一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法

本发明涉及微纳加工，具体涉及一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法。

背景技术：

1、作为一种广泛应用的图形化与对准技术，光刻技术是制造集成电子器件及多功能光电子器件的基础性工艺手段。然而，其相关工艺过程通常包含多种可能对有机半导体材料产生侵入性影响的步骤，包括有机溶剂或碱性溶液处理、高温热处理以及高能辐射暴露等。上述因素均可能导致有机半导体的电学或光电性能发生退化，甚至破坏其功能完整性。为解决上述问题，近年来已有大量研究工作主要集中于两类技术路线：一是开发具有抗光刻能力或可光刻图形化的有机半导体材料（亦称为半导体光刻胶）；二是构建引入保护层的光刻工艺流程（例如双保护层光刻或基于正交溶剂的保护层策略），以实现有机集成器件的直接光刻制造。尽管上述方法在一定程度上推动了有机集成器件的发展，但其在材料性能保持与工艺兼容性方面仍面临根本性挑战。

2、对于半导体光刻胶而言，高性能材料体系仍然十分有限，且引入可光交联基团通常会不可避免地削弱有机半导体主链的本征电学性能。对于基于保护层的光刻策略而言，保护层若无法完全去除，可能会对器件界面造成污染，从而引发性能劣化。除上述材料和界面相关问题外，光刻工艺通常还涉及多次循环迭代处理步骤。该类循环工艺不仅增加了整体工艺复杂性和制造成本，还会加剧对有机半导体中脆弱共轭结构的累积损伤。因此，采用该类方法制备的器件，其整体性能（如导通电流）通常较最佳研究水平低约一个数量级。

3、与光刻技术不同，掩模版是一种常用的基于遮影掩模的替代方法，可用于构建有机集成器件，其能够规避复杂的光刻工艺流程。进一步地，通过采用超薄聚合物衬底，可使遮影掩模通过微机械加工方式制备，从而获得与光刻相当的图形分辨率。因此，该方法能够以简化且无损伤的工艺流程，实现高集成度有机场效应晶体管阵列及电路的制备，并获得界面洁净、载流子传输性能保持良好的器件。尽管具有上述优势，掩模版仍然在根本上受限于对高精度超薄掩膜版进行物理“拾取-放置”对准的依赖。该固有局限不仅严重制约了其在大面积、规模化制造中的应用，还会降低多层有机场效应晶体管电路的对准精度与集成精度，从而限制其在高集成度、多功能有机电子及光电子系统中的广泛应用。

4、综上所述，现有图形化技术难以兼顾高分辨率加工与有机材料的工艺兼容性，同时在高精度对准和大面积规模化制造方面仍存在明显不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，属于有机场效应晶体管（ofet）阵列和有机发光二极管（oled）的微纳加工与集成制备技术。避免了传统“拾取-放置”机械对准带来的误差，实现约3 μm的图形精度及小于6 μm的对准偏差，显著提升对准精度与加工可靠性，且具有出色的可重复使用性。

2、为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

3、一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，包括以下步骤：

4、s1、选取经含氟硅烷自组装单分子层修饰的基底，并在所述基底上沉积聚对二甲苯薄膜；

5、s2、对所述聚对二甲苯薄膜进行图形化处理，形成具有镂空图形结构的聚对二甲苯阴影掩模；

6、s3、将所述聚对二甲苯阴影掩模转移至聚二甲基硅氧烷支撑体上，再转移至目标基底表面；

7、s4、通过所述聚对二甲苯阴影掩模在所述目标基底上沉积功能材料，形成图形化功能层后，剥离所述聚对二甲苯阴影掩模。

8、优选地，s1中所述含氟硅烷为（1h,1h,2h,2h-全氟辛基）三乙氧基硅烷，所述基底在90℃条件下经气相沉积处理15min。

9、优选地，s1中所述聚对二甲苯薄膜的厚度为12μm。

10、优选地，s2中所述图形化处理包括：在所述聚对二甲苯薄膜表面形成图形化的铝硬掩模；以所述铝硬掩模为保护层进行氧等离子体刻蚀，将图形转移至所述聚对二甲苯薄膜；去除所述铝硬掩模，获得具有镂空图形结构的聚对二甲苯阴影掩模。

11、优选地，所述铝硬掩模的厚度为30nm；所述氧等离子体刻蚀的条件为：腔体压力100pa、氧气流量50sccm、射频功率150w。

12、优选地，s3中将所述聚对二甲苯阴影掩模转移至聚二甲基硅氧烷支撑体上之后，还包括：借助对准标记，在光学显微镜下将所述聚对二甲苯阴影掩模与所述目标基底上的已有图形进行对准。

13、一种有机场效应晶体管阵列的制备方法，采用上述中任一项所述的方法，在重掺杂硅片/二氧化硅基底上形成图形化的底栅电极；在所述底栅电极上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成c8-btbt/ps共混薄膜，将具有镂空图形结构的聚对二甲苯印章转移至所述c8-btbt/ps共混薄膜表面，经层压保持后剥离所述聚对二甲苯印章，获得与底栅电极对准的图形化有机半导体沟道层；在所述图形化有机半导体沟道层上形成图形化的源漏电极，获得有机场效应晶体管阵列。

14、优选地，所述栅介质层为聚对二甲苯/pvcn复合介质层，其单位面积电容为4.68nfcm-2；所述源漏电极为f4-tcnq/ag叠层结构，其中f4-tcnq层厚度为16nm，ag层厚度为40nm。

15、有益效果

16、与现有技术相比，本发明一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，涉及基于超薄 parylene 阴影掩模的精密图案化方法、范德华力调控层压转移技术以及有机半导体器件高集成度构筑工艺，涵盖柔性电子、微纳制造及有机光电器件集成等相关技术领域。通过调控阴影掩模与接收基底之间的范德华相互作用，实现掩模的可控附着、脱离及选择性释放，从而避免了传统“拾取-放置”机械对准带来的误差，实现约3 μm的图形精度及小于6 μm的对准偏差，显著提升对准精度与加工可靠性，且具有出色的可重复使用性。

17、相较于光刻工艺中涉及的溶剂处理、高温及辐射暴露，本发明采用基于阴影掩模的非侵入式加工方式，有效避免对有机半导体等敏感材料的性能破坏，调控的掩模版界面不会对单晶造成损伤，有利于保持器件的本征电学与光电特性。实现高达2500个晶体管/cm2的器件集成密度，同时获得高达2.15 μa/μm的导通电流密度，突破了现有技术中集成度与器件性能难以兼顾的限制。

18、另外，本发明不仅适用于有机场效应晶体管阵列的构建，还可扩展至晶体管与发光器件的单片集成，实现大面积有机发光晶体管阵列，体现出良好的通用性与体系兼容性。减少了对高精度机械对准的依赖，提升工艺稳定性与一致性，有利于实现大面积、高一致性的器件制造。

1.一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，s1中所述含氟硅烷为（1h,1h,2h,2h-全氟辛基）三乙氧基硅烷，所述基底在90℃条件下经气相沉积处理15min。

3.根据权利要求1所述的一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，s1中所述聚对二甲苯薄膜的厚度为12μm。

4.根据权利要求1所述的一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，s2中所述图形化处理包括：在所述聚对二甲苯薄膜表面形成图形化的铝硬掩模；以所述铝硬掩模为保护层进行氧等离子体刻蚀，将图形转移至所述聚对二甲苯薄膜；去除所述铝硬掩模，获得具有镂空图形结构的聚对二甲苯阴影掩模。

5.根据权利要求4所述的一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，所述铝硬掩模的厚度为30nm；所述氧等离子体刻蚀的条件为：腔体压力100pa、氧气流量50sccm、射频功率150w。

6.根据权利要求1所述的一种用于有机半导体器件的薄膜图形化转移与集成方法，其特征在于，s3中将所述聚对二甲苯阴影掩模转移至聚二甲基硅氧烷支撑体上之后，还包括：借助对准标记，在光学显微镜下将所述聚对二甲苯阴影掩模与所述目标基底上的已有图形进行对准。

7.一种有机场效应晶体管阵列的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的方法，在重掺杂硅片/二氧化硅基底上形成图形化的底栅电极；在所述底栅电极上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成c8-btbt/ps共混薄膜，将具有镂空图形结构的聚对二甲苯印章转移至所述c8-btbt/ps共混薄膜表面，经层压保持后剥离所述聚对二甲苯印章，获得与底栅电极对准的图形化有机半导体沟道层；在所述图形化有机半导体沟道层上形成图形化的源漏电极，获得有机场效应晶体管阵列。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述栅介质层为聚对二甲苯/pvcn复合介质层，其单位面积电容为4.68nf cm-2；所述源漏电极为f4-tcnq/ag叠层结构，其中f4-tcnq层厚度为16nm，ag层厚度为40nm。