэлектрическую область, электрически расположенную между полупроводниковой областью и электродом затвора, где указанный электрод истока и указанный электрод стока сформированы в соответствии с указанным выше способом.

Вариант осуществления предоставляет группу транзисторов, включающую в себя множество указанных выше полевых транзисторов.

Вариант осуществления предоставляет устройство с логической схемой, отображающее, запоминающее или определяющее устройство, включающее в себя структурированную подложку в соответствии с тем, что описано выше, электронное устройство в соответствии с тем, что описано выше, группу устройств в соответствии с тем, что описано выше, полевой транзистор в соответствии с тем, что описано выше, или группу транзисторов в соответствии с тем, что описано выше.

Следующие аспекты могут быть предоставлены как способы, соответствующие указанным выше аспектам структурированной подложки, устройства или группы, и, наоборот, как структурированной подложки, устройства и группы устройств, соответствующие указанным выше аспектам способа.

Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах приложенной формулы изобретения.

Подложки, используемые в способах по изобретению, могут являться любой традиционной подложкой, используемой в изготовлении электронных устройств. Типичные примеры подложек включают в себя пластмассы (например, полиэтилентерефталат или полиэтиленнафталин), металлы, кварц, стекло и Si/SiO₂. Подложка может также иметь покрытие. Предпочтительными подложками являются стекло и Si/SiO₂.

Предпочтительно, вытянутое множество печатных капель может включать в себя две или более капель. Предпочтительно, оно является по существу прямой линией (например, прямой линией) капель. (В некоторых вариантах осуществления линия может быть немного изогнута). Капли можно последовательно нанести при помощи печати. Капли могут соединяться, так что вытянутое множество капель является непрерывной линией из капель, причем линия, предпочтительно, имеет ширину одной капли.

В дополнение ко второй части, включающей в себя нанесенные капли, может быть также напечатана первая часть, например, на том же этапе нанесения капель, что и вторая часть. Как вариант, первая часть может быть получена при помощи любой другой технологии, например выпаривания.

Каждая или обе первая и вторая части могут быть присоединены или составлять единое целое со следующими печатными частями, такими как любое число ветвей, протянутых к другим элементам, таким как контакты или устройства, расположенные в различных направлениях относительно края первой части.

Вытянутое множество капель и край первой части, в общем, можно определить как непараллельные. Более конкретно, угол между вышеуказанными элементами может быть равен 5-90 градусам или, более конкретно, от приблизительно 45 градусов до приблизительно 90 градусов, и может отсчитываться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, т.е. +/- относительно края первой части. Предпочтительно, угол находится в интервале от 10 до 90 градусов, более предпочтительно, от 30 до 90 градусов, еще более предпочтительно, от 50 до 90 градусов.

Определение угла может быть относительно простым в случае, когда вытянутое множество печатных капель является по существу прямой линией. Когда вытянутое множество печатных капель соответствует более изогнутой линии, прямая линия, которая наиболее соответствует, например, полученная в результате линеаризации методом наименьших квадратов, изогнутой печатной линии, может определить указанный выше угол относительно края первой части. Тем не менее, как в случае по существу прямой линии, так и в случае более изогнутой линии по меньшей мере прямая линия между центрами двух (или, предпочтительно, большего количества, например пяти или десяти) соседних капель, ближайших к краю первой части, находится, предпочтительно, под указанным выше углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов.

Далее, в связи с этим, вытянутое множество печатных капель, предпочтительно по существу перпендикулярно (например, перпендикулярно) краю первой части. (Опять же, это применимо к наиболее подходящей линии или к указанной выше линии двух/пяти/десяти соседних капель, как и для приведенного выше угла). Например, первая часть и вытянутое множество печатных капель могут быть расположены в форме Т, или в форме L, или даже в форме креста (+), если печать второй части будет непрерывна от одной стороны первой части к другой.

В общем, край первой части может являться по меньшей мере участком стороны первой части, которая длиннее края второй части и/или ширины вытянутого множества печатных капель. Кроме того, сторона, включающая в себя край первой части, может проходить между двумя соседними вершинами периметра первой части. Таким образом, край первой части может являться участком, т.е. крайним участком, не полностью проходящим между такими вершинами, или участком непрерывного изогнутого края, полностью определяющего границы первой части. Указанный выше угол от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов относительно границы первого края может быть обеспечен, даже когда край первой части является не полностью прямым или по существу прямым, таким образом, что угол отсчитывается относительно линии, полученной линеаризацией методом наименьших квадратов более изогнутого края первой части.

В предпочтительных структурированных подложках, например, когда подложка предоставляется в электронное устройство, по меньшей мере одна из первой и второй частей может являться или включать в себя электрод, который может быть выполнен для переноса сигналов тока/напряжения. Таким образом, предпочтительно, первая и/или вторая части включают в себя металл, например золото, серебро или медь, особенно предпочтительно золото или серебро. Первая и/или вторая части могут включать в себя металл, например, в качестве добавки в жидкие чернила и/или распределенный в виде наночастиц или комплексов металла в жидких чернилах. (Кроме того, или как вариант, первая и/или вторая части могут включать в себя полимер). Подходящие чернила могут являться чернилами на основе металла с температурой спекания менее 150°С. Они могут являться чернилами на основе комплексов, например чернилами на основе комплексов серебра TEC-IJ-010. Использование металлических электродов, например золота или серебра, может уменьшить сопротивление линии и/или контактное сопротивление в варианте осуществления.

Интервал может включать в себя воздушный зазор и/или может вмещать в себя такой материал, как полупроводник или диэлектрик. Полупроводник может применяться в случае, когда интервал формирует канал исток-сток полевого транзистора (ПТ). Диэлектрик может использоваться, когда интервал формирует изоляцию затвора ПТ или диэлектрик между электродами/пластинами емкостного элемента.

Ширина края второй части может быть меньше чем приблизительно 200 мкм и, предпочтительно, меньше чем приблизительно 50 мкм. Это может быть меньше ширины вытянутого множества печатных капель, например меньше диаметра одной капли, когда вытянутое множество капель имеет ширину одной капли. Это можно увидеть на примере края второй части, имеющего длину S на Фиг.1(с). Ширина вытянутого множества печатных капель может быть равна или меньше чем приблизительно 250 мкм и, предпочтительно, равна или меньше чем приблизительно 80 мкм с соответственно более короткой длиной края второй части, например, равной приблизительно 70 мкм или меньше. В связи с этим ширина вытянутого множества печатных капель может быть преимущественно практически равной ширине одной указанной капли, например, от приблизительно 30 до приблизительно 80 мкм, предпочтительно, приблизительно 60 мкм. Ввиду вышесказанного, край второй части может быть, преимущественно, короче ширины канала, например ПТ, имеющего параллельные электроды истока и стока. (В связи с этим следует отметить, что ширина вытянутого множества капель в данном описании может относиться к максимальной ширине вытянутого множества капель или общей ширине капли(ель) непосредственно рядом с интервалом).

Интервал может иметь длину L (например, наиболее короткое расстояние между краями первой и второй частей), равную или меньше чем приблизительно 2 мкм, более предпочтительно, от приблизительно 200 нм до приблизительно 500 нм. Предпочтительно, отношение ширины W вытянутого множества печатных капель к длине интервала может быть больше или равно приблизительно 100. Это может быть достигнуто, например, при длине интервала L~200 нм и длине края второй части W~20 мкм. Как вариант, это может быть достигнуто, например, при длине интервала L~300 нм и длине края второй части W~30 мкм. Максимальное отношение может быть равно, например, 200 или 300.

В связи с этим преимущество может дать уменьшение длины интервала L и длины (W, т.е., ширины W вытянутого множества печатных капель, соответствующего приведенному выше, например, диаметра печатной капли) края второй части по существу пропорционально, в частности, по сравнению с устройством, достигающим желаемой проводимости интервала (канала) путем большей ширины электрода/канала (например, ПТ, имеющего параллельные электроды истока и стока, которые определяют ширину канала ПТ в направлении, поперечном направлению прохождения тока в канале). В частности, и применимо для случая интервала как канала ПТ и первой и второй частей как электродов истока и стока ПТ, длина L, предпочтительно, уменьшается пропорционально ширине печатного электрода таким образом, чтобы отношение W/L оставалось неизменным путем уменьшения ширины печатного электрода относительно ширины канала ПТ. Таким образом, желаемая проводимость интервала (канала) может быть обеспечена, так как проводимость может быть по существу пропорциональна отношению W/L.

Печатная сущность вытянутого множества капель, расположенного рядом с первой частью, может привести к особенностям, которые могут являться отличительными свойствами использованного варианта осуществления способа по данному изобретению. Например, как изображено на Фиг.1, вторая часть может включать в себя краевой участок, расположенный непосредственно рядом или непрерывно продолжающий указанный край второй части, причем указанный краевой участок имеет кривизну B, и указанный край второй части имеет длину S, где B меньше чем приблизительно 2/S. (Кривизна B может определяться стандартным выражением, таким как 1/R, где R является радиусом кривизны). В дополнение или как вариант, вторая часть может включать в себя краевой участок, имеющий кривизну B, расположенный рядом с указанным краем второй части, и касательная к указанному краевому участку составляет угол приблизительно α с краем второй части, где указанный угол α и кривизна B удовлетворяют равенству:

.

Любое сочетание одной или более указанных выше возможных особенностей и преимуществ структурированной подложки может быть предоставлено в электронном устройстве, например ПТ, включающем в себя описанную выше структурированную подложку, в частности, когда множество таких электронных устройств предоставляется в группе.

Такое сочетание одной или более возможных особенностей и преимуществ может быть также обнаружено в ПТ, например, когда первая и вторая части соответствуют первому и другим электродам ПТ.

Далее относительно ПТ, вытянутое множество капель может быть по существу перпендикулярно указанному краю указанного первого электрода. Более того, ширина указанного вытянутого множества печатных капель может быть по существу равна ширине, например диаметру одной указанной печатной капли. ПТ является особенно преимущественным, когда желательна группа транзисторов. Что касается всех групп транзисторов и групп устройств, которые упоминаются в данном описании, группа, предпочтительно, включает в себя множество ПТ варианта осуществления изобретения в качестве транзисторов или устройств из группы, причем транзисторы или устройства, предпочтительно, предоставляются на одной подложке, например пластиковой подложке, или кремниевом кристалле, или пластине, и, предпочтительно, производятся с той же последовательностью этапов обработки.

В способе формирования структуры подложки для электронного устройства жидкость нанесенного (например, путем печати) вытянутого множества капель, предпочтительно, является проводящими чернилами, например чернилами на основе металла (например, золота, серебра, меди). Это могут быть чернила на основе металлических наночастиц или чернила на основе комплексов металла, например чернила на основе комплексов серебра, например TEC-IJ-010, которые могут подойти для органических слоев. (Такие чернила могут быть также использованы для печати первой и/или второй частей описанной выше структурированной подложки и любого указанного электрода устройства, включающего в себя структурированную подложку). Предпочтительно, нанесенное множество капель наносится частично или полностью на подложку. Таким образом, нанесенные капли могут перекрывать первую часть или наноситься очень близко, но не контактируя с первой частью. В последнем случае ближайшая к первой части капля может распределиться на подложке для приближения к первой части, причем отражение, тем не менее, предотвращает контакт между каплей и первой частью для формирования узкого интервала.

Аналогично описанным выше вариантам осуществления вытянутое множество капель может быть по существу перпендикулярно краю первой части. Более того, нанесение вытянутого множества капель может включать в себя нанесение указанных капель таким образом, чтобы ширина указанного вытянутого множества капель была по существу равна ширине, например диаметру, одной указанной печатной капли, опять же аналогично описанным выше аспектам. Кроме того, любое сочетание одной или более возможных особенностей и преимуществ структурированной подложки, описанной выше, может быть предоставлено в структурированной подложке, сформированной с помощью способа по изобретению, например, когда первая и вторая части структурированной подложки соответствуют первой и второй частям из способа.

Более конкретно относительно способа по данному изобретению, жидкость может включать в себя раствор, так что способ может также включать в себя выпаривание раствора из нанесенного вытянутого множества капель. Преимущественно, точка кипения указанного раствора является такой, что выпаривание происходит при комнатной температуре, например, порядка 25 градусов С, в течение периода, равного от по меньшей мере приблизительно 5 минут до по меньшей мере приблизительно 7 минут, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1 минуты.

Первая часть может быть сформирована множеством капель жидкости. Таким образом, как вытянутое множество, так и первая часть могут быть напечатаны, предпочтительно, на одном этапе изготовления. Безотносительно того, каким образом производится первая часть, тем не менее, способ может также включать в себя нанесение на первую часть слоя для отражения указанной жидкости указанного вытянутого множества капель до указанного нанесения указанного вытянутого множества капель. Такой слой может являться самоорганизованным монослоем, например, 1H,1H,2H,2H-перфтор-1-декантиол (PFDT).

Любое сочетание одной или более особенностей или преимуществ способа по данному изобретению может быть предоставлено в электронном устройстве, например, в котором первая и вторая части из способа являются электродами истока и стока ПТ, изготовленного по способу, и, в частности, когда множество таких устройств предоставляется в группу устройств.

Любой из указанных выше аспектов может быть применен для органических, пластмассовых или полимерных электронных устройств и групп, например полимерных тонкопленочных транзисторов (ТТ) и их групп. Например, указанные выше аспекты могут быть использованы для предоставления структурированной подложки или любого указанного выше устройства или группы, сформированной на негибкой или гибкой подложке. Электронные устройства могут включать в себя проводящие полимеры, пластмассы или маленькие молекулы. В этом случае первая и вторая части из способа могут являться по меньшей мере некоторыми электродами, составляющими устройство. Такие части могут быть металлическими, например, нанесенными в виде чернил на основе металла, описанных здесь, чтобы увеличить проводимость.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения и пояснения того, как оно может быть реализовано, будут сделаны ссылки в качестве примера на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1(а) и (b) изображают СЭМ-изображения золотых электродов «в форме Т» самосовмещенной печати (SAP, см. подробное описание), где второй контакт напечатан под углом 90 градусов относительно первого контакта, а ширина канала определяется одной каплей. Естественная скругленная форма капли адаптируется к краю первого электрода и деформируется в прямую линию вдоль края первого контакта, как изображено на Фиг.1(а). В этой области создается суб-микрометровый электрически изолирующий зазор; это увеличено на Фиг.1(b), где можно увидеть чистый зазор, равный ≈200 нм (обозначено как 226 нм на Фиг.1(b)).

Фиг.1(с) является схематическим чертежом формы двух электродов вблизи контакта одной капли и включает в себя выражение sinα=S/2r;

Фиг.2 (а)-(h) изображают изображения, полученные оптическим микроскопом, иллюстрирующие полное высушивание линии, которая демонстрирует перекрытие первой структуры после t=60 c (а). Для t≤240 c изменения практически не наблюдаются (b), в то время как для t≥300 с вместе с изменением цвета чернил в связи с частичным испарением растворов контактная линия сжимается и завершает процесс высушивания после 340 с (с-g). После спекания второй линии (h) SAP электроды надежно сформированы;

Фиг.3 изображает измерение производительности группы 6x12 однокапельных SAP золотых электродов. Ток утечки в воздухе при приложенном напряжении в 20 В на суб-микрометровые зазоры нанесен на график для каждого устройства. Только 4 устройства из 72 демонстрируют утечку более 1 пА, и нет коротких замыканий;

Фиг.4 изображает измерения сопротивления линии чернил на основе комплексов Ag (TEC-IJ-010) длиной ≈700 мкм, напечатанной на PMMA после спекания при 130°С в окружающем воздухе. После 2- 3 минут достигается сопротивление только в несколько 10^-8 Ом. Стандартная линия, напечатанная (длина ~700 мкм; изображенная шкала соответствует длине 500 мкм) с 30 мкм соплом при 1 кГц и спекаемая в течение 5 минут, изображена во вкладке;

Фиг.5(а) изображает полученное оптическим микроскопом изображение готового и функционального транзистора, где золотые SAP контакты истока и стока имеют конфигурацию в форме Т и можно увидеть серебряный контакт затвора.

Фиг.5(b) изображает схематический чертеж в поперечном разрезе структуры устройства с верхним затвором, где сверху SAP золотых электродов F8T2 полимерный полупроводник и C-PMMA диэлектрические слои затвора наносятся путем центрифугирования. На верху перекрещенного диэлектрика печатается и спекается серебряная линия затвора.

Фиг.5(с) и 5(d), соответственно, изображают передающую (с) и выходную (d) характеристики устройства, изображенного на Фиг.5(а) с L ≈200 нм и толщиной диэлектрика затвора ≈50 нм. Полное насыщение наблюдается при таких малых напряжениях, как несколько вольт и отношении ON/OFF 10³-10⁴. OFF ток в интервале пА ограничен токами утечки затвора, а не даже более низким током утечки между SAP электродами (100 фА), как измерено на Фиг.3;

Фиг.6 изображает полученное оптическим микроскопом изображение, отображающее тот же контакт с Фиг.2 для 60 с ≤t≤240 c.

Фиг.7 изображает изображение (передачу), полученное оптическим микроскопом, отображающее часть одной из изготовленных групп 6x12 SAP контактов, где можно увидеть 6 рядов и 11 колонок.

Фиг.8 изображает типичную ВАХ утечек SAP контактов в форме Т;

Фиг.9 изображает СЭМ изображения SAP каналов, представляющих локальные дефекты, где некоторые наночастицы остаются в канале в связи с (а) захватом высушиваемой линии внутри канала или с (b) локальной нестабильностью первой линии. В обоих случаях дефекты возникают, скорее всего, из-за недостатков/примесей на подложке; и

Фиг.10 изображает измерение производительности группы 6x12 однокапельных SAP золотых электродов. Все 72 устройства имеют ток утечки меньше 2 пА при 10 В.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Технология самосовмещенной печати (SAP) делает возможным разрешение в 100 нм в восходящем процессе, преимущественно без требования предварительного формирования структуры, и сохраняет производительность капельно-импульсной (DOD) системы печати. Такая SAP технология может быть основана на печати первой проводящей электродной линии, модификации поверхности такого первого проводящего электрода самоорганизованным монослоем (SAM), чтобы сделать его отталкивающим чернила, и последующей печати линии второго проводящего электрода вдоль края первого электрод, таким образом, чтобы капли чернил стекали с ранее напечатанного проводящего электрода и засыхали рядом с ним, но не находясь в электрическом контакте с первым печатным электродом. На основе SAP технологии могут быть получены полностью уменьшенные органические транзисторы с субмикрометровыми длинами каналов, достигая частот передачи в 1,6 МГц.

Тем не менее, использование указанных выше технологий печати высокого разрешения для областей применения в наноэлектронике, в масштабе 100 нм длины, может зависеть от того, какая производительность и однородность формирования структуры достигается. Конкретно, что касается производительности, может быть, по меньшей мере, тяжело использовать технологии печати на основе раствора для создания больших групп структур электродных зазоров в масштабе 100 нм без электрических коротких замыканий. Это может быть конкретный случай, когда параллельные электроды истока и стока печатаются для ПТ устройства.

Данное изобретение предоставляет структуру устройства для печатного наноканала, который может быть основан на однокапельном контакте. Наноканал может быть сформирован как интервал между электродами, один из которых является первым элементом, а другой включает в себя вытянутое множество печатных капель, которое является по меньшей мере частью второго элемента. Капли могут состоять из жидкости, такой как чернила. Наноканал может быть сформирован по описанной выше технологии самосовмещенной печати (SAP). (Отметим, тем не менее, что первый электрод может быть сформирован способом нанесения, отличным от печати, например выпариванием). Как описано выше, устройство может быть сформировано в характерной форме Т, где ширина по меньшей мере одного плеча «Т» определяется диаметром одной печатной капли.

Более конкретно, вариант осуществления, использующий технологию SAP, может предоставить электродную структуру, которая приготовлена путем нанесения второго материала (второго элемента/электрода), частично перекрывающего (или находящегося рядом, но не контактирующего) ранее нанесенный первый материал (первого элемента/электрода). Узкий зазор или интервал (наноканал) между двумя электродами получается путем высушивания второго материала на первом материале. Второй материал, в частности, может быть нанесен путем печати последовательных капель чернил. Более того, данный вариант осуществления может обеспечить, чтобы два электрода были не параллельны, предпочтительно, практически перпендикулярны, и чтобы по меньшей мере один из электродов мог иметь ширину одной капли. Кроме того, электроды могут являться электродами истока и стока ПТ и могут, например, являться двумя PEDOT линиями (например, PEDOT:PSS).

Технологии SAP описаны в приведенной выше международной патентной заявке WO 03/056641 и в статье Sele, C.W.; von Werne, T.; Friend, R. H.; Sirringhaus, H. Adv. Mater. 2005, 17 (8), 997-1001. Такие технологии могут использоваться в вариантах осуществления данного изобретения.

Наноканал может быть самосовмещенным с учетом формирования узкого канала путем отталкивания («самосовмещенный» в «SAP» относится только к формированию узкого зазора между электродами путем отталкивания, противоположные края электродов, таким образом, самосовмещаются) и/или боком, таким образом, что один электрод, напечатанный под углом 5-90 градусов (т.е. не параллельно, предпочтительно, перпендикулярно) к другому электроду, может быть расположен в любой точке вдоль другого электрода (См. Фиг.1(с), где вытянутое множество капель (в данном случае две капли) расположено по центру стороны другого электрода (первого элемента), но может также хорошо обеспечить интервал при расположении дальше в направлении конца первого элемента). Боковое самосовмещение в связи с предпочтительно перпендикулярным углом может допускать допуск совмещения при изготовлении различных электродов, в частности, когда они выполняются на соответствующих этапах процесса изготовления. Таким образом, конфигурация однокапельного устройства и непараллельная структура такого варианта осуществления, применяющего SAP способ изготовления, могут преимущественно сделать возможным боковое самосовмещение и/или самосовмещение краев канала путем отталкивания, преимущественно обеспечивая очень малые токи утечки, и, тем самым, еще больше преимущественно, достигая высокой производительности устройства. Например, вариант осуществления, сформированный с использованием SAP, может сделать возможной высокую производительность при формировании структуры группы металлических электродов с зазорами в 200-500 нм.

Данный вариант осуществления может, таким образом, предоставить улучшенную технологию прямой печати на основе раствора для формирования структуры электрода, которая может быть особенно преимущественна для формирования структуры группы, включающей в себя большое число ПТ. Напротив, даже когда технология струйной печати высокого разрешения может позволить формирование структуры металлических электродов с зазорами в масштабе 100 нм, может быть сложно, тем не менее, при этом достичь масштабируемости, производительности и однородности, которые являются преимущественными для некоторых областей применения в нано- и молекулярной электронике. Данное изобретение может позволить избавиться по меньшей мере от одного из этих недостатков.

В связи с этим для производства дешевых и больших электронных схем технология прямой аддитивной печати на основе раствора, как используемая в данном варианте осуществления, может быть универсальной и может обеспечить существенное упрощение процесса. Аддитивная печать может предложить преимущества, связанные с упрощением процесса, совмещением слоя со слоем, совместимостью с обработкой большой площади, и/или потенциальным уменьшением стоимости по сравнению с субтрактивной литографской структурирующей печатью. Такие технологии печати могут также иметь высокое разрешение для создания электродных зазоров в масштабе 100 нм.

(Для сравнения, для полиграфических технологий печати, таких как струйная печать, разрешение, так же как и производительность формирования структуры, могут быть ограничены относительно большим объемом чертил, наносимых с каждой каплей на подложку (1 пл соответствует диаметру капли, равному 12 мкм), и плохим регулированием распределения чернил на подложке. В связи с этим проблема объема капли может быть решена технологиями, такими как разработка электрогидродинамических струйных принтеров, способных подавать суб-фемтолитровые объемы чернил. Это может позволить создание каналов с длиной до 1 мкм, но недостатком является то, что при этом, тем не менее, уменьшается пропускная способность.)

Как указано выше, вариант осуществления может предоставить самосовмещенные ПТ электроды истока и стока с, преимущественно, низкой вероятностью возникновения электрического короткого замыкания. Такой вариант осуществления может также, преимущественно, использоваться для предоставления печатной группы самосовмещенных транзисторов с высокой производительностью, например, по сравнению с группой транзисторов с параллельными электродами истока и стока с относительно широким каналом (ширина а в данном контексте поперечна направлению прохождения тока через канал), даже если последняя группа сделана путем SAP. В связи с этим отмечаем, что ширина канала ПТ может быть преимущественно существенно уменьшена без ухудшения производительности. В частности, поддержание пропорционального отношения между током канала и отношением ширина канала: длина (длина между электродами) может позволить уменьшить ширину канала до однокапельной ширины электрода, что может быть обеспечено в варианте осуществления.

Предоставление непараллельного, предпочтительно, перпендикулярного электрода, включающего в себя непрерывную линию капель, имеющую ширину одной капли, может сделать возможным существенное увеличение производительности. Это может происходить, так как высушивание одной капли на конце зазора электрода не подвергается воздействию соседней частично или полностью сухой капли того же электрода (капли могут печататься последовательно). Таким образом, это увеличение может произойти в связи с уменьшенным влиянием соседних капель, дополнительно или как вариант к уменьшенному влиянию захвата, связанного с неровностью поверхности подложки. В варианте осуществления, в котором линия капель имеет ширину одной или более капель, последовательно напечатанных параллельно другому электроду, одна капля может высыхать при нанесении соседней капли, так что растекание чернил каждой капли может быть подвержено воздействию высушивания предыдущей капли. Это может увеличить вероятность возникновения электрического короткого замыкания в месте, где ширина относительно большая, например, по сравнению с шириной традиционного канала ПТ. Напротив, вариант осуществления данного изобретения, имеющий однокапельную ширину электрода, нанесенного непараллельно относительно другого электрода, может сделать возможной высокую производительность изготовления даже устройств, имеющих электродный интервал порядка 200 нм, тем самым преимущественно делая доступной масштабируемую технологию изготовления таких устройств. Кроме того, путем поддержания подходящего отношения ширины интервала (канала):длины, как здесь описано, можно поддерживать хорошую проводимость между электродами несмотря на узкую ширину электрода однокапельной ширины.

Вариант осуществления может также сделать возможным изготовление самого(их) электрода(ов), даже при однокапельной ширине, с хорошей проводимостью. Этого можно достичь, например, путем применения проводящих чернил. Проводящие чернила могут являться хорошо проводящими полимерными чернилами (например, PEDOT:PSS) или, предпочтительно, печатными металлическими чернилами (например, золотом, серебром, медью). В частности, такие структуры электрода могут быть изготовлены при помощи проводящих чернил, которые достигают большой проводимости металла при низких температурах спекания, например, по сравнению с молекулярными электронными материалами. Низкотемпературные печатные металлические чернила, которые делают возможными такие схожие с металлом проводимости при низких температурах обработки (<150 градусов С), преимущественно, совместимы с пластмассовыми подложками и, в частности, с ограниченной температурной стабильностью молекулярных электронных материалов. В связи с этим, электроды данного варианта осуществления, преимущественно, делаются с помощью металлических, например на основе серебра, чернил, которые обеспечивают проводимость, близкую к высокой проводимости металлов, таких как медь или серебро, чтобы уменьшить паразитные падения напряжения на печатных электродах и взаимных соединениях. Данный вариант осуществления может использовать струйные печатные чернила на основе комплекса серебра с низкой температурой спекания, равной 130°С. В частности, могут использоваться низкотемпературные предшествующие серебряные чернила, которые могут быть интегрированы (как описано ниже) с лежащими ниже органическими полупроводниками и диэлектриками для обеспечения соединений и электродов с высокой проводимостью, близкой к проводимости серебра, при 130°С. Это можно использовать для реализации второго уровня печатной металлизации без ухудшения лежащих ниже органических полупроводников и диэлектриков, что требуется для многих областей применения.

Что касается подробных этапов изготовления, в одном варианте осуществления, тщательно очищенные стеклянные слайды Corning 1737F были использованы в качестве подложек. Для создания электродов с субмикрометровыми зазорами была использована золотая нанопаста Harima NPG-J, соответствующим образом разбавленная ксилолом и отфильтрованная 0,2 мкм PTFE фильтром. После струйной печати первого электрода, его поверхность была обработана 1H,1H,2H,2H-перфтор-1-декантиолом (PFDT, Fluorochem), тем самым уменьшая его поверхностную энергию и делая возможным создание канала с длиной L≈200-400 нм при самосовмещенной печати второго электрода из той же золотой нанопасты. Золотые электроды были затем подвергнуты спеканию на горячей поверхности при 250°С в течение 1 часа на воздухе. Для оценки электрических свойств наноэлектродов органические полевые транзисторы были изготовлены в конфигурации с верхним затвором с использованием самосовмещенных печатных электродов в качестве контактов истока и стока. До нанесения полупроводникового слоя контакты снова обработали PFDT для улучшения инжекции заряда. Полупроводящий полимер поли(9,9-диоктилфлуорен-со-битиофен)(F8T2, Sumitomo Chemicals) был растворен в безводном ксилоле (5-7 гл^-1), вращался со скоростью 2000 об. в мин в течение 1 мин в N₂ атмосфере и был подвергнут отжигу при 80°С в течение 20 мин на горячей поверхности. На верхнюю часть был нанесен ≈50 нм поли(метилметакрилат) сшитый (С-PMMA) диэлектрический слой путем центрифугирования 20 гл^-1 раствора n-бутилацетата в окружающем воздухе при скорости вращения 4000 об. в мин в течение 20 сек и был подвергнут обжигу при 80°С в течение 30 мин. 1,6-бис(трихлорсилил)гексан (Acro Organics) был добавлен к PMMA (Sigma-Aldrich, M_W=120,000) раствору в качестве сшивающего агента. Для реализации печатных электродов и соединений на верхних уровнях устройства мы использовали чернила но основе комплекса серебра (TEC-IJ-010 InkTec Co., Ltd.), отфильтрованные через 0,2 мкм PTFE фильтр, с помощью которых можно достичь хорошей проводимости наподобие проводимости серебра после относительно низкотемпературного спекания при 130°С в течение 5 мин на горячей поверхности в воздухе. Это позволяет реализовать печатные электроды верхнего затвора, не ухудшая какой-либо из лежащих ниже органических слоев. Для этапов печати был приспособлен специальный струйный принтер, оснащенный одной пьезоэлектрической головкой с капельно-импульсным (DOD) соплом (MicroFab Technologies, Inc.) с диаметром отверстия от 20 до 30 мкм. СЭМ изображения были сделаны с помощью Hitachi Tabletop Microscope TM-1000 в режиме уменьшения заряда. Измерения производительности SAP были выполнены на группах из 72 устройств с помощью полуавтоматического тестера PEGASUS S200 (Wentworth Laboratories, Inc.), соединенного с полупроводниковым анализатором параметров (SPA) B1500A (Agilent Technologies, Inc.). Транзисторы были охарактеризованы в азотной атмосфере посредством Agilent 4155B SPA.

Фиг.1 изображает СЭМ-изображение изготовленных SAP золотых контактов. Первый контакт напечатан на стеклянной подложке, подвергнут спеканию, и затем его поверхность обработана монослоем с самоорганизующейся структурой (SAP) PFDT. Перфторированный SAM, активно нанесенный на первый контакт, может сильно уменьшить его поверхностную энергию, создавая подходящую разницу поверхностной энергии с гидрофильной стеклянной подложкой для того, чтобы сделать возможной технологию SAP. Второй контакт затем печатается под углом 90 градусов относительно первого электрода, реализуя характерную «форму Т» (вкладка на Фиг.1(а)). Длина и форма двух «плеч» может быть преимущественно выбрана таким образом, чтобы облегчать внешний электрический контакт и тестирование. Тем не менее, ширина канала, предпочтительно, определяется только одной каплей с диаметром в интервале 30-80 мкм. Первая капля второй электродной структуры может быть напечатана также частично сверху первого электрода или близко к нему: в первом случае низкая смачиваемость поверхности первого электрода приводит к полному удалению капли с первой структуры; в последнем случае капля чернил печатается очень близко к краю первого электрода, таким образом, что линия контакта распределяющейся капли контактирует, но отталкивается краем первого электрода. В обоих случаях капля высыхает очень близко от края первого электрода и естественная скругленная форма капли адаптируется к краю первого электрода и деформируется в прямую линию вдоль края первого контакта. В этой области создается субмикрометровый электрически изолирующий зазор. Обычный канал увеличен на Фиг.1(b), где можно увидеть чистый зазор ≈200 нм.

Было обнаружено, что T-образная однокапельная конфигурация электрода является преимущественной для достижения высокой производительности для формирования электрически изолирующих электродных зазоров без электрических коротких замыканий. Причиной может являться то, что в T-образной структуре формирование канала определяется динамикой растекания и высушивания только одной капли. Таким образом, T-образная структура может позволить более простую оптимизацию, чем в случае двух параллельно напечатанных линий, когда высушивание каждой капли также зависит от состояния предыдущей и следующей нанесенных капель. Эффект последовательного нанесения капель может заключаться, например, в замедлении высушивания определенной капли из-за ее выталкивания последующими каплями, которые печатаются, перекрывая первый электрод. Для T-образной однокапельной структуры оптимальные чернила и условия печати были достигнуты при использовании 1:3 объемного раствора нанопасты Harima в ксилоле и при печати при комнатной температуре с частотой подачи, равной 1 кГц, что приводит к контактам с шириной W=20-80 мкм и длиной канала L≈200 нм. Были измерены токи утечки, измеренные в окружающем воздухе обычно ниже 10 пА при напряжении смещения в 40 В, и напряжения пробоя более 2 МВсм^-1. На основе анализов отказов можно выделить еще одно преимущество, которое заключается в том, что для однокапельных каналов удобно наблюдать весь канал с помощью СЭМ, и устанавливать соотношение возникновения любого электрического тока утечки в дефектных устройствах с отдельными дефектами вдоль края канала. Это может быть сложнее в случае, если электроды включают в себя две параллельно напечатанные линии с шириной канала в несколько сотен микрометров.

При этих условиях было обнаружено, что фактором, влияющим на изготовление SAP контактов с низкой утечкой, является время высушивания чернил. Путем применения растворов с высокой температурой кипения для создания чернил и давая несколько минут для медленного высыхания при комнатной температуре до этапа высокотемпературного спекания, чернила для второго контакта могут, в итоге, высушиваться очень эффективно. Последовательность изображений, полученных оптическим микроскопом, приведена на Фиг.2, где можно проследить полное высушивание второй линии, начиная с первого изображения, в течение шести минут после печати. Было сделано наблюдение, что после 60 с печатные капли все еще существенно перекрывают первый электрод, и полное высушивание еще не произошло (Фиг.2(а)). Не видно существенных изменений в течение следующих трех минут (Фиг.2(b) и Фиг.6). Воздействие на образец температурой 250°С для спекания в этот момент может вызвать быстрое высушивание чернил и создать электрическое короткое замыкание. Если чернила оставить высыхать при комнатной температуре на большее время, полное высушивание первой линии может точно произойти на временном интервале 5-7 мин для использованного здесь состава чернил. Можно увидеть, что после 310 с (Фиг.3(d)) контактная линия начинает высушиваться с поверхности первого электрода в некоторых областях, но все еще перекрывает остальные, предположительно, из-за локальных дефектов на поверхности первого электрода. При 340 с (Фиг.3(g)) контактная линия полностью удаляется с этих дефектов. Высушивание теперь завершено и спекание на данном этапе приводит к надежному формированию наноканала (Фиг.3(h)). Некоторая разница в цвете наблюдается на полученных оптическим микроскопом изображениях на первом электроде, с которого были удалены капли (Фиг.3(g)). Это происходит либо из-за взаимодействия раствора чернил с поверхностью первого электрода, либо из-за того, что определенное количество раствора/осадка наночастиц остается после высушивания. Тем не менее, эта разница в цвете исчезает после спекания, и непохоже, чтобы она оказывала какое-то воздействие на производительность формирования наноканала. Продолжительное высушивание чернил может сопровождаться наблюдением за интерференционными полосами и цветами поперек второй печатной линии. Этот интерференционный контраст заметно изменяется за период в 6 минут, предоставляя непосредственное доказательство того, что движущей силой медленного высушивания является выпаривание раствора. Это может оказывать дополнительную силу на контактную линию, которая может помочь полностью втянуть перекрывающую контактную линию назад с поверхности первого электрода.

Для исследования производительности формирования наноканала с использованием данного подхода были изготовлены и протестированы группы, включающие в себя 6x12 контактов (Фиг.7). На Фиг.3 токи утечки, измеренные в воздухе при приложенном напряжении смещения 20 В, отражены как для типичной группы. Можно увидеть, что более чем 94% контактов демонстрируют ток утечки ниже 1 пА, близкий к пределу определения нашего оборудования для измерения. Только 4 контакта демонстрируют большие токи, но ни одно из устройств не закорочено (обычные ВАХ приведены на Фиг.8). Каналы, которые демонстрируют большие токи утечки, обычно связаны с отдельными дефектами в области канала (Фиг.9). Путем улучшения чистоты процесса это можно устранить. В связи с этим мы изготовили определенное число групп, в которых все 72 устройства имели ток утечки менее 2 пА при 10 В (Фиг.10). Было обнаружено, что окно обработки для нанесения первой капли второго электрода относительно структуры первого электрода больше 10 мкм, и эта точность нанесения капли достижима с помощью систем струйной печати.

Некоторые чернила с металлическими наночастицами, такие как те, что адаптированы для SAP контактов, могут не подойти для создания электродов над органическими слоями из-за слишком высокой температуры спекания, необходимой для получения нужной проводимости. Для многих областей применения, таких как ОПТ (органические ПТ), может быть предпочтительно иметь по меньшей мере два уровня печатной металлизации. Здесь описано использование чернил на основе комплексов металлов с температурой спекания меньше 150°С. Эти чернила могут использоваться в любых вариантах осуществления (например, чтобы сформировать любое сочетание электродов истока и/или стока, первой и/или второй частей, вытянутого множества капель, описанного выше в связи с вариантами осуществления данного изобретения). Были использованы коммерчески доступные чернила на основе комплекса серебра TEC-IJ-010, которые демонстрируют хорошую адгезию к пластмассовым подложкам, таким как PET, и демонстрирует вязкость и поверхностное натяжение, совместимые с большинством коммерчески доступных печатных головок. Были напечатаны (вкладка с Фиг.4) структуры, включающие в себя линии длиной ≈700 мкм и шириной ≈100-120 мкм над PMMA слоем, расположенным на стекле. Эти линии были подвергнуты отжигу после нанесения при 130°С в течение различных интервалов времени. Было обнаружено, что только после 3 минут процесс спекания завершается, и линии демонстрируют сопротивление порядка нескольких Ом (см. Фиг.4), соответствующее установленному сопротивлению в интервале 5-10×10^-8 Ом, близкому к сопротивлению чистого серебра, равному 1,587×10^-8 Ом. Для сравнения, аналогичная линия, напечатанная с помощью чернил на основе PEDOT:PSS (H.C. Starck), даст сопротивление на 7-8 порядков выше.

Для демонстрации преимущества совместимости этих низкотемпературных печатных металлов с органическими материалами были изготовлены перекрестные печатные транзисторы с верхним затвором с SAP контактами истока-стока. На Фиг.5(а) изображено полученное оптическим микроскопом изображение завершенного и рабочего устройства вместе со схематическим чертежом в поперечном сечении структуры устройства (Фиг.5(b)). Перекрестная структура устройства с верхним затвором была выбрана для того, чтобы получить преимущество от эффекта меньшего сопротивления контакта. На Фиг.5(а) можно увидеть золотые SAP контакты истока и стока в Т-образной однокапельной конфигурации. Поверх них F8T2 полимерный полупроводник и диэлектрические слои затвора PMMA с поперечными связями нанесены путем центрифугирования. Сверху диэлектрика напечатана и подвергнута спеканию серебряная линия затвора, завершая устройство. Устройство имеет компактную конфигурацию и минимальную площадь печати, подходящую для интегрирования цепи высокого разрешения, которая ограничена только длинами линий печатных электродов. На Фиг.5(d) отображены выходные характеристики печатного F8T2 ПТ с L≈200 нм. Полное насыщение наблюдается при напряжениях в несколько вольт, отображая правильную величину толщины диэлектрика затвора (≈50 нм). Кривые передачи на Фиг.5(с) демонстрируют отношение ON/OFF, равное 10³-10⁴. OFF ток в интервале пА ограничен токами утечки затвора, а не меньшим током утечки между SAP электродами (100 фА), измеренным на Фиг.3. Устройство имеет дрейфовую подвижность, равную 2×10^-3 см²В^-1с^-1. Это демонстрирует преимущество совместимости чернил на основе комплекса серебра и процесса их спекания с лежащими ниже органическими полупроводниковым и диэлектрическим слоями.

Отдельный вариант осуществления предоставляет печатное электронное устройство, включающее в себя первый металлический электрод и второй металлический электрод, которые приближаются друг к другу на расстояние менее 2 микрометров вдоль по существу прямой контактной линии с общей длиной s, где часть края второго электрода, которая очень близка к указанной прямой контактной линии, имеет кривизну b, которая меньше 2/s.

Следующий отдельный вариант осуществления предоставляет печатное электронное устройство, включающее в себя первый металлический электрод и второй металлический электрод, которые приближаются друг к другу на расстояние менее 2 микрометров вдоль по существу прямой контактной линии с общей длиной s, где часть края второго электрода, которая очень близка к указанной прямой контактной линии создает угол α с прямой контактной линией и имеет кривизну b, где удовлетворяется следующее соотношение:

.

В этом варианте осуществления, кроме того, первый и второй металлические электроды могут быть сформированы в форме Т или L вблизи контактной линии.

Следующий отдельный вариант осуществления предоставляет печатное электронное устройство, включающее в себя первый металлический электрод и второй металлический электрод, которые приближаются друг к другу на расстояние менее 2 микрометров вдоль по существу прямой контактной линии с общей длиной s, которая меньше 200 микрометров.

Без сомнения, большое количество других эффективных альтернатив будет ясно специалисту в данной области техники. Будет понятно, что изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления и охватывает модификации, очевидные специалистам в данной области техники, лежащие в рамках сущности и объема приложенной здесь формулы изобретения.

Изобретение относится к электронным устройствам со структурированной подложкой. Структурированная подложка для электронного устройства включает в себя первую часть, имеющую край, вторую часть, включающую вытянутое множество печатных капель и имеющую край, расположенный рядом и по существу совмещенный с указанным краем первой части, и интервал между указанным краем первой части и указанным краем второй части, при этом указанное вытянутое множество печатных капель расположено под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю первой части, а указанный интервал имеет длину, равную или меньшую чем приблизительно 2 мкм. Изобретение обеспечивает получение электронных устройств высокого разрешения с улучшенной производительностью формирования структуры. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Структурированная подложка для электронного устройства, включающая в себя:
первую часть, имеющую край;
вторую часть, включающую в себя вытянутое множество печатных капель и имеющую край, расположенный рядом и по существу совмещенный с указанным краем первой части; и
интервал между указанным краем первой части и указанным краем второй части,
при этом
указанное вытянутое множество печатных капель расположено под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю первой части, и
указанный интервал имеет длину, равную или меньшую чем приблизительно 2 мкм.

2. Структурированная подложка по п.1, в которой указанное вытянутое множество печатных капель по существу перпендикулярно указанному краю первой части.

3. Структурированная подложка по любому из предыдущих пунктов, в которой по меньшей мере одна из указанной первой части и указанной второй части включает в себя электрод.

4. Структурированная подложка по п.1, в которой указанный интервал содержит по меньшей мере полупроводник.

5. Структурированная подложка по п.1, в которой указанный интервал содержит по меньшей мере диэлектрик.

6. Структурированная подложка по п.1, в которой ширина указанного края второй части меньше чем приблизительно 200 мкм.

7. Структурированная подложка по п.1, в которой ширина указанного вытянутого множества печатных капель равна или меньше чем приблизительно 250 мкм и, предпочтительно, равна или меньше чем приблизительно 80 мкм.

8. Структурированная подложка по п.1, в которой ширина указанного вытянутого множества печатных капель по существу равна диаметру одной указанной печатной капли.

9. Структурированная подложка по п.1, в которой отношение ширины указанного вытянутого множества печатных капель к длине указанного интервала больше или равно приблизительно 100.

10. Структурированная подложка по п.1, в которой указанная вторая часть включает в себя краевой участок, прилегающий к указанному краю второй части, причем указанный краевой участок имеет кривизну В, а указанный край второй части имеет длину S, где В меньше чем приблизительно 2/S.

11. Структурированная подложка по п.1, в которой указанная вторая часть включает в себя краевой участок, имеющий кривизну В и прилегающий к указанному краю второй части, при этом касательная к указанному краевому участку создает угол приблизительно α с краем второй части, где указанный угол α и кривизна В удовлетворяют равенству:

12. Структурированная подложка по п.1, в которой указанная первая часть и указанное вытянутое множество печатных капель расположены в форме Т или в форме L, предпочтительно в форме Т.

13. Электронное устройство, включающее в себя структурированную подложку по любому из предыдущих пунктов.

14. Электронное устройство по п.13, где указанное электронное устройство является полевым транзистором.

15. Группа устройств, включающая в себя множество электронных устройств по любому из пп.13 и 14.

16. Способ формирования структуры подложки для электронного устройства, включающий в себя:
нанесение вытянутого множества капель жидкости рядом с краем первой части на подложку для формирования по меньшей мере участка второй части,
при этом
первая часть, жидкость и подложка являются такими, чтобы жидкость отталкивалась первой частью для формирования края указанной второй части, по существу совмещенного с указанным краем первой части, и
указанное вытянутое множество капель находится под углом от приблизительно 5 градусов до приблизительно 90 градусов к указанному краю первой части,
причем формируется интервал между указанным краем первой части и указанным краем второй части, и отношение ширины указанного вытянутого множества печатных капель к длине указанного интервала больше или равно приблизительно 100.

17. Способ по п.16, в котором указанное вытянутое множество по существу перпендикулярно указанному краю первой части.

18. Способ по любому из пп.16 и 17, в котором при указанном нанесении указанное вытянутое множество капель наносят частично на указанную первую часть.

19. Способ по любому из пп.16 и 17, в котором при указанном нанесении указанное вытянутое множество капель наносят на область указанной подложки, которая не контактирует с указанной первой частью.

20. Способ по п.16, в котором нанесение указанного вытянутого множества капель включает в себя нанесение указанных капель таким образом, чтобы ширина указанного вытянутого множества капель была по существу равна диаметру одной указанной печатной капли.

21. Способ по п.16, в котором указанная жидкость включает в себя раствор, причем способ также включает в себя выпаривание указанного раствора из указанного нанесенного вытянутого множества капель.

22. Способ по п.21, в котором точку кипения указанного раствора выбирают таким образом, чтобы выпаривание происходило приблизительно при 25°С в течение периода времени, равного по меньшей мере приблизительно 1 минуте.

23. Способ по п.16, также включающий в себя нанесение множества капель жидкости для формирования указанной первой части.

24. Способ по п.16, также включающий в себя нанесение на указанную первую часть слоя для отталкивания указанной жидкости указанного вытянутого множества капель до указанного нанесения указанного вытянутого множества капель.

25. Способ по п.24, в котором указанный слой является самоорганизованным монослоем.