[发明专利]在PET 上的聚合物基质的选择性蚀刻

说明书

技术领域

本发明涉及一种选择性蚀刻以及高分辨率地图案化聚合物基质的方法，所述聚合物基质包含Ag纳米管。

背景技术

通过金属沉积和图案化、高温退火和各向异性化学蚀刻已经由块状晶片（bulk wafers）制备了带有集成欧姆接触的微/纳米线。当前，对于在显示器、传感器、医疗器件和其他系统中的广泛应用而言，以高品质的单晶半导体纳米结构和微结构形成于大面积的机械柔性的塑料基材上的电子器件非常令人感兴趣。已证实有很多方法能将高品质的半导体材料转移到塑料基材上。

传统的光刻方法，尽管它们在所要形成的表面特征的构造和组成方面是多用途的，但是是昂贵的并需要专门化的设备。除此之外，光刻方法难以图案化非常大的和/或非刚性的表面，如纺织品、纸张、塑料等等。

在激光辅助的蚀刻方法中，激光束扫描该基材上的所有蚀刻图案点，其除了高精度之外，也需要相当大的调整工作且非常耗时。

但与此同时，可以提供能直接构建在大范围的非寻常器件基材（例如塑料或纸张）上的高性能器件。特别是，在低温下将这样的线的有序阵列转印到塑料基材上，产生高品质的可弯曲的金属半导体场效应晶体管；例如在聚（对苯二甲酸乙二醇酯）[PET]上制备电子器件{Y.Sun等，Applied Physics Letters,87,083501(2005)}。该后一种途径使用高品质的块状GaAs作为起始原料，使用“自上向下”的制造程序以形成微米/纳米线和使用利用弹性体印模（elastomeric stamp）以整合这些线的有序化阵列与塑料基材的转印技术。在这个过程中，光致抗蚀剂线的图案被限定在金属条的顶部。开口位于相邻的金属条之间，并且开口允许蚀刻剂扩散到GaAs表面以各向异性地蚀刻GaAs。各向异性蚀刻沿着GaAs的表面产生反向的台面（reverse mesas）和底切（undercut），从而生产从母体晶片松脱的GaAs线。

这意味着图案化表面的方法是公知的，并且包括光刻技术以及软接触式印刷技术，如在U.S.5,512,131中也公开的“微接触印刷”。

采用软光刻技术，可以产生横向尺寸小到40nm的表面特征，但是使用这些技术可以形成的表面特征的范围是有限的。

这意味着根据本领域的当前状态，可以通过激光辅助的蚀刻方法直接地或者在掩蔽之后通过湿化学方法或通过干蚀刻方法，将任何所需的结构选择性地蚀刻在基于聚合物的基材上。

在另一种途径中，使用“糊”形成各种具有复杂构造的表面特征。一般地，通过丝网印刷、喷涂、喷墨印刷或注射器沉积将糊施加到表面上。然而，通过这些方法产生的表面特征的横向尺度仍受到限制。特别是，已经发现难以达到低于100μm的横向尺度。特别是，如果必须被图案化或结构化的表面由不同的材料组成且不均匀，则难以均匀且均质地选择性图案化聚合物材料。

所述湿化学方法和干蚀刻方法包括材料密集的、费时且昂贵的过程步骤：

A.掩蔽不被蚀刻的区域，例如通过

-光刻法：产生负型或者正型蚀刻结构

（根据抗蚀剂），干燥光致抗蚀剂，曝光经涂布的基材表面，显影，冲洗，如果需要的话干燥

B.蚀刻结构，通过：

-浸渍方法（例如在湿化学槽(banks)中的湿蚀刻）：

将基材浸渍到到蚀刻浴中，蚀刻过程，在阶梯式H₂O槽中反复冲洗，干燥

-旋涂或喷涂方法：将蚀刻溶液施加到旋转的基材，可以在有/无能量输入（例如IR或UV照射）下进行蚀刻操作，并在此之后接着冲洗和干燥

-干蚀刻法，例如，在昂贵的真空单元中等离子体刻蚀或在流体反应器中用反应性气体蚀刻。

如上面已经提到的，所述的这些蚀刻方法的缺点是由于费时、材料密集、昂贵的过程步骤，这些步骤在某些情况下从技术或安全的角度来看是复杂的或是以间歇方式进行。

发明目的和发明概述

因此，本发明的目的在于提供一种节省时间且便宜的蚀刻聚合物表面的方法，其可以是具有高效率和高聚合物表面生产能力的工业规模的方法，并且其比常规的在液体或气相中的湿法和干蚀刻法显著更廉价。

此外，本申请的一个目的在于提供一种廉价的方法，用于均质且均匀地结构化和/或图案化包含第二材料的柔性聚合物基质。特别是，本申请的一个目的在于提供一种合适的选择性结构化包含Ag纳米管（也称为Ag纳米线或Ag线）的聚合物基质。