[发明专利]高速高分辨率的选择性转移印刷方法

说明书

本发明公开了一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，是用热释放胶带与施主基底上的元件接触，依靠热释放胶带与元件强粘附将元件从施主基底上拾取；使用高分辨率局部热源选择性地加热粘附有元件的热释放胶带，使加热部分的胶带失去粘性；通过热释放胶带与受主基底接触，实现选择性地从热释放胶带上印刷元件到受主基底上。本发明的方法适用范围广，对于刚性或柔性的基底，拾取过程和印刷过程可以采用不同形式实现。所述局部热源选择性加热可以采用高空间分辨率激光束结合振镜场镜或者位移平台扫描，平行光源掩模加热或微加热器阵列加热等方式实现。该方法具有可靠性高，速度快，吞吐量大，转印图案可编程，转印分辨率高的优点。

技术领域

本发明涉及一种转移印刷技术，尤其涉及一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，可用于任意图案化的微纳结构的确定性组装。

背景技术

转移印刷技术，是一种将微纳材料集成为空间有序的二维或三维功能模块的一种技术，转印技术可以应用于一些异质不均匀的高性能集成功能性系统的制备，如柔性光/电子器件、三维或曲面光/电子器件、生物相容性的探测与测量设备。这种技术能够行之有效地将不同种类、独立制备的离散元件进行大规模集成,进而形成空间有序的功能系统。其可转印材料范围非常广，从复杂分子材料，如自组装的单层材料(self-assembledmonolayers，SAMs)、功能高分子材料、DNA、光刻胶等，到高性能硬质材料，如无机单晶硅半导体、金属材料、氧化物薄膜等，以及完全集成的设备如薄膜晶体管(thin filmtransistors，TFTs)、发光二极管(light emitting diodes，LEDs)、CMOS电路、传感器阵列、太阳能电池等都可以用转印技术进行组装。这些功能系统和器件的材料越来越多样，结构的越来越复杂，相应地，要求转印技术既能全局和高速并行，又能选择性、编程性精确地进行。

转印一般使用转印印章实现，依靠印章与施主基底上制备的元件之间的强粘附把元件从施主基底上拾取下来；转移到受主基底上之后，减弱印章与元件之间的粘附力，把元件印刷到受主基底上。

通常，施主基底为硬脆的刚性材料，如无机电子行业，传统半导体制备工艺中使用的硅、锗、蓝宝石以及石英玻璃等基底。

此外，施主基底也可能是柔性可弯曲的薄片，如有机半导体制备中使用的玻璃薄片、不锈钢薄片或者是PEN，PI等塑料，以及气相沉积法制备石墨烯工艺中使用的铜薄片等。

通常，受主基底是可延展柔性的高分子材料，如橡胶；或者是柔性可弯曲薄片，如玻璃薄片、不锈钢薄片或者是PEN、PI等塑料；此外，也可能为刚性材料，如玻璃板等。

通常，转印有并行转印，串行转印两种模式。并行转印一次处理大批量元件，转印吞吐量大，速度快；串行转印一次处理单个或者几个元件，对元件的控制能力强，转印精度高，容错能力强。

转印技术的工业化应用要求高吞吐量和高速率，也就是要求每次转印能够处理大量的元件。提高吞吐量和速度可以通过增加并行转印模式的转印印章面积来实现，但是转印印章的面积增加，会给印章与基底的对准带来挑战；此外，转印的缺陷，如缺拾取，漏印刷，元件缺陷会随着转印印章面积的增加而增加，而且一次转印的缺陷会在一下轮转印中导致更多的缺陷，导致转印的容错能力急剧降低；转印面积的增加还会导致对于单个元件的控制能力减弱，降低转印的精度。

在许多情况下，要求选择性、可编程性地将元件图案化地印刷在受主基地上。比如太阳能电池、LED和硅半导体元件制备中，由于元件成本高，为了节约材料和成本，元件通常以很密的阵列形式制备在施主基底上，但是在使用的时候，却要求元件以稀疏的阵列或者特定的图案分布在受主基底上；或者是石墨烯电极，光刻胶等，要求其按照功能化的图案印刷在受主基地上。

选择性、可编程性转印技术能够根据需要，选择性地把元件印刷在受主基地上，既具有并行转印大面积高吞吐量处理元件的优势；也具有串行转印能对单个元件进行高精度高可靠地集成的优势，能够很好地解决上述矛盾。