[发明专利]通过层转移制备柔性结构的方法及中间结构和柔性结构

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造适合抓握，特别地适合使用至少一种微技术、微电子学或清洗步骤的柔性结构的方法。

本发明还涉及中间结构和柔性结构。所述制造方法和柔性结构可以特别地应用于柔性技术领域、微技术领域、微电子领域、柔性电子领域如芯片卡、智能纺织品，并且特别地用于制造应变计。

背景技术

柔性技术领域要求在由单晶材料组成的，具有例如小于5微米厚度的弹性可变形薄膜上或其中形成电子器件。目前，单晶材料的柔性膜不是如此非常地合适，并且柔性膜(如果它们存在或不使用任何支持物制造的话)，对于能够容易地操作(特别地通过微电子学的标准方法)而言实在太薄了。实际上这些膜易于缠绕在自身上、易于变形或折叠，这使它们难以用于制造电子器件。

在现有柔性基底(如聚合物或金属薄板)上生长单晶材料的薄膜是不可能的，因为这些基底不具有适合生长所希望品质的单晶材料的表面种子。

此外，难以实现使用脆化的有源基底通过Smart Cut^TM技术将非常薄的膜转移到柔性基底上。有时，仅部分膜被转移。这可以解释为由于柔性基底不能为沿着通过注入有源基底中形成的空穴的脆化平面或区域发展提供所需要的硬度。然后这些空穴在所有方向上并且特别地沿着垂直于所述脆化平面或区域的轴线发展，这可以导致薄膜起泡。

另一方面，有可能通过在薄膜和柔性基底之间插入硬化膜将薄膜从单晶材料的有源基底转移到柔性基底(如聚合物)上。如果获得的结构实际上是柔性的，它可能难以用于随后的工艺过程中。由于在结构的制造期间应力存贮在不同薄膜中，在室温下所述结构通常具有强烈的(弯曲或扭转)变形。

发明内容

本发明的目的之一是克服这个缺点以及提供可以操作的包括单晶材料薄膜的柔性结构，并且对于所述薄膜而言自发弓度(自弯曲，spontaneous bow)(即，在不存在外部应力下以及在室温下)较小，从而能够在薄膜的表面内或其上进行微技术或微电子学的步骤。

为此目的并根据第一方面，本发明的目的是用于制造柔性结构的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

-将离子物质(离子物种)注入第一源基质中以形成第一脆化区，从而限定特别地由单晶材料组成的第一薄膜，

-将离子物质注入第二源基质中以形成第二脆化区，从而限定特别地由单晶材料组成的第二薄膜，

-提供柔性基底，其硬度R小于或等于10⁷GPa·μm³，

-分别将第一和第二薄膜固定到柔性基底的第一面和第二面上，从而形成包括由第一和第二脆化区限定的柔性结构的堆叠，所述柔性结构具有适合允许转移第一和第二薄膜的硬化作用，以及

-利用断裂热平衡(施加断裂热预算，fracture thermal budget)从而将第一和第二薄膜转移到柔性基底上。

使用这种方法，由此有可能获得具有大于20cm，优选大于50cm，以及还优选大于1m的自发曲率半径的柔性结构。

这种结构(如果它另外具有足够的尺度(典型地大于几mm))，可以容易地操作。这是具有标准尺度的基底的情况，例如100或200mm直径。这种结构适合抓握，特别地有可能将它应用于至少一种微技术、微电子学或清洗步骤中。

通过使用公式R＝EH³/12(1-ν²)可以计算硬度R。E表示柔性基底材料的杨氏模量值(以GPa计)，H相应于基底的高度或厚度(以微米计)并且ν(nu)相应于材料的泊松系数(无量纲)。柔性基底的抗弯刚度和硬度较低，从而例如当施加外部应力时可以产生相当显著的弹性变形。作为比较，具有725微米商用厚度的刚性硅基底(其杨氏模量为约130GPa并且其弹性变形能力非常低)具有4·10⁹GPa·mm³等级的硬度。

通过使用公式r²/2Δ获得柱状结构的‘曲率半径’ρ，其中r表示这个结构的半径并且Δ(delta)表示在这个结构的表面中心测量的，通过这个结构假定的弓度。例如，5mm的弓度相应于针对具有100mm(或8英寸)半径的结构，1m的曲率半径。

表述‘自发曲率半径’描述了当它未经受任何外部应力并且在室温下时柔性结构内在的曲率半径。