酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管的制作方法

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1.本发明涉及一种酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管。


背景技术：

2.随着有机半导体材料的快速发展，有机电子器件开始在各个领域展现了独特的性能，例如在柔性显示屏、射频标签、有机发光二极管等方面，作为成熟的可大规模商用的器件必须要有，足够长的使用寿命并且在其使用期间内能在各种复杂环境中持续稳定工作，因此器件必须要用足够的稳定性和耐用性。
3.与无机器件相比，有机电子器件在稳定性和耐用性有很大的不足，据报道，人们通过在不同湿度、不同温度的的测试环境中对有机电子器件进行电学特性分析时发现：影响有机电子器件的稳定性和耐用性的主要因素是空气中的水汽、氧气，空气中的水汽、氧气会从器件的表面向内渗透，严重影响有机层以及电极材料的性能，最终导致器件性能下降甚至失效，基于以上原因，在制备有机电子器件时对有机材料的选取和采用有效的封装措施就显得尤为重要。
4.聚酰亚胺具有优异的热学稳定性，抗辐射性，化学稳定性，尺寸稳定性，力学性能以及电绝缘性等，故它可以应用在众多领域，如航空航天领域、工程塑料、绝缘涂料以及微电子领域等。聚酰亚胺封装能对有机电子器件提供有效的保护，从而提高有机电子器件的稳定性和耐用性，扩大有机电子器件的使用范围，并且还满足了对柔性器件的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种具有低工作电压和高工作电流，并且性能稳定的酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管。
6.上述的目的通过以下的技术方案实现：酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管，其组成包括：玻璃衬底，金属cu薄膜，酞菁铜有机层，金属al薄膜和封装层，所述的封装层包括酞菁铜薄膜封装层和聚酰亚胺封装层。
7.本发明提供的制备上述酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管的方法，包括如下步骤：1)首先在玻璃衬底上用直流磁控溅射法沉积一层金属cu薄膜；2)在步骤1)得到的金属cu薄膜上用真空热蒸发法制作酞菁铜有机层；3)在步骤2)得到的酞菁铜有机层上用直流磁控溅射法沉积一层金属a1薄膜；4)在步骤3)得到的金属a1薄膜上用真空热蒸发法制作酞菁铜薄膜封装层；最后用聚酰亚胺薄膜覆盖在经过上述步骤所得到的各层薄膜的上方，聚酰亚胺薄膜与玻璃衬底之间用环氧树脂粘合，最后在紫外光照射下固化15min。
8.上述步骤中的酞菁铜有机层与一侧的金属cu薄膜形成非整流的欧姆接触，另一侧与金属al薄膜形成肖特基接触。
9.上述步骤中的金属cu薄膜的厚度为80nm，上述步骤中酞菁铜有机层的厚度为
250nm，上述步骤中金属a1薄膜的厚度20nm，上述步骤中酞菁铜薄膜封装层的厚度为500nm，上述步骤中聚酰亚胺封装层厚度为28μm。
10.上述步骤中酞菁铜有机层和酞菁铜薄膜封装层的蒸发温度为350℃，蒸镀真空度为3.5
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‑3pa，上述步骤中酞菁铜有机层的蒸镀时间为1h30min，上述步骤中酞菁铜封装层的蒸镀时间为3h。有益效果：
11.本发明是以金属cu薄膜与酞菁铜有机层形成非整流的欧姆接触，并且酞菁铜有机层与金属a1薄膜形成具有整流效应的肖特基接触，得到具有短导电沟道的垂直结构酞菁铜薄膜二极管，并用酞菁铜和聚酰亚胺进行复合封装以阻止外界水汽、氧气对有机二极管的影响；
12.本发明与传统晶体管相比，具有较短的导电沟道，响应速度更快，在较小的驱动电压下就能得到较大的驱动电流；
13.有研究表明，环氧树脂与酞菁铜有机层直接接触，环氧树脂会对器件造成破坏，使器件稳定性下降。在本发明中，聚酰亚胺与器件本身隔着酞菁铜薄膜封装层，这样避免了环氧树脂直接接触器件的有机功能层，从而避免了环氧树脂对器件的影响；
14.环氧树脂在经过紫外线固化后会形成三维的立体网状结构，这种结构容易形成比较大的内应力，而使的环氧树脂变脆容易开裂，从而导致器件的密封性能下降。
15.在本发明中，由于加入了酞菁铜封装层，在聚酰亚胺封装层由于环氧树脂老化而导致失效的情况下，酞菁铜封装层依然能为器件提供保护，从而使器件的使用寿命增加；传统聚酰亚胺封装在器件四周要用环氧树脂粘合，但是环氧树脂在经过紫外线固化以后会变得稀松多孔，因此空气中的水汽和氧气分子就会很容易从聚酰亚胺盖板和基板之间的环氧树脂中通过，渗透到器件的内部，进而大大的降低器件的性能。
16.在本发明中，由于加入了酞菁铜封装层，从环氧树脂中渗透进来的水汽、氧气，会被酞菁铜封装层阻挡，进而延缓了空气中的水汽、氧气对器件的侵蚀，从而使器件的使用寿命增加；聚酰亚胺薄膜与玻璃衬底之间用环氧树脂粘合，由于采用紫外线固化，避免了化学反应和高温对有机半导体层的破坏；由于酞菁铜薄膜对于水汽和氧气比较差的阻隔性能，因此并不能单独完成酞菁铜薄膜二极管的封装，而聚酰亚胺薄膜的优缺点也是一样的明显，聚酰亚胺薄膜机械性能良好，并且薄膜都是连续并且十分致密，所以聚酰亚胺薄膜对于水汽和氧气的阻隔性很好。
17.在本发明中，使用酞菁铜薄膜和聚酰亚胺对酞菁铜薄膜二极管进行复合封装，这两种封装材料相辅相成，能为酞菁铜薄膜二极管提供有效的保护。
18.在本发明中，器件的有机功能层和有机封装层是同一种材料——酞菁铜，这样能使器件的制作工艺和封装工艺适应度高，从而简化了制作流程，有利于大规模生产；由该封装方法制备的封装层可以有效阻隔水氧，从而大大提高了酞菁铜薄膜二极管的性能，还大大提高了器件的稳定性。
19.本发明与未封装的器件进行一段时间的稳定性对比，结果如下：根据它们10天内的i
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v特性曲线图，可以看出未封装器件的性能逐渐下降，最后器件的整流特性完全消失，器件彻底失效。采用本发明封装方法的器件，在经历过10天后，其整流特性仍然良好，其性能下降幅度小，根据它们10天内的阈值电压变化曲线图，相比初始阈值电压值(0.31v)，5天
后未封装器件的阈值电压值大幅度增加(达到了2.7v)，10天后未封装器件接近于绝缘(阈值电压相当于无穷大)，采用本发明封装方法的器件，10天内其阈值电压值浮动很小，上升斜率为1.65
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2，虽有小幅升高，但器件仍然可以正常工作。根据它们10天内的输出电阻变化曲线图，可以看出，在前5天内，未封装器件的输出电阻几乎不变，但是未封装器件长时间暴露在空气中，在第5至10天器件，电阻增长速率很快，在第10天时，器件电阻过大(9.1
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107ω，约为初始值的11833.6倍)，同时导致阈值电压过高。采用本发明封装方法的器件，由于器件受到酞菁铜封装层和聚酰亚胺薄膜的双重保护，当器件与封装过程中残留的空气充分接触之后，其输出电阻趋于稳定，为1.1
×
104ω。根据它们10天内的电导率变化曲线图，可以得出，未封装器件从制备完成到第10天，其电导率不断下降，直至为0。采用本发明封装方法的器件，其电导率同样不断下降，但其下降趋势不断减缓，最后一次测试时，电导率为2.4
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10
‑8s/cm(约为初始值的51.17％)。
20.由此可见，这本发明中酞菁铜薄膜与聚酰亚胺薄膜的复合封装方法对于酞菁铜薄膜二极管有很强的保护作用，减缓酞菁铜薄膜二极管的性能和寿命的衰减速度。
21.本发明采用d
‑
120stylus表面平整度膜厚测试仪测试得到器件的平整度及器件薄膜厚度。
附图说明：
22.附图1是本发明的结构示意图。
23.附图2是未封装的酞菁铜薄膜二极管10天内的i
‑
v特性曲线图。
24.附图3是已封装的酞菁铜薄膜二极管10天内的i
‑
v特性曲线图。
25.附图4是酞菁铜薄膜二极管(包括未封装和已封装两种情况)10天内的阈值电压变化曲线图。
26.附图5是酞菁铜薄膜二极管(包括未封装和已封装两种情况)10天内的输出电阻变化曲线图。
27.附图6是酞菁铜薄膜二极管(包括未封装和已封装两种情况)10天内的电导率变化曲线图。本发明具体实施方式：
28.本实施例的酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管，其组成包括：玻璃衬底，金属cu薄膜，酞菁铜有机层，金属al薄膜和封装层。所述的封装层包括酞菁铜薄膜封装层和聚酰亚胺封装层。
29.本实施例的酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管，其制造过程如下：1)首先在清洁完毕的玻璃衬底上用直流磁控溅射法沉积一层金属cu薄膜，其厚度约为80nm；2)在步骤1)得到的金属cu薄膜上用真空热蒸发法制作酞菁铜有机层，其厚度约为250nm，其蒸发温度为350℃，其蒸镀时真空度为3.5
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10
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3pa，其蒸镀时间为1h30min；3)在步骤2)得到的酞菁铜有机层上用直流磁控溅射法沉积一层金属a1薄膜，其厚度约为20nm；4)在步骤3)得到的金属a1薄膜上用真空热蒸发法制作酞菁铜薄膜封装层，其厚度
约为500nm，其蒸发温度为350℃，其蒸镀时真空度为3.5
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3pa，其蒸镀时间为3h；5)最后用聚酰亚胺薄膜覆盖在经过上述步骤所得到的各层薄膜的上方，聚酰亚胺薄膜与玻璃衬底之间用环氧树脂粘合，最后在紫外光照射下固化15min，聚酰亚胺薄膜厚度约为28μm。
30.上述步骤中的酞菁铜有机层与一侧的金属cu薄膜形成非整流的欧姆接触，另一侧与金属al薄膜形成肖特基接触。
31.用同样的方法制作不包括封装层的酞菁铜薄膜二极管，该器件除了没有封装层，其余方面与本实施例的酞菁铜薄膜与聚酰亚胺复合封装的酞菁铜薄膜二极管一样，将这两器件放置在相同的室温环境中，并测试它们10天内的性能变化，结果如附图2、3、4、5、6所示，结果表明，酞菁铜薄膜与聚酰亚胺薄膜的复合封装方法对于酞菁铜薄膜二极管有很强的保护作用，减缓酞菁铜薄膜二极管的性能和寿命的衰减速度。