[发明专利]一种基于三明治结构的柔性硅薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统（MEMS: micro-electro-mechanical systems）的制备技术领域，涉及一种三明治结构的柔性硅薄膜及其制备方法，是两层杨氏模量相对于硅材料小很多的有机聚合物膜中间夹一层单晶硅膜从而形成易于大幅度机械变形的三明治结构薄膜及其微加工制备方法，适用于柔性电子技术。

背景技术

MEMS是微电子技术与机械和光学等技术结合的产物，是IC工艺技术的拓展和延伸，实现了多种非硅材料的集成化制造，是微电子技术应用的新突破。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的新兴技术，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学等，在经济社会的多方面如国防、航空航天、医疗、信息通信、汽车等领域都具有应用前景，因而倍受人们的关注，并得到了迅速的发展。

柔性电子技术，即利用MEMS加工手段，将光学、电子器件制作于可大幅度机械变形而无损器件功能的柔性衬底上。由于在柔性图像阵列、太阳能电池、人体健康监测、人造皮肤、视网膜植入等方面的应用潜力，柔性电子技术引起了人们越来越多的研究兴趣。衬底的机械柔性是这一技术的关键属性。目前，多数柔性电子技术是将器件（乃至于有机半导体器件）通过转印或无源器件的直接图形化方法制作于有机聚合物材料衬底上，比如聚酰亚胺(polyimide)、聚对二甲笨(parylene)、硅树脂(silicone)等。然而，这类柔性电子技术信息处理速度慢；有机材料熔点低，不适用于传统的高性能电子器件的制备；一些高温材料也不能直接制备于其上，从而影响一些高性能传感器件的制备和利用。因而，在开发柔性电子技术的研究工作中，作为电子技术标准材料的硅重新引起人们的注意。硅的体材料虽然通常被认为是硬、脆的材料，但减薄至微米以至纳米量级的硅，其由于弯曲变形引起的表面应力可以大幅减小，从而可以轻易的实现机械变形而无断裂现象的发生，而且这样的薄膜仍保有单晶硅的特性，从而为得到高性能柔性电子器件、电路提供极有吸引力的柔性平台。张沧海等人(Chinese Physics Letters, Vol.30(8), 2013, pp.086201)利用背面刻蚀绝缘体上硅(SOI: Silicon on Insulator)晶圆片得到了柔性衬底，S. Mack等人(Applied Physics Letters, 88, 2006, pp.213101)在硅(111)片的正面刻蚀出沟槽后用各向异性腐蚀硅的方法得到了柔性的硅带，但这些与传统的硅(100)片相比，成本较高。Sally M Ahmed等人(IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2014, pp.548-551)利用硅(100)片在正面先深硅刻蚀形成刻蚀孔阵列后，再各向异性干法刻蚀得到了柔性硅膜，不过这种方法由于要在硅片上先做出刻蚀孔，占用了硅片的面积，影响了硅片表面的利用效率，阻碍了器件电路在硅片上的设计灵活性。

发明内容

本发明的目的是针对现有柔性衬底的不足而提供的一种三明治结构的柔性硅薄膜及其制备方法，该硅薄膜结构没有背景技术中的缺点，通过保护膜沉积、湿法刻蚀、聚合物的涂覆等工艺形成柔性三明治结构薄膜，既保持了硅单晶的特点，又增加硅薄膜抗外界环境腐蚀的能力，还大大简化了柔性衬底的制造工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于三明治结构的柔性硅薄膜，特点是该薄膜具有聚合物膜-保护膜-单晶硅膜-聚合物膜结构。