制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的噴嘴及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，包括以下步驟：1)噴印Gate極；2)噴印介電層；3)成形導(dǎo)電單元：混合型噴嘴噴出的液體在接收基板上沉積形成導(dǎo)電單元及覆在導(dǎo)電單元上的油層；4)轉(zhuǎn)??；5)制造連接電極層；6)組合封裝。本發(fā)明工藝簡單，在混合型噴嘴制備完成的情況下，靜電紡絲工藝實(shí)現(xiàn)簡單，對環(huán)境要求也較低；成本低，設(shè)備成本低，同時(shí)制造過程中均只需要一定濃度的溶液，損耗少；精度、分辨率高，不需重復(fù)定位，而且靜電紡絲所得纖維器件均在微納尺度，集成度完全滿足電路要求；效率高，大面積制造也易于實(shí)現(xiàn)，靜電紡絲工藝可通過增加噴嘴數(shù)量并行紡絲，大大提高產(chǎn)量與效率，滿足工業(yè)實(shí)際要求。
【專利說明】制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的噴嘴及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體晶體管領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的噴嘴及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]場效應(yīng)晶體管(FET，F(xiàn)ield Effect Transistor)是通過改變電場來控制固體材料導(dǎo)電能力的有源器件，已經(jīng)成為制造微電子電路、大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路所不可缺少的重要元器件之一。無機(jī)FET的尺寸已接近小型化的自然極限。為了提高電路的集成度，人們用有機(jī)分子材料來代替無機(jī)半導(dǎo)體材料制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管(0FET，Organic FieldEffect Transistors)。
[0003]有機(jī)薄膜晶體管是重要的有機(jī)半導(dǎo)體器件之一，其研宄工作進(jìn)展迅速并引起了人們的廣泛關(guān)注。目前利用有機(jī)晶體管已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)形振蕩器的邏輯門、有機(jī)顯示器的有源驅(qū)動(dòng)電路、有機(jī)傳感器、存儲器、射頻身份卡、電子書或電子紙領(lǐng)域等。與無機(jī)FET相比，有機(jī)場效應(yīng)晶體管OFET的優(yōu)點(diǎn)為:制作工藝簡單、成本低、材料的多樣性、重量輕、柔韌性好和可實(shí)現(xiàn)大面積化與大尺度彎曲。
[0004]自1986年開始，Tsumura Garnier Y.YLin等人就OTFT的工作原理、材料性能以及集成制造做了大量的工作，并且實(shí)現(xiàn)了簡單的邏輯電路的實(shí)現(xiàn)。盡管OFET及其集成電路還處于基礎(chǔ)研宄階段，但其性能的發(fā)展較快，已經(jīng)達(dá)到并超過了非晶硅(a-S1:H)的水平，因此其在低成本和大面積顯示和集成電路上的應(yīng)用是不可避免的。
[0005]目前OFET的制造工藝主要有傳統(tǒng)硅工藝技術(shù)如真空鍍膜(“化學(xué)氣相沉積”和“物理氣相沉積”)、光刻、刻蝕等工藝與新興的溶液工藝、langmuir-blodgett (LB)膜工藝和印刷工藝等。其中真空鍍膜的特點(diǎn)就是膜的純度高、均勻性好、厚度可控、有序度高，其場效應(yīng)迀移率比其他成膜技術(shù)高一個(gè)數(shù)量級以上。不過真空成膜使用的儀器設(shè)備復(fù)雜，成本較高，不具備工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。利用光刻工藝，在OFET制備中可以加工出高分辨率、高精度的源漏電極及導(dǎo)電溝道，有利于減小OFET的尺寸，提高有機(jī)集成電路的集成度。但是設(shè)備成本高，與有機(jī)材料、柔性基底的兼容性差。采用電子束刻蝕能夠獲得極高分辨率，而且不需要掩模版，不存在硅片和掩模板之間的平行度問題，但是電子束刻蝕速度太慢，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。溶液工藝針對不能蒸鍍的聚合物半導(dǎo)體、大分子聚合物具有極好的適用性，而且操作簡便，成本低，適合批量生產(chǎn)，但是制造精度與分辨率不夠。LB膜技術(shù)不僅可以形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，也可以在分子水平控制有機(jī)薄膜的厚度。但是大面積薄膜的缺陷較多，材料選取也受到較大限制。印刷工藝發(fā)展到目前，主要分為絲網(wǎng)印刷、熱感應(yīng)、印章印刷、噴墨打印等幾種工藝技術(shù)。絲網(wǎng)印刷成本低，制造效率相當(dāng)高，但是精度與分辨率會較低，無法滿足集成電路的設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)噴墨工藝由于對油墨的飛行控制不足，導(dǎo)致制造分辨率不能滿足實(shí)際需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的噴嘴及裝置，其工藝簡單，在混合型噴嘴制備完成的情況下，靜電紡絲工藝實(shí)現(xiàn)簡單。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，包括以下步驟:
[0008]I)噴印Gate極:將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液噴印在柔性基底上形成厚度均勾的Gate極；
[0009]2)噴印介電層:將質(zhì)量濃度為0.18?0.22g/mL的PMMA溶液噴印在步驟I)形成的Gate極上，形成厚度均勾的介電層；
[0010]3)成形導(dǎo)電單元:將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液分別導(dǎo)入到混合型噴嘴的源極腔室和漏極腔室；將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的P3HT溶液和質(zhì)量濃度為
0.08?0.12g/mL的礦物油分別導(dǎo)入混合型噴嘴的半導(dǎo)體腔室和輔助腔室，在XY運(yùn)動(dòng)平臺上放置接收基板，調(diào)節(jié)混合型噴嘴與接收基板的間距為2?8mm，高壓發(fā)生器在混合型噴嘴與XY運(yùn)動(dòng)平臺之間施加電壓，使液體在混合型噴嘴上形成泰勒錐后噴出到接收基板上，XY運(yùn)動(dòng)平臺帶動(dòng)接收基板移動(dòng)，噴出的液體在接收基板上沉積形成導(dǎo)電單元及覆在導(dǎo)電單元上的油層；導(dǎo)電單元包括半導(dǎo)體纖維層及位于半導(dǎo)體纖維上的S極纖維層和D極纖維層，半導(dǎo)體纖維層由P3HT溶液形成，S極纖維層和D極纖維層分別由源極腔室和漏極腔室噴出的納米Ag溶液形成，油層由礦物油形成；此后清洗掉導(dǎo)電單元上的油層；
[0011]4)轉(zhuǎn)印:將步驟3)形成的導(dǎo)電單元通過轉(zhuǎn)印工藝轉(zhuǎn)到步驟2)形成的介電層上形成復(fù)合單元，復(fù)合單元中半導(dǎo)體纖維層與介電層接觸；
[0012]5)制造連接電極層:將導(dǎo)電金屬漿噴印在柔性基板上制造網(wǎng)格狀的連接電極層，用于串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)步驟4)形成的復(fù)合單元；
[0013]6)組合封裝:將連接電極層與復(fù)合單元定位后組合，將組合后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電子封裝。
[0014]優(yōu)選地，步驟I)中Gate極形成后，使用SEM、TEM以及XRD設(shè)備檢測Gate極的質(zhì)量。
[0015]優(yōu)選地，步驟2)中PMMA相對分子質(zhì)量為120000，PMMA溶液的溶劑為丙酮。
[0016]優(yōu)選地，步驟3)中高壓發(fā)生器施加的電壓為I?3kV。
[0017]優(yōu)選地，步驟3)中納米Ag溶液分別通過第一氣壓控制器和第二氣壓控制器導(dǎo)入源極腔室和漏極腔室，P3HT溶液和礦物油分別通過第三氣壓控制器和第四氣壓控制器導(dǎo)入混合型噴嘴的半導(dǎo)體腔室和輔助腔室，，第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器內(nèi)的氣壓分別為0.2?0.4kPa。
[0018]優(yōu)選地，步驟3)中清洗掉導(dǎo)電單元上的油層后，將接收基板及其上的導(dǎo)電單元進(jìn)行機(jī)械切割分塊，形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊。
[0019]優(yōu)選地，步驟5)中采用絲網(wǎng)印刷工藝制作連接電極層。
[0020]優(yōu)選地，導(dǎo)電金屬漿為導(dǎo)電銀漿或者導(dǎo)電銅漿。
[0021]實(shí)現(xiàn)上述方法的混合型噴嘴，包括本體，所述本體的上部設(shè)置有第一導(dǎo)流小圓孔和第二導(dǎo)流小圓孔，分別用于導(dǎo)入P3HT溶液和礦物油；本體的上部還設(shè)置有第三導(dǎo)流小圓孔和第四導(dǎo)流小圓孔，分別用于導(dǎo)入納米Ag溶液；本體的下部設(shè)置有大圓孔，大圓孔內(nèi)腔設(shè)置有隔離凸臺，用于將大圓孔分隔成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽分別與第一導(dǎo)流小圓孔和第二導(dǎo)流小圓孔連通；隔離凸臺上設(shè)置有第五導(dǎo)流小圓孔和第六導(dǎo)流小圓孔，分別與第三導(dǎo)流小圓孔和第四導(dǎo)流小圓孔連通；第一凹槽和第一導(dǎo)流小圓孔連通形成半導(dǎo)體腔室，第二凹槽與第二導(dǎo)流小圓孔連通形成輔助腔室，第三導(dǎo)流小圓孔與第五導(dǎo)流小圓孔連通形成源極腔室，第四導(dǎo)流小圓孔與第六導(dǎo)流小圓孔連通形成漏極腔室。
[0022]有機(jī)場效應(yīng)晶體管噴印設(shè)備，包括混合型噴嘴，所述混合型噴嘴通過高壓發(fā)生器連接有XY運(yùn)動(dòng)平臺，混合型噴嘴上連接有儲液器，所述儲液器上連接有用于將儲液器內(nèi)的液體注入混合型噴嘴內(nèi)的氣壓控制器。
[0023]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0024]I)工藝簡單，在混合型噴嘴制備完成的情況下，靜電紡絲工藝實(shí)現(xiàn)簡單，對環(huán)境要求也較低；
[0025]2)成本低，設(shè)備成本低，同時(shí)制造過程中均只需要一定濃度的溶液，損耗少；
[0026]3)精度、分辨率高，不需重復(fù)定位，而且靜電紡絲所得纖維器件均在微納尺度，集成度完全滿足電路要求；
[0027]4)效率高，大面積制造也易于實(shí)現(xiàn)，靜電紡絲工藝可通過增加噴嘴數(shù)量并行紡絲，大大提高產(chǎn)量與效率，滿足工業(yè)實(shí)際要求；
[0028]5)工藝與柔性基底相容，可直接在柔性基底上紡制OFET器件，保證器件可彎曲，適用于復(fù)雜工況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明中混合型噴嘴注入液體時(shí)的俯視圖；
[0030]圖2是圖1沿A-A線的剖面圖；
[0031]圖3是本發(fā)明中混合型噴嘴注入液體時(shí)的仰視圖；
[0032]圖4是本發(fā)明中有機(jī)場效應(yīng)晶體管喂■印設(shè)備不意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明中在柔性基底上用金屬噴嘴電噴霧噴印OFET的Gate極示意圖；
[0034]圖6是本發(fā)明中在Gate極上用金屬噴嘴電噴霧噴印介電層示意圖；
[0035]圖7是本發(fā)明中OFET的導(dǎo)電單元在接收基板上的截面示意圖；
[0036]圖8是本發(fā)明中機(jī)械切割后的導(dǎo)電塊轉(zhuǎn)印到介電層上后的示意圖；
[0037]圖9(a)?(e)是本發(fā)明中轉(zhuǎn)印工藝過程示意圖；
[0038]圖10是本發(fā)明中在柔性基板上用絲網(wǎng)印刷制造連接電極層的示意圖；
[0039]圖11是本發(fā)明中精確定位組合后的柔性O(shè)FET ；
[0040]圖12是本發(fā)明的工藝流程。

【具體實(shí)施方式】
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0042]本發(fā)明提供的混合型噴嘴6用MEMS工藝加工完成，經(jīng)多層感光刻蝕后形成如圖1?圖3所示的結(jié)構(gòu)。該混合型噴嘴主要由不同的互相隔開的腔室、與之對應(yīng)的微流道與氣壓供液控制系統(tǒng)組成。所述混合型噴嘴6包括本體601，所述本體601的上部設(shè)置有第一導(dǎo)流小圓孔602和第二導(dǎo)流小圓孔603，分別用于導(dǎo)入P3HT溶液4和礦物油5 ;本體601的上部還設(shè)置有第三導(dǎo)流小圓孔604和第四導(dǎo)流小圓孔605，分別用于導(dǎo)入納米Ag溶液3 ;本體601的下部設(shè)置有大圓孔606，大圓孔606內(nèi)腔設(shè)置有隔離凸臺607，用于將大圓孔606分隔成第一凹槽608和第二凹槽609，第一凹槽608和第二凹槽609分別與第一導(dǎo)流小圓孔602和第二導(dǎo)流小圓孔603連通；隔離凸臺607上設(shè)置有第五導(dǎo)流小圓孔610和第六導(dǎo)流小圓孔611，分別與第三導(dǎo)流小圓孔604和第四導(dǎo)流小圓孔605連通；第一凹槽608和第一導(dǎo)流小圓孔602連通形成半導(dǎo)體腔室63，第二凹槽609與第二導(dǎo)流小圓孔603連通形成輔助腔室64，第三導(dǎo)流小圓孔604與第五導(dǎo)流小圓孔610連通形成源極腔室61，第四導(dǎo)流小圓孔605與第六導(dǎo)流小圓孔611連通形成漏極腔室62。
[0043]本發(fā)明中的混合型噴嘴6共有四個(gè)腔室，包括源極腔室61、漏極腔室62、半導(dǎo)體腔室63與輔助腔室64。其中源極腔室61、漏極腔室62的形狀相同，分別通過儲液器66提供納米銀溶液；另外，半導(dǎo)體腔室63與輔助腔室64的形狀也相同，分別通過導(dǎo)管由儲液器66提供具有半導(dǎo)體性能與輔助功能的溶液，例如P3HT溶液4與礦物油5。
[0044]混合型噴嘴6的四個(gè)腔室互相構(gòu)成并列的復(fù)雜關(guān)系，其中源極腔室61、漏極腔室62構(gòu)成并列關(guān)系；半導(dǎo)體腔室63與輔助腔室64為并列關(guān)系，與源極腔室61、漏極腔室62流出的溶液匯流后形成泰勒錐，這四個(gè)腔室內(nèi)的液體在混合型噴嘴6中包圍住隔離凸臺607，混合型噴嘴6下部的大圓孔606的設(shè)置就是為了使混合型噴嘴6內(nèi)的能夠液體形成一類似圓柱形的形狀，以便于形成泰勒錐。半導(dǎo)體腔室63與輔助腔室64內(nèi)各自的流量為源極腔室61、漏極腔室62流量的5?10倍。由此可根據(jù)流量關(guān)系降低氣壓供液的控制難度。
[0045]運(yùn)用混合型噴嘴6的有機(jī)場效應(yīng)晶體管噴印設(shè)備，如圖4所示，具體包括混合型噴嘴6、儲液器66或者氣壓控制器65。所述混合型噴嘴6通過高壓發(fā)生器7連接有XY運(yùn)動(dòng)平臺2，混合型噴嘴6上連接有儲液器66，所述儲液器66上連接用于將儲液器66內(nèi)的液體注入混合型噴嘴6內(nèi)的氣壓控制器65。氣壓控制器65包括第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器，相應(yīng)地，儲液器66也包括第一儲液器、第二儲液器、第三儲液器和第四儲液器，分別由第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器控制出液。
[0046]本發(fā)明中采用了新型的混合型噴嘴6，因而能夠噴印多種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中制備的柔性O(shè)FET為復(fù)合單元，每一部分的制備工藝可能不同，不同步驟中可以通過選取不同的噴嘴來實(shí)現(xiàn)，如選取普通的金屬噴嘴6’來噴印OFET的介電層11結(jié)構(gòu)，選取混合型噴嘴6來制備OFET的導(dǎo)電單元8。
[0047]參照圖4?圖12，本發(fā)明在傳統(tǒng)的電流體動(dòng)力噴印裝置基礎(chǔ)上，提出了一種全打印柔性O(shè)FET陣列的新方法，運(yùn)用電流體動(dòng)力噴印多種工藝全打印OFET器件以及實(shí)現(xiàn)柔性材料封裝，具體包括下述步驟:
[0048]I)在柔性基底10上用電噴霧工藝噴印OFET底層的Gate極1:
[0049]配置質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液，選取傳統(tǒng)的金屬噴嘴6’，采用電噴霧(或傳統(tǒng)電紡絲)工藝直接在柔性基底10上多次噴印，最終形成厚度均勻的導(dǎo)電薄膜，作為柔性O(shè)FET的底層結(jié)構(gòu)Gate極1，并運(yùn)用SEM、TEM或XRD等設(shè)備檢測Gate極I的質(zhì)量。
[0050]2)在Gate極I上用電噴霧噴印OFET中間層的介電層11:
[0051]配置質(zhì)量濃度為0.18?0.22g/mL的PMMA溶液，選取傳統(tǒng)的金屬噴嘴6’，運(yùn)用電噴霧(或傳統(tǒng)電紡絲)工藝在上述已噴印的Gate極I上多次噴印，在Gate極I上形成一層厚度均勻的介電層11，作為柔性O(shè)FET的介電層11，并運(yùn)用SEM、TEM或XRD等設(shè)備檢測介電層11的質(zhì)量。
[0052]3)利用混合型噴嘴6在硅片上紡制OFET的導(dǎo)電單元8:
[0053]分別配置質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液3，作為OFET的源極和漏極的電噴印原料，依次導(dǎo)入到上述混合型噴嘴6的源極腔室61和漏極腔室62 ;另外再分別配置質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的P3HT溶液4和質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的礦物油5，作為OFET的半導(dǎo)體纖維層81和輔助層，并依次導(dǎo)入到上述混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64。將上述混合型噴嘴6與氣壓控制器65連接，同時(shí)高壓發(fā)生器7正負(fù)極分別與上述混合型噴嘴6和XY運(yùn)動(dòng)平臺2相連。啟動(dòng)氣壓控制器65與高壓發(fā)生器7，高壓發(fā)生器7施加的電壓為I?3kV，精密調(diào)節(jié)氣壓控制器65的氣壓為0.2?0.4kPa(以保證半導(dǎo)體腔室63與輔助腔室64內(nèi)各自的流量為源極腔室61、漏極腔室62流量的5?10倍)，混合型噴嘴6與接收基板21 (例如硅片或鋁板)之間的間距為2?8mm，在接收基板21上實(shí)現(xiàn)近場靜電紡絲。再通過控制XY運(yùn)動(dòng)平臺2的運(yùn)動(dòng)軌跡，控制纖維有序、陣列化的沉積、粘附在接收基板21上。將所得纖維整列經(jīng)初步清洗將輔助腔室64的油層去除并干燥后初步形成柔性O(shè)FET的導(dǎo)電單元8。清洗油層主要是使S極纖維層82和D極纖維層83露出，便于接線，因此輔助腔室64要使用礦物油5，以便于清洗。
[0054]4)機(jī)械切割:
[0055]將上述OFET結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械切割，以形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊，如圖8所示。進(jìn)行機(jī)械切割主要為了實(shí)現(xiàn)陣列化制造。不切割的話制造的電子器件尺寸大，且數(shù)量少。進(jìn)行機(jī)械切割后可以形成很多個(gè)導(dǎo)電塊；分割成很多個(gè)導(dǎo)電塊后，將這很多個(gè)導(dǎo)電塊都轉(zhuǎn)到介電層上，每個(gè)導(dǎo)電塊可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能。
[0056]5)轉(zhuǎn)印導(dǎo)電單元8并精確定位至介電層11:
[0057]將接收基板21上的導(dǎo)電單元8通過精確定位、轉(zhuǎn)印工藝(如圖9所示)轉(zhuǎn)到上述的介電層11上，即S極纖維層82、D極纖維層83和半導(dǎo)體纖維層81 —起轉(zhuǎn)印到介電層11上。其中，半導(dǎo)體纖維層81與介電層11接觸，導(dǎo)電單元8與介電層ll、Gate極I和柔性基底10 —起組成復(fù)合單元。
[0058]6)在柔性基底10上用絲網(wǎng)印刷制造連接電極層9:
[0059]在柔性基板10’上運(yùn)用絲網(wǎng)印刷工藝制造網(wǎng)格狀的連接電極層9，其結(jié)構(gòu)如圖10所示，目的在于將步驟5)形成的復(fù)合單元串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)起來，且電路結(jié)構(gòu)與第5)步中切割的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。
[0060]7) PDMS封裝成型
[0061]將步驟6)形成的連接電極層9與步驟5)形成的復(fù)合單元進(jìn)行精確定位、組合，如圖11所示，并將上述組合后的結(jié)構(gòu)用PDMS在真空中進(jìn)行電子封裝，通過側(cè)面引線與外界互聯(lián)便制得完整的陣列化OFET器件，最后用電子儀器檢測電路是否通暢。
[0062]優(yōu)選地，柔性O(shè)FET單元中源極和漏極之間的平行間距d為I?lOum。為保證參數(shù)的同一性，各單元中源極和漏極之間的平行間距采用5um ;柔性基底10采用PVDF或Ecoflex ；S極纖維層82、D極纖維層83與連接電極層9采用納米Ag溶液3 ;介質(zhì)層采用PMMA ;半導(dǎo)體纖維層81采用P3HT。
[0063]與現(xiàn)在制造OFET的工藝相比，運(yùn)用混合型噴嘴6通過靜電紡絲制造OFET的方式有以下優(yōu)點(diǎn):
[0064](I)工藝簡單，在混合型噴嘴6制備完成的情況下，靜電紡絲工藝實(shí)現(xiàn)簡單，對環(huán)境要求也較低；
[0065](2)成本低，設(shè)備成本低，同時(shí)制造過程中均只需要一定濃度的溶液，損耗少；
[0066](3)精度、分辨率高，不需重復(fù)定位，而且靜電紡絲所得纖維器件均在微納尺度，集成度完全滿足電路要求；
[0067](4)效率高，大面積制造也易于實(shí)現(xiàn)，靜電紡絲工藝可通過增加噴嘴數(shù)量并行紡絲，大大提高產(chǎn)量與效率，滿足工業(yè)實(shí)際要求；
[0068](5)工藝與柔性基底10相容，可直接在柔性基底10上紡制OFET器件，保證器件可彎曲，適用于復(fù)雜工況。
[0069]本發(fā)明中采用了靜電紡絲工藝，因此在制造OFET的過程中纖維的尺寸以及形貌可以通過電紡絲工藝的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體表現(xiàn)在:
[0070]第一是MEMS加工混合型噴嘴6的尺寸可變，進(jìn)而大范圍調(diào)控OFET纖維的直徑；
[0071]第二是改變供液流量，可改變OFET各個(gè)層的厚度，適用于小范圍調(diào)整混合纖維的直徑；
[0072]第三是改變外加電壓大小、噴嘴與接收基板21距離，可改變各個(gè)層的厚度以及改變纖維形貌，形成屈曲、蛇形、直線等結(jié)構(gòu)；
[0073]第四是可改變可程控XY運(yùn)動(dòng)平臺2運(yùn)動(dòng)速度，配合鞭動(dòng)行為課制得電話線、“8”字形、正弦線與直線等特殊結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成復(fù)雜圖案。
[0074]另外，隨著電極、有機(jī)半導(dǎo)體及有機(jī)電介質(zhì)材料的發(fā)展，運(yùn)用此工藝可加工的電子器件將大大擴(kuò)展，并且電學(xué)性能將會得到極大地提升，滿足實(shí)際工業(yè)場合的眾多要求。
[0075]本發(fā)明提出了混合型噴嘴6搭配運(yùn)用于靜電紡絲的工藝一步制造功能器件的工藝，此種方式隨著噴嘴形式的變化可制造諸如多層薄膜晶體管、OLED等器件，具有極大的應(yīng)用前景。
[0076]實(shí)施例1
[0077]I)噴印Gate極1:將質(zhì)量濃度為0.lg/mL的納米Ag溶液噴印3?5分鐘在柔性基底10上形成厚度均勻的Gate極I ;Gate極I形成后，使用SEM、TEM以及XRD設(shè)備檢測Gate極I的質(zhì)量。
[0078]2)噴印介電層11:將質(zhì)量濃度為0.18g/mL的PMMA溶液噴印3?5分鐘在步驟I)形成的Gate極I上，形成厚度均勻的介電層11 ;其中，PMMA相對分子質(zhì)量為120000，PMMA溶液的溶劑為丙酮。
[0079]3)成形導(dǎo)電單元8:將質(zhì)量濃度為0.08g/mL的納米Ag溶液3分別導(dǎo)入到混合型噴嘴6的源極腔室61和漏極腔室62 ;將質(zhì)量濃度為0.lg/mL的P3HT溶液4和質(zhì)量濃度為
0.08g/mL的礦物油5分別導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64 ;在XY運(yùn)動(dòng)平臺2上放置接收基板21，調(diào)節(jié)混合型噴嘴6與接收基板21的間距為2mm ;高壓發(fā)生器7在混合型噴嘴6與XY運(yùn)動(dòng)平臺2之間施加電壓，高壓發(fā)生器7施加的電壓為IkV ;其中，納米Ag溶液3分別通過第一氣壓控制器和第二氣壓控制器導(dǎo)入源極腔室61和漏極腔室62，P3HT溶液4和礦物油5分別通過第三氣壓控制器和第四氣壓控制器導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64，第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器內(nèi)的氣壓分別為0.2kPa。液體在混合型噴嘴6上形成泰勒錐后噴出到接收基板21上，XY運(yùn)動(dòng)平臺2帶動(dòng)接收基板21移動(dòng)，噴出的液體在接收基板21上沉積形成導(dǎo)電單元8及覆在導(dǎo)電單元8上的油層；導(dǎo)電單元8包括半導(dǎo)體纖維層81及位于半導(dǎo)體纖維上的S極纖維層82和D極纖維層83，半導(dǎo)體纖維層81由P3HT溶液4形成，S極纖維層82和D極纖維層83分別由源極腔室61和漏極腔室62噴出的納米Ag溶液3形成，油層由礦物油5形成；此后清洗掉導(dǎo)電單元8上的油層；
[0080]4)機(jī)械切割:接收基板21及其上的導(dǎo)電單元8進(jìn)行機(jī)械切割分塊，形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊。
[0081]5)轉(zhuǎn)印:將步驟4)形成的導(dǎo)電塊通過轉(zhuǎn)印工藝轉(zhuǎn)到步驟2)形成的介電層11上形成復(fù)合單元，復(fù)合單元中半導(dǎo)體纖維層81與介電層11接觸；
[0082]6)制造連接電極層9:采用絲網(wǎng)印刷工藝使導(dǎo)電金屬漿在柔性基板10’上制造網(wǎng)格狀的連接電極層9，用于串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)步驟5)形成的復(fù)合單元；導(dǎo)電金屬漿為導(dǎo)電銀漿或者導(dǎo)電銅漿；
[0083]7)組合封裝:將連接電極層9與復(fù)合單元定位后組合，用PDMS在真空中進(jìn)行電子封裝，通過側(cè)面引線與外界互聯(lián)便制得完整的陣列化OFET器件，最后用電子儀器檢測電路是否通暢。
[0084]實(shí)施例2
[0085]I)噴印Gate極1:將質(zhì)量濃度為0.08g/mL的納米Ag溶液噴印噴印3?5分鐘在柔性基底10上形成厚度均勻的Gate極I ;Gate極I形成后，使用SEM、TEM以及XRD設(shè)備檢測Gate極I的質(zhì)量。
[0086]2)噴印介電層11:將質(zhì)量濃度為0.22g/mL的PMMA溶液噴印3?5分鐘在步驟I)形成的Gate極I上，形成厚度均勻的介電層11 ;其中，PMMA相對分子質(zhì)量為120000，PMMA溶液的溶劑為丙酮。
[0087]3)成形導(dǎo)電單元8:將質(zhì)量濃度為0.lg/mL的納米Ag溶液3分別導(dǎo)入到混合型噴嘴6的源極腔室61和漏極腔室62 ;將質(zhì)量濃度為0.08g/mL的P3HT溶液4和質(zhì)量濃度為0.lg/mL的礦物油5分別導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64 ;在XY運(yùn)動(dòng)平臺2上放置接收基板21，調(diào)節(jié)混合型噴嘴6與接收基板21的間距為5mm ;高壓發(fā)生器7在混合型噴嘴6與XY運(yùn)動(dòng)平臺2之間施加電壓，高壓發(fā)生器7施加的電壓為3kV ;其中，納米Ag溶液3分別通過第一氣壓控制器和第二氣壓控制器導(dǎo)入源極腔室61和漏極腔室62，P3HT溶液4和礦物油5分別通過第三氣壓控制器和第四氣壓控制器導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64，，第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器內(nèi)的氣壓分別為0.4kPa。液體在混合型噴嘴6上形成泰勒錐后噴出到接收基板21上，XY運(yùn)動(dòng)平臺2帶動(dòng)接收基板21移動(dòng)，噴出的液體在接收基板21上沉積形成導(dǎo)電單元8及覆在導(dǎo)電單元8上的油層；導(dǎo)電單元8包括半導(dǎo)體纖維層81及位于半導(dǎo)體纖維上的S極纖維層82和D極纖維層83，半導(dǎo)體纖維層81由P3HT溶液4形成，S極纖維層82和D極纖維層83分別由源極腔室61和漏極腔室62噴出的納米Ag溶液3形成，油層由礦物油5形成；此后清洗掉導(dǎo)電單元8上的油層；
[0088]4)機(jī)械切割:接收基板21及其上的導(dǎo)電單元8進(jìn)行機(jī)械切割分塊，形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊。
[0089]5)轉(zhuǎn)印:將步驟4)形成的導(dǎo)電塊通過轉(zhuǎn)印工藝轉(zhuǎn)到步驟2)形成的介電層11上形成復(fù)合單元，復(fù)合單元中半導(dǎo)體纖維層81與介電層11接觸；
[0090]6)制造連接電極層9:采用絲網(wǎng)印刷工藝使導(dǎo)電金屬漿在柔性基板10’上制造網(wǎng)格狀的連接電極層9，用于串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)步驟5)形成的復(fù)合單元；導(dǎo)電金屬漿為導(dǎo)電銀漿或者導(dǎo)電銅漿；
[0091]7)組合封裝:將連接電極層9與復(fù)合單元定位后組合，用PDMS在真空中進(jìn)行電子封裝，通過側(cè)面引線與外界互聯(lián)便制得完整的陣列化OFET器件，最后用電子儀器檢測電路是否通暢。
[0092]實(shí)施例3
[0093]I)噴印Gate極1:將質(zhì)量濃度為0.12g/mL的納米Ag溶液噴印3?5分鐘在柔性基底10上形成厚度均勻的Gate極I ;Gate極I形成后，使用SEM、TEM以及XRD設(shè)備檢測Gate極I的質(zhì)量。
[0094]2)噴印介電層11:將質(zhì)量濃度為0.2g/mL的PMMA溶液噴印噴印3?5分鐘在步驟I)形成的Gate極I上，形成厚度均勻的介電層11 ;其中，PMMA相對分子質(zhì)量為120000，PMMA溶液的溶劑為丙酮。
[0095]3)成形導(dǎo)電單元8:將質(zhì)量濃度為0.12g/mL的納米Ag溶液3分別導(dǎo)入到混合型噴嘴6的源極腔室61和漏極腔室62 ;將質(zhì)量濃度為0.12g/mL的P3HT溶液4和質(zhì)量濃度為0.12g/mL的礦物油5分別導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64 ;在XY運(yùn)動(dòng)平臺2上放置接收基板21，調(diào)節(jié)混合型噴嘴6與接收基板21的間距為8mm ;高壓發(fā)生器7在混合型噴嘴6與XY運(yùn)動(dòng)平臺2之間施加電壓，高壓發(fā)生器7施加的電壓為2kV ;其中，納米Ag溶液3分別通過第一氣壓控制器和第二氣壓控制器導(dǎo)入源極腔室61和漏極腔室62，P3HT溶液4和礦物油5分別通過第三氣壓控制器和第四氣壓控制器導(dǎo)入混合型噴嘴6的半導(dǎo)體腔室63和輔助腔室64，第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器內(nèi)的氣壓分別為0.3kPa。液體在混合型噴嘴6上形成泰勒錐后噴出到接收基板21上，XY運(yùn)動(dòng)平臺2帶動(dòng)接收基板21移動(dòng)，噴出的液體在接收基板21上沉積形成導(dǎo)電單元8及覆在導(dǎo)電單元8上的油層；導(dǎo)電單元8包括半導(dǎo)體纖維層81及位于半導(dǎo)體纖維上的S極纖維層82和D極纖維層83，半導(dǎo)體纖維層81由P3HT溶液4形成，S極纖維層82和D極纖維層83分別由源極腔室61和漏極腔室62噴出的納米Ag溶液3形成，油層由礦物油5形成；此后清洗掉導(dǎo)電單元8上的油層；
[0096]4)機(jī)械切割:接收基板21及其上的導(dǎo)電單元8進(jìn)行機(jī)械切割分塊，形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊。
[0097]5)轉(zhuǎn)印:將步驟4)形成的導(dǎo)電塊通過轉(zhuǎn)印工藝轉(zhuǎn)到步驟2)形成的介電層11上形成復(fù)合單元，復(fù)合單元中半導(dǎo)體纖維層81與介電層11接觸；
[0098]6)制造連接電極層9:采用絲網(wǎng)印刷工藝使導(dǎo)電金屬漿在柔性基板10’上制造網(wǎng)格狀的連接電極層9，用于串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)步驟5)形成的復(fù)合單元；導(dǎo)電金屬漿為導(dǎo)電銀漿或者導(dǎo)電銅漿；
[0099]7)組合封裝:將連接電極層9與復(fù)合單元定位后組合，用PDMS在真空中進(jìn)行電子封裝，通過側(cè)面引線與外界互聯(lián)便制得完整的陣列化OFET器件，最后用電子儀器檢測電路是否通暢。
[0100]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)噴印Gate極:將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液噴印在柔性基底上形成厚度均勾的Gate極； 2)噴印介電層:將質(zhì)量濃度為0.18?0.22g/mL的PMMA溶液噴印在步驟I)形成的Gate極上，形成厚度均勾的介電層； 3)成形導(dǎo)電單元:將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的納米Ag溶液分別導(dǎo)入到混合型噴嘴的源極腔室和漏極腔室；將質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的P3HT溶液和質(zhì)量濃度為0.08?0.12g/mL的礦物油分別導(dǎo)入混合型噴嘴的半導(dǎo)體腔室和輔助腔室，在XY運(yùn)動(dòng)平臺上放置接收基板，調(diào)節(jié)混合型噴嘴與接收基板的間距為2?8mm，高壓發(fā)生器在混合型噴嘴與XY運(yùn)動(dòng)平臺之間施加電壓，使液體在混合型噴嘴上形成泰勒錐后噴出到接收基板上，XY運(yùn)動(dòng)平臺帶動(dòng)接收基板移動(dòng)，噴出的液體在接收基板上沉積形成導(dǎo)電單元及覆在導(dǎo)電單元上的油層；導(dǎo)電單元包括半導(dǎo)體纖維層及位于半導(dǎo)體纖維上的S極纖維層和D極纖維層，半導(dǎo)體纖維層由P3HT溶液形成，S極纖維層和D極纖維層分別由源極腔室和漏極腔室噴出的納米Ag溶液形成，油層由礦物油形成；此后清洗掉導(dǎo)電單元上的油層； 4)轉(zhuǎn)印:將步驟3)形成的導(dǎo)電單元通過轉(zhuǎn)印工藝轉(zhuǎn)到步驟2)形成的介電層上形成復(fù)合單元，復(fù)合單元中半導(dǎo)體纖維層與介電層接觸； 5)制造連接電極層:將導(dǎo)電金屬漿噴印在柔性基板上制造網(wǎng)格狀的連接電極層，用于串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)步驟4)形成的復(fù)合單元； 6)組合封裝:將連接電極層與復(fù)合單元定位后組合，將組合后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電子封裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟I)中Gate極形成后，使用SEM、TEM以及XRD設(shè)備檢測Gate極的質(zhì)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟2)中PMMA相對分子質(zhì)量為120000，PMMA溶液的溶劑為丙酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟3)中高壓發(fā)生器施加的電壓為I?3kV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟3)中納米Ag溶液分別通過第一氣壓控制器和第二氣壓控制器導(dǎo)入源極腔室和漏極腔室，P3HT溶液和礦物油分別通過第三氣壓控制器和第四氣壓控制器導(dǎo)入混合型噴嘴的半導(dǎo)體腔室和輔助腔室，第一氣壓控制器、第二氣壓控制器、第三氣壓控制器和第四氣壓控制器內(nèi)的氣壓分別為0.2?0.4kPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟3)中清洗掉導(dǎo)電單元上的油層后，將接收基板及其上的導(dǎo)電單元進(jìn)行機(jī)械切割分塊，形成多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:步驟5)中采用絲網(wǎng)印刷工藝制作連接電極層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用混合型噴嘴噴印制造有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于:導(dǎo)電金屬漿為導(dǎo)電銀漿或者導(dǎo)電銅漿。
9.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1?8中任一權(quán)利要求所述方法的混合型噴嘴，其特征在于:包括本體，所述本體的上部設(shè)置有第一導(dǎo)流小圓孔和第二導(dǎo)流小圓孔，分別用于導(dǎo)入P3HT溶液和礦物油；本體的上部還設(shè)置有第三導(dǎo)流小圓孔和第四導(dǎo)流小圓孔，分別用于導(dǎo)入納米Ag溶液；本體的下部設(shè)置有大圓孔，大圓孔內(nèi)腔設(shè)置有隔離凸臺，用于將大圓孔分隔成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽分別與第一導(dǎo)流小圓孔和第二導(dǎo)流小圓孔連通；隔離凸臺上設(shè)置有第五導(dǎo)流小圓孔和第六導(dǎo)流小圓孔，分別與第三導(dǎo)流小圓孔和第四導(dǎo)流小圓孔連通；第一凹槽和第一導(dǎo)流小圓孔連通形成半導(dǎo)體腔室，第二凹槽與第二導(dǎo)流小圓孔連通形成輔助腔室，第三導(dǎo)流小圓孔與第五導(dǎo)流小圓孔連通形成源極腔室，第四導(dǎo)流小圓孔與第六導(dǎo)流小圓孔連通形成漏極腔室。
10.有機(jī)場效應(yīng)晶體管噴印設(shè)備，其特征在于:包括權(quán)利要求9所述的混合型噴嘴，所述混合型噴嘴通過高壓發(fā)生器連接有XY運(yùn)動(dòng)平臺，混合型噴嘴上連接有儲液器，所述儲液器上連接有用于將儲液器內(nèi)的液體注入混合型噴嘴內(nèi)的氣壓控制器。
【文檔編號】H01L51/00GK104485419SQ201410698667
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】黃永安, 丁亞江, 陳堅(jiān), 尹周平 申請人:華中科技大學(xué)