以硅基光刻工艺为核心的半导体制造技术,可实现电子器件的低成本、高通量与集成化制造。然而,利用硅基光刻技术制造柔性电子器件仍面临挑战。其中一个典型的难题是,光刻技术与柔性电子中广泛使用的可延展基底材料不兼容。例如,在湿法光刻过程中,有机溶剂会对聚合物柔性衬底造成溶解和破坏,柔性衬底也易于变形以及存在界面失稳等问题,这些问题在一定程度上会影响器件的性能,如工艺稳定性、一致性及器件的可靠性等。
近日,湖南大学段辉高教授团队开发出一种基于“光刻胶全干法转印”技术的新型光刻工艺,可用于柔性及不规则(曲面、悬空等)衬底上柔性电子器件的高保形制造。该工艺的关键在于开发了一种环保型(水基)可转印的光刻胶材料,该光刻胶具有对紫外光(UV)和电子束(EBL)辐照的双重敏感性,可用于制造多尺度图案。通过精准调控光刻胶材料的表面能及转移参数(如温度、速度等),可轻易实现高分辨、高密度、跨尺度光刻胶结构在硅基衬底上的脱附,并将其无损转移到柔性聚合物或不规则衬底上。利用光刻胶结构作为掩膜图案,结合金属沉积和剥离工艺,可以实现柔性、不规则衬底上电子元器件的原位和高保形制造。这种工艺具有高效、环保、低成本等特点,有望满足现代柔性电子器件对高精度、高可靠性和高稳定性的要求。相关文章以题为Dry-Transferrable Photoresist Enabled Reliable Conformal Patterning for Ultrathin Flexible Electronics发表在《Advanced Materials》杂志上。
图1. 环保型可转印光刻胶材料的开发及工艺流程。所开发的光刻胶具有对紫外光(UV)和电子束(EBL)辐照的双重敏感性,可用于加工多尺度图案。在整个光刻工艺中不需要使用有毒、昂贵的有机溶剂和显影剂,通过纯水进行显影,绿色环保。
图2. 高分辨、高密度、跨尺度光刻胶结构干法转印展示。光刻胶可以近零应变、无损转印至各种受体衬底上,如PDMS、圆柱形玻璃瓶、悬空衬底等,并且可实现硅晶圆的重复利用。利用所开发的工艺,可以实现不同衬底(PET、PEN、PDMS、曲面玻璃、PU薄膜等)上多尺度可延展电子图案的原位和保形制造。
图3. “光刻胶全干法转印”工艺的力学理论模型和实验验证。
图4. 利用“光刻胶全干法转印”新型光刻工艺制备超轻、超薄柔性电极用于EMG采集及人机界面应用。
该工作得到了国家重点研发计划项目与国家自然科学基金创新群体项目的资助,相关实验得到了中南大学湘雅三医院、湖南大学粤港澳大湾区创新研究院微纳制造与检测服务平台的支持。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303513
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