СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ ПОСРЕДСТВОМ ЧАСТИЦ С НИЗКОЙ ЭНЕРГИЕЙ
METHOD OF FORMING INSULATING LAYER USING LOW-ENERGY PARTICLES

Область изобретения
Изобретение относится к способу получения функциональных слоев, таких как защитные, пассивирующие, герметизирующие и ориентирующие слои, на органическом электронном устройстве методом осаждения пучка частиц с низкой энергией, к функциональным слоям, получаемым посредством этого способа, и к электронным устройствам, содержащим такие функциональные слои.
Предпосылки создания и уровень техники
Защитные слои необходимы для электронного устройства, прежде всего для органических электронных устройств. Двумя основными применениями являются следующие:
- пассивирование функционального слоя для следующих этапов способа во время изготовления устройства и
- герметизация прежде всего для защиты от воздействия воды и кислорода.
Существует большой спрос на хорошие защитные слои. Органические материалы, обычно используемые для этой цели в уровне техники, как правило, являются мягкими и страдают от своей внутренней проницаемости для воды и кислорода. До настоящего времени не сообщалось об удовлетворительном решении в уровне техники для обеспечения устойчивого защитного и/или пассивирующего слоя на верхней части органических электронных устройств, таких как органические полевые транзисторы (OFET).
Наряду с защитными слоями, существует растущий спрос на ориентирующие слои для некоторых компонентов органических электронных устройств, особенно имеющих жидкокристаллические мезофазы. Известно, что высокооднородное макроскопическое ориентирование этих материалов в их мезофазе может существенно увеличить их электронные свойства, такие как, например, подвижность носителей заряда, и, тем самым, улучшить характеристики содержащих их органических электронных устройств.
Ввиду этогоβ большое внимание уделяют неорганическим функциональным покрытиям. Однако известные до сих пор в уровне техники способы плазмохимического осаждения, такие как CVD (химическое осаждение из паровой фазы) и PECVD (плазменно-стимулированное химическое осаждение из паровой фазы), не подходят для изготовления неорганических покрытий или слоев на органических материалах из-за высоких температур и агрессивных компонентов плазмы, которые вредны для органических электронных материалов. Способ осаждения импульсной плазмы, так как раскрыто, например, в US 2005/0181535 А1, может только частично решить эту проблему.
Более "дружественные" способы для осаждения неорганических частиц на органических структурах связывают с потоками частиц или пучками частиц. Термин "частицы", как использовано далее, включает в себя ионы, радикалы, нейтральные молекулы и атомы или смеси вышеприведенного. Наиболее общая классификация способов осаждения частиц наглядно и схематично показана на фигуре 1. Можно выбрать три фундаментальных способа осаждения пучка частиц:
1) осаждение из паровой фазы (VD),
2) осаждение методом распыления (SD),
3) прямое осаждение (DD).
В случае со способом 1), как показано на фигуре 1а, материал покрытия переносится в паровую фазу посредством электрического или электронно-лучевого нагрева. Поток пара (1) достигает подложки (2) и осаждается на ней, образуя тем самым покрытие (3).
В случае с способом 2), как показано на фигуре 1б, если пучок ускоренных ионов или плазмы (1'), имеющий энергию в несколько килоэлектронвольт, направлен на первую подложку (4), также известную как "мишень", он приводит к абляции материала из мишени. Извлеченные частицы (1) имеют намного меньшую энергию и могут быть осаждены на желаемую вторую подложку (2) для образования пленки (3). Этот способ известен как осаждение пучка ионов методом распыления.
В случае со способом 3), как показано на фигуре 1в, если пучок частиц (1), имеющий низкую энергию (намного менее чем 100 электронвольт) направлен непосредственно на подложку (2), частицы конденсируются и вступают в реакцию на подложке, образуя постоянную пленку (3). Этот способ далее именуется прямым осаждением (пучка частиц).
Вышеописанные способы осаждения можно разделить на способы физического и химического осаждения. Последний включает в себя реакции между частицами, образующими покрытие, приводящие к образованию ковалентных связей. Соответствующие вышеупомянутые способы 1) и 2) обычно называются химическим осаждением из паровой фазы (CVD) и реактивным распылением. Они инициируются посредством нагрева подложки или вставки реактивных составляющих в потоки частиц, производящих покрытия. Естественно, способ прямого осаждения плазмы является химическим способом.
Вышеописанные способы осаждения могут дополнительно сопровождаться или стимулироваться плазмой или ионами. Термин "в присутствие плазмы" обычно означает, что в ходе осаждения покрытия обрабатываются пучком ускоренных частиц с энергией ниже, чем энергия, необходимая для эффективной абляции осажденных пленок. Термин "плазменное стимулирование" означает, что образующие пленку частицы подвергаются плазменному разряду. Эти дополнительные способы привлечены по нескольким причинам:
- для усиления реакционной способности образующих покрытие частиц,
- для улучшения адгезии покрытия к подложке и для повышения плотности покрытия.
Присутствие особенно эффективно для способа осаждения из паровой фазы, который в противном случае производит только покрытия с низкой плотностью.
Способы осаждения можно также рассматривать с точки зрения преобладающей энергии частиц. В способе осаждения из паровой фазы энергия частиц составляет обычно примерно kT, то есть несколько миллиэлектронвольт. В способе распыления пучка ионов энергия обычно составляет примерно несколько электронвольт или десятков электронвольт. В способе прямого осаждения она обычно равна десяткам электронвольт. Разная энергия частиц в этих способах приводит к разной морфологии покрытий. Обычно плотность покрытий увеличивается с энергией частиц. Это означает, что частицы после осаждения все еще имеют некоторую кинетическую энергию, позволяющую им перемещаться по поверхности. Это увеличивает вероятность захвата частиц в полостях, которые присутствуют на образовавшемся покрытии. Однако в то же время энергия частиц не должна превышать критическое значение, которое обычно находится в диапазоне нескольких сотен электронвольт, так как затем способ травления (или абляции) будет преобладать над осаждением.
Нанесение неорганических пленок на органические электронные слои накладывает дополнительные требования. С одной стороны, энергия частиц должна быть достаточно высокой для того, чтобы образовывать плотную пленку. С другой стороны, рост энергии увеличивает риск разрушения органического слоя. Вследствие этого пассивирование органических электронных слоев обычно обеспечивается способом осаждения из паровой фазы, функционирующим с частицами низкой энергии. Однако этот известный из уровня техники способ осаждения приводит к покрытиям низкой плотности, которые демонстрируют только плохие газоизолирующие свойства
Поэтому для увеличения плотности осажденных из паровой фазы пленок в уровне технике предложены способы осаждения из паровой фазы с плазменным стимулированием и с присутствием пучка частиц. Например, в US 7163721 заявлен способ плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD), в котором материал нагревают и выпаривают. Пар подвергают воздействию плазменного разряда, который улучшает как реакционную способность частиц, так и энергию частиц. Первое позволяет уменьшить температуру, в то время как второе делает пленку с покрытием плотнее. Согласно US 7163721 задействован двухэтапный способ. Сначала защитный, почти пористый слой осаждается посредством химического осаждения из паровой фазы, затем более плотный слой осаждается с помощью способа с плазменным стимулированием. Первый защитный слой необходим для защиты органического покрытия от воздействия плазмы, разрушительного для органической электроники, второй более плотный слой необходим для покрытия пор первого слоя для лучшей изоляции органического слоя. В качестве модификации этого способа US 7163721 предлагает использовать осаждение из паровой фазы с небольшим присутствием плазмы, а затем с большим присутствием плазмы для выработки плотного слоя (плазменно-стимулированное осаждение атомных слоев, PEALD).
US 2007/0172696 А1 описывает способ ионного осаждения из паровой фазы. Пучок ионов используют для стимулирования реакционной способности частицы и сжатия покрытия.
Однако эти стимулированные и сопровождающиеся способы осаждения из паровой фазы из уровня техники не полностью исключают бомбардировку органических электронный слоев частицами высокой энергии и высокой реакционной способности, что сохраняет высокий риск повреждения органических электронных структур. Кроме того, эти способы являются скорее усложненными, потому что они включают в себя несколько разных источников частиц и несколько этапов осаждения. Это ограничивает производительность и увеличивает производственные затраты.
Поэтому все еще существует потребность в способе осаждения плотной функциональной пленки, подобной защитному или ориентирующему слою, на органический слой органического электронного устройства, которая не повреждает органический слой и не оказывает или оказывает только незначительное негативное воздействие на характеристики устройства.
Поэтому целью данного изобретения является разработка способа изготовления функциональных слоев, прежде всего защитного слоя или ориентирующего слоя на электронном устройстве, предпочтительно органическом электронном устройстве, таком как, например, органическом полевом транзисторе (OFET) или органическом фотоэлектрическом устройстве (OPV), при этом данный способ не наносит вреда органическому слою, не оказывает или оказывает только незначительное негативное воздействие на характеристики устройства, является эффективным и рентабельным, подходит для массового производства и не имеет недостатков вышеописанных способов из уровня техники. Другими целями данного изобретения являются очевидными для специалиста из следующего подробного описания.
Было обнаружено, что эти цели могут быть достигнуты с помощью способа осаждения, в котором преобладающая кинетическая энергия образующих осаждаемый слой частиц тщательно оптимизирована. Оптимизированный диапазон энергии для органических электронных слоев в способе данного изобретения установлен в пределах от 0,1 до 80 электронвольт. Верхний предел диапазона энергии все еще является приемлемым для органических электронных структур, в то время как нижний предел все еще дает покрытиям допустимую однородность, плотность, адгезию и прочность. Этот оптимизированный диапазон энергии частиц может быть достигнут посредством подходящего выбора источников частиц и условий обработки. Кроме того, заявленный в данном изобретении способ имеет преимущество в том, что он является очень простым и эффективным, особенно для крупносерийного производства, так как ему требуется только один этап осаждения, и он позволяет использовать стандартные источники пучков частиц.
Термины и определения
Термин "пучок частиц" обозначает пучок нейтральных молекул и атомов, ионов, радикалов или смеси вышеозначенного, такой как плазма.
Термин "ускоренный пучок частиц" в уровне техники обычно обозначает пучок частиц, выработанных источником частиц, которые обладают полученным ускорением (обычно посредством электростатических источников) до или после выхода из источника частиц. В уровне техники отсутствует хорошо установившаяся терминология ускоренных пучков частиц. Обычно все они относятся к пучкам ионов, потому что только ионный компонент пучка частицы получает ускорение. Однако более точные определения даны ниже, принимая во внимание разницу в извлечении пучков частиц из области плазменного разряда.
Термин "пучок плазмы" или "ускоренный пучок плазмы" обозначает пучок частиц, образованный непосредственно в тлеющем разряде и выдавленный из области разряда посредством электрического поля, обычно посредством высокого потенциала анода.
Термин "пучок ионов" обозначает ионный поток, извлеченный из тлеющего разряда обычно посредством системы решеток. В этом случае область тлеющего разряда и образованный пучок пространственно разделены.
Термин "энергия частиц" обозначает кинетическую энергию отдельных частиц. В зависимости от источника частиц частицы имеют узкое или широкое распределение энергии. Энергия частиц, соответствующая максимальному распределению энергии, будет называться "преобладающая энергия частиц".
Термин "слабо ускоренные частицы" или "частицы с низкой преобладающей энергией частиц" обозначает частицы, имеющие низкую преобладающую энергию >0,01 электронвольт, предпочтительно >0,05 электронвольт, более предпочтительно >0,1 электронвольт, и наиболее предпочтительно >0,5 электронвольт, и <150 электронвольт, более предпочтительно <80 электронвольт, и наиболее предпочтительно <40 электронвольт или даже <30 электронвольт.
Термин "умеренно ускоренные частицы" означает, что частицы имеют умеренную преобладающую энергию >100 электронвольт, предпочтительно >1000 электронвольт и  наиболее предпочтительно >2000 электронвольт и <10000 электронвольт, более предпочтительно <5000 электронвольт и наиболее предпочтительно <4000 электронвольт.
Термин "источник с анодным слоем" обозначает источник пучка частиц из семейства холловских источников, вырабатывающий потоки умеренно ускоренной плазмы с широким распространением энергии частиц, максимальная энергия частиц значительно ниже, чем 10000 электронвольт, и максимальное распределение энергии при 2/3 максимальной энергии. Этот источник обычно используется для осаждения способом травления и распыления пучка частиц. В случае с осаждением методом распыления пучок умеренно ускоренной плазмы (первичный пучок) направлен на мишень. Извлеченные частицы мишени с энергией в несколько электронвольт образуют вторичный пучок частиц, который направлен на подложку. Источник с анодным слоем, как в режиме травления, так и в режиме распыления может функционировать с химически неактивными и химически активными газами или их смесями. Подробности конструкции такого источника, принцип работы и эксплуатационные параметры можно найти в работе В. Журин, X. Кауфман, Р. Робинсон, Плазменные источники, наука и технологии (V. Zhurin, H. Kaufman, R. Robinson, Plasma Sources Sci. Tecnol.), 8, p.1, 1999.
Термин "конечный холловский источник" обозначает источник пучка частиц из семейства холловских источников, вырабатывающий потоки слабо ускоренной плазмы с широким распространением энергии частиц, максимальной энергией частиц менее чем 150 электронвольт и максимальное распределение при 2/3 максимальной энергии. Питающий газ этого источника обязательно включает в себя реактивные составляющие. Этот источник обычно используется для прямого осаждения, стимулирования пучка лучей при осаждении пленки и очистке поверхности. Для осуществления осаждения питающий газ источника обязательно включает в себя реактивные составляющие. Стимулирующие и очищающие функции обычно осуществляются плазмой химически неактивных газов. Подробности конструкции этого источника, принципов работы и эксплуатационные параметры можно найти, например, в US 4862032.
4
2
6
2
2
4
2
2
Термин "химически активные частицы" означает, что частицы способны вступать в химическую реакцию с другими частицами на подложке, приводя к осаждению пленки. Газы, плазма которых производит химически активные частицы, называются "химически активные газы". Примерами этих газов являются углеводородные газы (такие как СН, СН или СН), SiH, N и О.
Термин "химически неактивные частицы" обозначает частицы, которые не вступают в реакцию (или плохо реагируют) с другими частицами. Имея достаточное ускорение, эти частицы скорее вызывают физическое травление подложки, а не осаждение пленки. Газы, обеспечивающие химически неактивные частицы, именуются "химически неактивными" газами. Примерами таких газов являются инертные газы Ar, Xe, Kr и т.д.
x
x
y
x
x
Термины "SiO", "SiON", "SiN", "AlO", "a-C:H" и т.д. обозначают оксид кремния, оксинитрид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия, аморфный гидрированный углерод и т.д. или пленки или покрытия вышеперечисленного.
Термин "тонкая пленка" обозначает пленку, имеющую толщину в диапазоне от нескольких нм до нескольких мкм, в случае с органически электронными функциональными слоями обычно в диапазоне от 1 нм до 2 мкм, предпочтительно от 10 нм до 1 мкм.
Термин "пленка" и "слой" включают в себя жесткие или гибкие, самонесущие или свободностоящие пленки с механической устойчивостью, а также покрытия или слои на направляющей подложке или между двумя подложками.
Термин "пассивирующий слой (или пленка)" относится к слою на органически электронном устройстве или к компоненту вышеозначенного, который делает органическое электронное устройство или компонент инертным (пассивным) относительно влияния окружающей среды.
Термин "герметизирующий слой (или пленка)" относится к слою, защищающему органическое электронное устройство или компонент вышеозначенного от агрессивных внешних факторов, таких как влажность и кислород. Синонимами этого термина являются "запирающий слой" или "упаковочный слой".
Термин "защитный слой (или пленка)", как применено выше и ниже, включает в себя как пассивирующие, так и герметизирующие слои и обозначает слой, который служит в качестве барьера или защиты от воздействия окружающей среды, такой как, например, воды, газов, подобных кислороду, или механического напряжения.
Термин "ориентирующий слой (или пленка)" обозначает слой для ориентирования молекул компонентов органических электронных устройств или молекул жидких кристаллов (ЖК) в ЖК-устройствах или органических электронных устройствах.
Термин "функциональный слой (или пленка)" обозначает пленку или слой в органическом электронном устройстве, который имеет одну или более специальных функций, такие как, например, функцию защиты, пассивирования, герметизации и/или ориентирования.
Изложение сущности изобретения
Изобретение относится к способу обеспечения защитного, пассивирующего или герметизирующего слоя на органическом электронном устройстве или его компоненте путем осаждения слабо ускоренных частиц методом распыления пучка ионов или плазмы либо методом прямого осаждения пучка ионов или плазмы, характеризующемуся тем, что на органическое электронное устройство или компонент воздействуют пучком частиц с преобладающей энергией частиц от 0,1 до 30 электронвольт, осаждая таким образом слой указанных частиц на электронном устройстве или компоненте. При этом на электронное устройство или его компонент может оказываться, напрямую или через маску, воздействие пучком частиц, таких как нейтральные частицы, радикалы, ионы или смеси вышеперечисленного, имеющим вышеуказанную низкую преобладающую энергию.
Способ обеспечения слоя, как описано выше и ниже, не включает в себя способы или этапы способа, выбранные из осаждения из паровой фазы (VD), плазменно-стимулированного (или ионно-стимулированного) осаждения, плазменного (или ионного) осаждения, включающего в себя, но не ограниченного ими, осаждение из паровой фазы, ионное осаждение из паровой фазы (IAD), плазменно-стимулированное химическое осаждение из паровой фазы (PECVD), плазменно-стимулированное осаждение атомных слоев (PEALD) и плазменно-стимулированное осаждение нанослоев (PENLD).
Как указано выше, предлагаемый в изобретении способ осаждения включает в себя, без ограничений им, осаждение слабо ускоренных частиц методом распыления пучка ионов или плазмы и методом прямого осаждения пучка ионов или плазмы.
Предпочтительные источники для осаждения методом распыления на устройствах согласно данному изобретению включают в себя, но не ограничены ими, источники с анодным слоем семейства Холла. Предпочтительные источники для прямого осаждения на структуры устройства согласно данному изобретению включают в себя, но не ограничены ими, холловские источники.
Предпочтительно, осажденный посредством способа согласно данному изобретению слой является функциональным слоем электронного устройства, наиболее предпочтительно пассивирующим слоем, защитным слоем, герметизирующим (капсулирующим) слоем или ориентирующим слоем.
Также изобретение относится к защитному, герметизирующему или пассивирующему слою органического электронного устройства, который одновременно используется в качестве ориентирующего слоя для материалов жидких кристаллов.
Также изобретение относится к защитному, герметизирующему или пассивирующему слою органического электронного устройства, который одновременно используется в качестве ориентирующего слоя для других компонентов, предпочтительно жидкокристаллических компонентов, органически электронных или жидкокристаллических устройств.
Также изобретение относится к способу, описанному выше и ниже, который включает в себя один или более дополнительных этапов осаждения частиц для подготовки одной или более дополнительных ориентирующих пленок, в котором пучок частиц в последующем этапе(-ах) осаждения является тем же самым или отличным от первого этапа осаждения и в котором пучок частиц направлен на подложку из тех же самых или других направлений (предпочтительно под косым углом к плоскости подложки), как и в первом этапе осаждения.
Также изобретение относится к способу герметизации органического электронного устройства или его компонента, при котором органическое электронное устройство или компонент подвергаются способу осаждения, как описано выше и ниже.
Также изобретение относится к пассивирующему, защитному, герметизирующему или ориентирующему слою, получаемому или полученному посредством способа, как описано выше и ниже.
Также изобретение относится к органическому электронному устройству или его компоненту, который содержит один или несколько функциональных слоев, получаемых или полученных посредством способа, как описано выше и ниже.
Также изобретение относится к органическому электронному устройству или его компоненту, который герметизируется посредством способа, как описано выше и ниже.
Органические электронные устройства и компоненты включают в себя без ограничения электрооптические дисплеи, жидкокристаллические дисплеи (LCD), оптические устройства хранения информации, электронные устройства, органические полупроводники, органические полевые транзисторы (OFET), интегральные схемы (1C), органические тонкопленочные транзисторы (OTFT), RFID-метки, органические светоизлучающие диоды (OLED), органические светоизлучающие транзисторы (OLET), электролюминесцентные дисплеи, органические фотоэлектрические устройства (OPV), органические солнечные элементы (O-SC), органические лазерные диоды (O-лазер), органические интегральные схемы (O-IC), осветительные устройства, сенсорные устройства, электродные материалы, фотопроводники, фотодетекторы, электрографические записывающие устройства, конденсаторы, слои с инжекцией заряда, диоды Шоттки, сглаживающие слои, антистатические пленки, проводящие подложки и проводящие структуры.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 схематично показывает способы осаждения из паровой фазы (а), осаждения распылением (б) и (в) прямое осаждение с помощью пучка частиц.
Фигура 2 схематично показывает геометрии осаждения в способе согласно данному изобретению.
Фигура 3 примерно показывает конструкцию и принцип работы источника (а) с анодным слоем и принцип осаждения этого источника (б).
Фигура 4 примерно показывает конструкцию и принцип работы торцевого холловского источника (а) и принцип осаждения этого источника (б).
Фигуры 5а и 5б показывают передаточные кривые транзистора с нижним затвором согласно примеру 1 до и после обработки плазменным осаждением.
Подробное описание изобретения
Электронное устройство или его компонент, на который осаждается функциональный слой, также далее кратко именуется "подложкой".
Как сказано выше, в случае с используемым в уровне техники осаждением из паровой фазы энергия частиц очень мала и обычно находится в диапазоне от 0,001 до 0,01 электронвольт. Вследствие этого полученные посредством осаждения из паровой фазы покрытия из уровня техники обычно достаточно пористые и механически неустойчивые. Поэтому, наряду с другими причинами, для придания дополнительной энергии частицам в способе осаждения из паровой фазы требуется присутствие плазмы. С другой стороны, в случае с такими плазменными способами, такими как PECVD, частицы имеют высокий уровень энергии и химическую активность, которая вредна для органической электроники.
Данное изобретение обеспечивает простой принцип осаждения без использования дополнительных способов стимулирования или соучастия, получение покрытий на органических слоях с высокой плотностью, хороших газо- и гидроизолирующих свойств и высокой механической стойкости.
Способ данного изобретения основан на всесторонней оптимизации кинетической энергии частиц, образующих покрытие на других органических электронных устройствах. С другой стороны, эта энергия должна быть достаточно большой для того, чтобы обеспечить образование плотных и однородных пленок с хорошими изолирующими свойствами относительно влажности и агрессивных газов. С другой стороны, энергия частиц должна быть как можно более низкой для того, чтобы минимизировать разрушающее воздействие частиц. Авторы данного изобретения обнаружили, что оптимизированный диапазон преобладающей энергии частиц находится в пределах от 0,01 до 150 электронвольт, предпочтительно от 0,05 до 80 электронвольт,  наиболее предпочтительно от 0,1 до 40 электронвольт, даже более предпочтительно от 0,1 до 30 электронвольт. Оптимизированное значение энергии зависит от типа частиц, их химической активности и т.д.
Этот диапазон энергии частиц может быть достигнут посредством тщательного выбора способов осаждения и источников частиц. Наиболее подходящие способы обсуждены ниже. Дальнейшая оптимизация энергии частиц может быть осуществлена, например, посредством изменения расстояния между источником частиц и подложкой или, другими словами, средним количеством столкновений ускоренной частицы с атомами газа, что приводит к рассеиванию энергии частиц. Благодаря этому способу может быть получено уменьшение энергии частиц на два порядка [смотри К. Майер, И. Шуллер и К. Фалько, Термализация атомов, полученных методом распыления (К. Mayer, I. Schuller and С. Falco, Termalization of Sputtered Atoms). J. Appl. Phys., 52 (9), 5803 (1981)].
На фигуре 2 схематично и иллюстративно показаны типичные геометрии осаждения. В данном случае ссылочная позиция (1) обозначает пучок лучей, (2) - подложку, (3) - покрывающую пленку и (4) и (4') соответственно, направление перемещения пучка лучей и подложки. Для того чтобы создать пассивирующее или герметизирующее покрытие на органическом электронном слое, пучок лучей предпочтительно направлен на органический слой нормально или наклонно, как показано на фигурах 2б и 2в. Для того чтобы создать ориентирующий слой для органических молекул, который стимулирует их плоскостную или наклонную ориентацию, пучок частиц, предпочтительно, направлен наклонно. Наклонное осаждение может быть осуществлено двумя способами. В первой геометрии, как показано на фигуре 2б, ось симметрии источника ориентирована вертикально, в то время как подложка и движущаяся платформа установлены под наклоном относительно горизонтального уровня. Во второй геометрии, как показано на фигуре 2в, подложка перемещается с движущейся платформой горизонтально, в то время как источник установлен в наклонном положении. Угол α осаждения, который является образованным пучком частиц углом и перпендикуляром к поверхности подложки, варьируется, предпочтительно, от 0° до 85°. Способ осаждения может быть обеспечен в статическом или динамическом режиме. Последний случай может быть осуществлен посредством перемещения образца или управлением пучка частиц, как показано на фигуре 2. В случае если пассивирующее покрытие одновременно используется в качестве ориентирующего покрытия для нескольких компонентов органического электронного устройства (внутреннее пассивирующее покрытие) или в качестве ориентирующего слоя для жидких кристаллов в жидкокристаллическом устройстве (внешнее пассивирующее покрытие или герметизирующее покрытие), оно осаждается как ориентирующее покрытие, как описано выше.
По существу, в качестве подложки можно использовать любой органический слой, который пригоден или используется в качестве компонента или функционального слоя органического электронного устройства. Эти органические слои включают в себя, но не ограничены ими, слои материалов, известных как материалы с дырочной проводимостью, материалы с электронной проводимостью, фосфоресцирующие материалы, мелкомолекулярные материалы, полимерные материалы и подобное.
Упомянутый диапазон энергии частиц может быть достигнут посредством нескольких способов, которые полностью отличаются от осаждения из паровой фазы (VD) при помощи плазмы или ионов, как описано в уровне техники.
В одном предпочтительном варианте данного изобретения способ осаждения является способом осаждения распылением пучка ионов или плазмы, как схематично представлено на фигуре 1б. В этом способе пучок умеренно ускоренных частиц (1') (первичный пучок) вызывает абляцию материала от мишени (4). Извлеченные из мишени частицы (1) образуют вторичный пучок частиц, направленный на подложку (2). В отличие от первичного пучка, имеющего низкую расходимость и высокую преобладающую энергию частиц (обычно несколько килоэлектронвольт), вторичный пучок является намного более расходящимся с преобладающей энергией частиц в несколько электронвольт или десятков электронвольт. Эти частицы эффективно конденсируются на подложке (2) для образования покрытия (3).
2
2
4
4
Источником первичного пучка лучей может быть любой источник пучка ионов или пучка плазмы, вырабатывающий умеренно ускоренные частицы, способные выбивать частицы из мишени. Подходящими или предпочтительными примерами таких источников являются (ионный) источник Кауфмана, источник с анодным слоем, источник с полым катодом и магнетроны. В случае с нереактивным распылением питающим газом источника является инертный газ, обычно Ar. В случае с реактивным распылением, применяются такие химически активные газы, как N, O, CH, CF или, более обычно, смеси инертных и химически активных газов. В случае если питающий газ является чистым инертным газом, покрытие образуется только из материала мишени. В свою очередь, если питающий газ имеет реактивные составляющие, покрытие содержит атомы мишени и химически активные газы в пропорции, зависящей от концентрации химически активных газов и условий обработки.
x
x
x
y
2
3
2
5
2
x
x
x
y
x
y
x
y
Типы пассивирующих, герметизирующих, ориентирующих или других функциональных слоев, которые могут быть произведены с помощью способа осаждения распылением, включают в себя, но не ограничены ими, металлы (Al, Zn, Cu, Та, Ti и т.д.), материалы на основе кремния (Si, SiO, SiN, SiON и т.д.), оксиды металлов (AlO, ZnO, TaO, TiO и т.д.), нитриды металлов (ZnN, ZrN и т.д.), оксинитриды металлов (AlON, TiON, ZrON). Наряду с распылением неорганических мишеней технологии осаждения распылением могут эффективно использоваться для распыления органических мишеней. Это особенно полезно для органических материалов, которые нельзя осаждать с помощью традиционных технологий мокрого покрытия. Примером такого материала является тефлон. Структура полученных покрытий еще хорошо не изучена.
Осаждение распылением обеспечивает несколько преимуществ, такие как, например, хорошая адгезия осажденного покрытия к подложке и высокая плотность осажденного покрытия. Как следствие, способ согласно данному изобретению не нуждается в присутствии плазмы, как способы из уровня техники. Другими преимуществами способа данного изобретения являются хорошая управляемость и высокая производительность, а также хорошая однородность покрытия.
В предпочтительном варианте осуществления способ использует осаждение методом распыления, в котором источником первичного пучка частиц является источник с анодным слоем.
На фигуре 3 наглядно показаны конструкция и принцип работы источника (а) с анодным слоем и принцип осаждения, основанный на этом источнике (б). Здесь ссылочные позиции (1), (2), (3), и (4) обозначают внутренние и наружные катоды, аноды и магнитную систему источника, соответственно. Ссылочная позиция (5) обозначает первичный пучок лучей, (6) - вторичный пучок лучей, (7) - мишень и (8) - подложку с нанесенным слоем.
Источник содержит постоянные магниты (4) на внутренних и наружных катодах (1) и (2). Анод (3) находится между катодами. Вместе эти электроды обозначают размер и форму канала разряда. Вкратце, принцип работы выглядит следующим образом. Электроны из катодов дрейфуют вдоль канала разряда как результат перекрещенного (в основном радиального) магнитного и осевого электрического полей. Электроны в закрытом дрейфе подвергаются ионизирующим столкновениям с введенными в камеру нейтралами. Магнитное поле является достаточно сильным для того, чтобы блокировать электроны в дрейфе внутри закрытого канала разряда, в то же время оно недостаточно сильное для того, чтобы оказывать воздействие на траекторию ионов, которые ускорены по существу осевым электрическим полем. Извлеченные ионы увлекают за собой нейтралы и электроны. В действительности образованный поток является частью плазмы постоянного тока, выработанной в зоне разряда. По этой причине он чаще именуется пучком ускоренной плазмы, чем пучком ионов.
Источник с анодным слоем имеет преимущество, заключающееся в очень простой конструкции. Другим заметным преимуществом этого источника, особенно при использовании органических электронных слов, является отсутствие нагретых элементов, таких как термокатод. Кроме того, в случае распыления металлических мишеней также нет необходимости в термоэлектронных катодах прямого накала, вводящих электроны в пучок ускоренной плазмы. Это существенно снижает риск термической деструкции органических электронных устройств. Кроме того, потенциал анода источника можно отрегулировать так, что энергия первичных и, следовательно, вторичных частиц может быть легко оптимизирована для разных органических электронных слоев. Скорость осаждения распылением источника с анодным слоем меньше, чем скорость осаждения распылением магнетрона. Таким образом, покрытия, созданные посредством систем распыления, основанных на источнике с анодным слоем, отличаются особенно хорошей однородностью и высокой плотностью. Предпочтительно, источник имеет удлиненную конструкцию для обработки подложек большой площади в сканирующем режиме. Мишень может быть установлена на корпусе этого источника или размещена отдельно, как показано на фигуре 3.
-5
-3
Ar
a
Ar
a
Источник обычно установлен в вакуумной камере. Основной вакуум <3×10Торр. При режиме нереактивного распыления рабочим газом обычно является аргон. Рабочее давление P, потенциал анода U и ток разряда I в этом режиме предпочтительно равны P=1.0-1.3×10 Торр, U=2000-4000 V и I=20-100 mA. В случае с химически активными газами, а также смесями Ar с химически активными газами рабочие параметры определены посредством газов и желаемой структуры покрытия. Таблица 1 ниже показывает содержание питающего газа и другие параметры источника, обычно используемого для осаждения разных видов покрытий.
Таблица 1
Подготовка Покрытие
Компонент газообразной смеси/парциальное давление (Торр)
U<sub>a</sub>[кB]
I[мА]
Мишень
SiO<sub>2</sub>
Ar/1.1 10<sup>-3</sup>
4.0
60
SiO<sub>2</sub>
SiO<sub>x</sub>
O<sub>2</sub>/5×10<sup>-4</sup>, Ar/6.5×10<sup>-4</sup>
3.2
44
Si
SiN<sub>x</sub>
N<sub>2</sub>/4×10-<sup>4</sup>, Ar/6×10<sup>-4</sup>
3.5
47
Si
TaO<sub>x</sub>
O<sub>2</sub>/4×10-<sup>4</sup>, Ar/5.8×10<sup>-4</sup>
2.8
48
Та
AlO<sub>x</sub>
O<sub>2</sub>/4×10<sup>-4</sup>, Ar/6.0×10<sup>-4</sup>
3.0
50
Al
В другом предпочтительном варианте осуществления данного изобретения способ, использующий пучок частиц с определенным диапазоном энергии, является прямым способом осаждения пучка ионов или плазмы. В этом способе осаждения пучок частиц обязательно включает в себя реактивные частицы, которые способны образовывать связи с покрывающим слоем. Источники, вырабатывающие пучки таких частиц, включают в себя, но не ограничены ими, вышеупомянутые источник с анодным слоем и источник с полым катодом, работающие с реактивной газообразной подачей (смотри, например [В. Дудников и А. Вестнер, Ионный источник с плазменным ускорением закрытого дрейфа анодного слоя / V. Dudnikov and A. Westner, "Ion source with closed drift anode layer plasma acceleration". Review of Scientific Instruments, 73 (2), 729 (2002)]. Преобладающая энергия частиц в способе прямого осаждения обычно находится в пределах 10 и 300 электронвольт в зависимости от источника частиц, типа газообразной подачи, требований к покрытию и т.д.
x
x
x
x
y
Типы пассивирующих, герметизирующих и ориентирующих и других функциональных пленок, которые могут быть произведены посредством способа осаждения распылением, включают в себя, но не ограничены ими, SiO, SiO, SiN, SiCH, a-CH, a-CHN, a-CHF.
Прямое осаждение пучка частиц имеет множество преимуществ по сравнению с другими способами осаждения. С технологической точки зрения это очень простой способ. Поэтому, например, не требуется мишень. Способ работы с низким напряжением уменьшает количество паразитных разрядов, "запыляющих" рабочую зону вследствие выработки частиц. Технология прямого осаждения обеспечивает аморфные покрытия, которые обычно более однородные, чем в случае с осаждением распылением. Пучок частиц, образованный источником пучка плазмы/ионов, более коллимированный, чем поток частиц, распыленный из мишени. Это позволяет лучше обеспечить структурирование осажденных пленок. Наконец, содержание осажденных пленок можно постоянно изменять посредством изменения относительного содержания газов, образующих питающую газообразную смесь. Это позволяет непрерывно изменять композицию и структуру слоя.
Кроме того, с помощью прямого осаждения пучка плазмы или ионов, как описано в этом изобретении для подготовки неорганических слоев для органических электронных устройств, является возможным предотвращением проблем, которые могут быть вызваны при использовании плазменной обработки согласно обычным способам из уровня техники.
Например, способы плазменной обработки из уровня техники, как раскрыто: в Споркель и Гибсон, Журнал электрохимического общества / Sprokel and Gibson J. Electrochem. Soc., 124 (4), 557 (1977) и US 4261650, только производят потоки холодной радиочастотной плазмы (выработанной в радиочастотном диапазоне), которые имеют энергию частиц в несколько миллиэлектронвольт и переносятся на подложку посредством газового потока. Из-за этих условий образованные покрытия плохо прилипают к подложке, являются пористыми, ломкими и механически нестойкими. С другой стороны, способ прямого осаждения вследствие температуры, энергии частиц и реактивности не является таким агрессивным для органических электронных слоев, как "стимулированные" плазменные способы, широко используемые в уровне техники.
В предпочтительном варианте осуществления прямого осаждения частиц используется источник из семейства холловских источников, как раскрыто, например, в US 4862032, как схематично и наглядно показано на фигуре 4. На фигуре 4а ссылочные позиции (1), (2), (3) и (4) обозначают анод, катод, систему электромагнитов и вход газа, соответственно. На фигуре 4б ссылочные позиции (1), (2) и (3) обозначают источник, пучок плазмы и подложку соответственно.
Источник состоит из анода (1), после которого расположен катод (2). На аноде размещена обмотка (3) электромагнита. На схеме нейтральные частицы (атомы, молекулы), электроны и ионы обозначены соответственно "0", "-" и "+". Нейтральные частицы рабочего газа вводятся в ионный источник через входное отверстие (4).
Торцевой холловский источник также позволяет осуществить достаточное количество модификаций. Например, систему электромагнитов можно заменить постоянными магнитами. Так же как и источник с анодным слоем, торцевой холловский источник может быть расположен для того, чтобы образовывать линейную версию [смотри Дж. Мэддокс, Протоколы 45-й годовой технической конференции Сообщества производителей вакуумных покрытий / J. Maddocks, Proceeding of 45th Annual Technical Conference of Society of Vacuum Coaters, Orlando, USA. P. 202 (2002)]. Это позволяет расширить раскрытый способ для подложек большой площади и осуществить рулонную обработку пластиковых лент.
a
Торцевой холловский источник работает следующим образом. Испущенные термокатодом электроны притягиваются анодом, будучи при потенциале U.
a
Приближаясь к аноду, они примерно следуют линиям магнитного поля. Ускоренные электроны ударяют нейтральные частицы, вызывая их ионизацию. Большинство ионизирующих столкновений происходят рядом с анодом. Выработанные ионы ускоряются по направлению к катоду. Эти ионы имеют широкое распределение энергии с максимум при 2/3(eU). Покидая источник, ионы вовлекают за собой несколько электронов, образуя нейтрализующий пучок. Вследствие того, что пучок образован непосредственно в тлеющем разряде, он может рассматриваться как участок плазмы, извлеченной и ускоренной посредством потенциала анода.
Важным преимуществом торцевого холловского источника в дополнение к осаждению является то, что он может работать в режиме предварительной очистки. Предварительная очистка обычно предшествует осаждению для того, чтобы обеспечивать хорошую адгезию произведенного покрытия к подложке.
-5
-4
-3
Ar
a
Ar
a
a
a
Обычно источник устанавливается в вакуумной камере. Основной вакуум составляет <3×10 Торр. В режиме предварительной очистки рабочим газом обычно является аргон. Рабочее давление P, потенциал анода U и ток разряда I в этом режиме предпочтительно составляют P=6-8×10 Торр, U=110-150 V и I=1,0-2,0 А. В режиме осаждения смесь химически активных газов или химически активных и инертных газов используется в качестве газовой подпитки. Предпочтительно, рабочее давление Р в этом режиме составляет Р=0,8-3×10 Торр, в то время как потенциал анода U и ток разряда I, предпочтительно, составляют U=50-100 V и I=1-5 А. Время осаждения обычно составляет 1-5 минут в зависимости от материала, тока и толщины покрытия, измеренного с помощью кварцевого контроллера.
Осаждения осуществляются в нормальной и наклонной геометрии, как показано на фигуре 2. Пленки осаждаются либо в статическом, либо в движущемся режиме.
Типичные параметры обработки, соответствующие некоторым типам покрытий, собраны в таблице 2.
Таблица 2
Подготовка Покрытие
Компонент газообразной смеси/ Парциальное давление (Торр)
U<sub>a</sub>[B]
I[A]
a-SiO<sub>x</sub>
SiH<sub>4</sub>/2×10<sup>-3</sup>; O<sub>2</sub>/3.5×10<sup>-4</sup>
60
4
а-СН
СН<sub>4</sub>/1.2×10<sup>-3</sup>; O<sub>2</sub>/0.7×10<sup>-4</sup>
90
2
a-CHN
CH<sub>4</sub>/1.3×10<sup>-3</sup>; N<sub>2</sub>/0.7×10<sup>-4</sup>
80
2
a-CHF
СН<sub>4</sub>/1.3×10<sup>-3</sup>; СF<sub>4</sub>/0.8×10<sup>-4</sup>
90
2
С помощью способа согласно данному изобретению осаждение пассивирующих/герметизирующих/ориентирующих слоев может также обеспечиваться на подающихся наматыванию пластиковых подложках в рулонной передаче. Это является важным преимуществом при подготовке гибких органических электронных устройств. В этом случае пучок частиц обеспечивается во время рулонной перемотки пластиковой ленты. Этот рулон может затем при необходимости подвергаться последующим этапам обработки.
Источники холловского семейства, предпочтительно используемые в данном изобретении, могут работать в импульсном режиме. Это может затем смягчать условия обработки, снижая риск повреждения оптических электронных слоев и пластиковых подложек, на которых сконструированы органические электронные устройства.
Кроме того, структурированные слои (то есть структура областей с разной структурой или составом) могут быть осуществлены с помощью масок и множества этапов осаждения или осаждения и травления.
Способ согласно данному изобретению также совместим с другими вакуумными способами, используемыми в производстве органических электронных устройств, включая в себя, но не ограничиваются, осаждение из паровой фазы, TFT-покрытие и т.д. Это может быть предпочтительно использовано во всей вакуумной технологической линии производства органических электронных устройств, что может значительно уменьшить хорошо известные проблемы, связанные с пылью, влажностью, ионами воздуха и т.д.
Особо предпочтительными вариантами осуществления данного изобретения являются следующие:
x
x
x
y
x
y
2
3
2
3
2
2
2
2
2
5
2
5
- осажденный слой содержит или состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из SiO, SiN, SiON, SiNH, AlO, AlO:N (малое количество N), TiO, TiO:N (малое количество N), ZrO, ZrO:N (малое количество N), ТаО, TaO:N (малое количество N), a-C:H, a-C:H:N, преобладающая энергия частиц на этапе осаждения составляет >0.005 электронвольт, предпочтительно >0.01 электронвольт, наиболее предпочтительно >0.05 электронвольт, и наиболее предпочтительно >0.1 электронвольт,
- преобладающая энергия частиц на этапе осаждения составляет <150 электронвольт, предпочтительно <100 электронвольт, более предпочтительно <80 электронвольт, наиболее предпочтительно <50 электронвольт, наиболее предпочтительно <30 электронвольт,
- осаждение осуществляется в один этап, в котором параметры обработки, прежде всего энергия части не изменяются во время осаждения функционального слоя,
- способ содержит два этапа осаждения: первый этап применяется с помощью частиц с низкой энергией, предпочтительно <1 электронвольт (что является более благоприятным для органической электронной структуры), затем применяется второй этап осаждения с помощью частиц с высокой энергией, предпочтительно от 1 до 50 электронвольт (образуется более плотное покрытие с лучшими защитными свойствами). Энергию частиц можно контролировать посредством изменения ускоряющего потенциала источника и расстояния между источником и подложкой,
- способом осаждения является осаждение распылением, основанное на источнике с анодным слоем. Предпочтительными условиями данного способа являются:
- удлиненный источник с анодным слоем, который подходит для обработки жестких подложек в режиме перехода и гибких пластиковых подложек в режиме рулонного перемещения,
x
x
- в случае оксидных покрытий, подобных SiO, AlO и т.д., используются диэлектрические мишени и химически неактивные газы, что является предпочтительным для минимизации реакций стимулированного реактивного кислорода с органическими электронными структурами,
x
y
x
2
3
- в случае нитридных покрытий, подобных SiON, SiN, AlO:N и т.д., используются диэлектрические мишени и смеси химически неактивного газа(ов), предпочтительно Ar с азотом,
-3
- рабочее давление установлено на 0,8-1,5×10 Торр в зависимости от газообразной смеси,
- подложка установлена на расстоянии >10 см от зоны разряда источника с анодным слоем и 10-100 см от мишени. Последнее расстояние может изменяться при двухступенчатом способе осаждения для изменения энергии и плотности частиц, образующих функциональное покрытие,
- время осаждения составляет от 0,5 до 5 минут, чтобы получить покрытия с предпочтительной толщиной от 10 до 100 нм,
- способ осаждения - это способ прямого осаждения, основанный на торцевом холловском источнике. Предпочтительными условиями этого способа являются:
4
2
2
2
- пучок частиц на этапе осаждения вырабатывается из химически активного газа или смеси двух или более химически активных газов, предпочтительно выбранных из группы, состоящей из SiH, N, O, Н. Рабочие газообразные смеси могут также содержать инертные газы, как Ar, Kr, Хе, которые в основном служат в качестве газа-носителя для реактивных составляющих, и способствовать осаждению реактивных составляющих,
-3
-3
- рабочее давление на этапе осаждения от 0,5×10 до 3×10 Торр, в зависимости от газообразной смеси,
- потенциал анода на этапе осаждения составляет от 50 до 100 электронвольт для того, чтобы минимизировать деструктивный потенциал частиц,
- ток разряда на этапе осаждения составляет от 1 до 4 А,
- подложка установлена на расстоянии >10 см от зоны разряда источника с анодным слоем и на расстоянии от 10 до 100 см от мишени. Последнее расстояние может изменяться при двухступенчатом способе осаждения для изменения энергии и плотности частиц, образующих функциональное покрытие,
- время осаждения составляет от 0,25 до 3 минут для того, чтобы получить покрытия с предпочтительной толщиной от 10 до 100 нм.
- осаждение функционального слоя обеспечивается при нормальной или наклонной геометрии, то есть с углом осаждения α,× равном 0° или отличном от 0° соответственно. В случае использования функционального слоя (или одновременного использования) в качестве ориентирующего слоя предпочтительным является осаждение под наклоном, то есть под углом осаждения α≠0. Чтобы обеспечить функцию выравнивания в одной плоскости, угол осаждения α, предпочтительно, составляет от 60° до 85° (α является углом относительно нормали к поверхности пленки),
- способ также содержит этап использования маски для того, чтобы предотвратить достижение пучка плазмы заранее установленного участка подложки, например, посредством нанесения маски на подложку до или во время воздействия пучка плазмы,
- функциональный слой подготовлен посредством распыления или прямого осаждения пучка лучей на непрерывно движущейся подложке, предпочтительно гибкой пластиковой подложке, которая подается или разматывается из рулона в непрерывном или рулонном способе.
Данное изобретение описано выше и ниже со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Понятно, что могут быть внесены изменения и модификации без отхода от идеи и объема изобретения. Прежде всего, осаждение распылением и прямое осаждение могут быть осуществлены с помощью других источников, как упомянуто выше.
Защитные слои, использованные для иллюстрации в примерах ниже, не ограничивают многообразие пленок, которые могут быть осаждены способами распыления и прямого осаждения и использоваться для целей пассивирования. Многие другие примеры покрытий были представлены выше. Кроме того, для этой цели могут быть использованы так называемые плазменные полимерные покрытия, подготовленные при потоке низкой энергии [смотри, например, X. Бидерман и др., Технология покрытий / Н. Biederman et al., Surf. And Coat. Tecnol., 125, 371 (2000)].
Изобретение предполагает, что, наряду с единственным защитным слоем, могут быть произведены несколько защитных слоев с помощью той же самой или другой технологии в этом изобретении или с помощью по меньшей мере одной технологии данного изобретения в сочетании с другими технологиями нанесения покрытия.
Подложки, используемые для осаждения покрытий с пассивирующим слоем, не ограничиваются типами, используемыми в описанных выше предпочтительных вариантах осуществления изобретения. Например, для этой цели могут быть произведены кристаллические пластины, металлические покрытия или пленки, изотропные и анизотропные ленты из разных полимеров.
Понятно, что могут быть осуществлены вариации вышеизложенного варианта осуществления изобретения, которые попадают под объем изобретения. Каждый признак, раскрытый в данной спецификации, если не указано иначе, может быть заменен альтернативным признаком, служащим той же самой, эквивалентной или схожей цели. Поэтому, пока не указано иначе, каждый раскрытый признак является одним примером только родовой серии эквивалентных или схожих признаков.
Все признаки, раскрытые в данной спецификации, могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере несколько таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими. Прежде всего, предпочтительные признаки изобретения применимы ко всем аспектам изобретения и могут быть использованы в любом сочетании. Схожим образом признаки, описанные во второстепенных сочетаниях, могут быть использованы отдельно (не в комбинации).
Понятно, что многие вышеописанные признаки, прежде всего признаки предпочтительных вариантов осуществления изобретения, являются патентоспособными в их собственном праве и не являются просто частью варианта осуществления данного изобретения. Для этих признаков может быть испрошена независимая защита в дополнение или в качестве альтернативы к любому изобретению, заявленному в настоящее время.
Изобретение теперь будет объяснено более подробно со ссылкой на следующие примеры, которые являются только иллюстративными и не ограничивают объем изобретения.
Пример 1
2
Органические тонкопленочные транзисторы с двумя нижними затворами (OTFT) с поли[2,4-диметилфенил)-дифениламин] (РТАА) в качестве полупроводника произведены на Si/SiO-подложках, обработанных OTS с фотолитографически определенными золотыми источниками истока/стока, посредством покрытия, полученного способом центрифугирования 4% раствора полимера в тетралине. Полученную пленку сушат при температуре 100°С в течение 10 минут и охлаждают до комнатной температуры.
После подготовки измеряют передаточные кривые этих транзисторов. Измеренные для двух устройств кривые являются практически идентичными. Кривая испытательного образца, далее подвергнутая пассивированию, показана на фиг.5а.
-5
-3
2
В течение 7 дней испытательный образец обрабатывался для герметизации, в то время как второй контрольный образец хранился при комнатной температуре. Пассивирование было обеспечено с помощью технологии осаждения распылением, основанной на источнике с анодным слоем. Основной вакуум в вакуумной камере составлял 3,5×10 Торр. Питающим газом являлся аргон. Рабочее давление Ar составляло 1,1×10 Торр. Потенциал анода источника составлял 2,5 кВ и ток разряда 80 мА. Материалом мишени являлся плавленый кварц. Ускоренный поток плазмы из источника с анодным слоем направлен на пластину мишени, размещенную на расстоянии примерно 12 см от источника. Вторичный пучок частиц образован из атомов мишени, ударяющихся о подложку с органическим устройством. Угол падения составляет примерно 60°. Расстояние между подложкой и мишенью примерно 60 см. Время осаждения составляет 8 минут, что приводит к толщине покрытия из SiO примерно 50 нм. Во время осаждения контакты органического тонкопленочного транзистора защищены от осаждающихся частиц с помощью маски.
После осаждения снова измеряют передаточную кривую для испытательного образца. Кривая показана на фигуре 5б. Видно, что кривые до и после способа плазменного осаждения очень похожи. В обоих случаях они являются хорошими рабочими устройствами. Подвижность показана в таблице 2 ниже.
Таблица 2
Подвижность [см<sup>2</sup>/В*/сек]
До обработки 5а
1×10<sup>-3</sup>
После обработки 5б
1×10<sup>-3</sup>
Передаточные кривые испытательных (герметизированных) и контрольных (негерметизированных) образцов измерялись периодически в течение 6 месяцев после подготовки. Параметры герметизированного устройства сохранялись в течение всего времени мониторинга (10% износа за 6 месяцев), в то время как характеристики контрольного образца постепенно ухудшились. Спустя два месяца после подготовки контраст переключения этого устройства был в 400 раз хуже, чем сразу после подготовки. Это показывает высокую эффективность герметизации.
Пример 2
-4
-4
2
x
Органический тонкопленочный транзистор с нижним затвором подготовлен, как в примере 1, и были измерены его передаточные характеристики. Как и в примере 1, герметизация органического тонкопленочного транзистора обеспечена технологией осаждения распылением, основанной на источнике с анодным слоем. В отличие от осаждения в примере 1 мишень является кремниевой пластиной, в то время как питающий газ является смесью Ar (парциальное давление 6,5×10 Торр) и О (парциальное давление 5×10 Торр). Потенциал анода составляет 3,2 кВ и ток разряда 85 мА. Время осаждения 15 минут, что соответствует толщине слоя SiO примерно 100 нм, образованного на органическом тонкопленочном транзисторе. После осаждения снова измерялась функция передачи устройства. Контраст переключения после осаждения в 4 раза хуже, чем до осаждения. Герметизированное устройство показывает устойчивость против старения по сравнению с устойчивостью пассивированного устройства в примере 1.
Пример 3
2
Стеклянная подложка с органическим тонкопленочным транзистором, подготовленным, как в примере 1, герметизирована, как в примере 1. Вторая стеклянная подложка с ITO-электродом покрыта слоем SiO, как подложка с органическим тонкопленочным транзистором. С помощью этих двух подложек и имеющих толщину 9 мкм разделительных прокладок между ними ячейку собирают таким образом, что направления осаждения на противоположных подложках являются антипараллельными. Ячейка заклеивается эпоксидным клеем и заполняется нематической жидкокристаллической смесью MLC-6608 (от компании Merck KGaA) при комнатной температуре. Жидкокристаллические молекулы демонстрируют наклонное выравнивание по вертикали с предварительным углом наклона 89,2°. Таким образом, герметизирующий слой может дополнительно служить в качестве ориентирующего слоя для жидкокристаллических материалов. Если жидкокристаллический материал используется в качестве полупроводника в органических электронных устройствах, повышенная однородная ориентация жидкокристаллического материала может повысить его свойства носителя заряда и, таким образом, улучшить характеристики транзистора.