《npj Flexible Electronics》：用於柔性薄膜晶體管的大麵積光子剝離工藝（IF=14.676）

背景：

 zaisuliaoshangzhizaorouxingdianziyuanjiantongchangshoudaojuhewujidijiaochadechicunwendingxingxianzhi。weilehuanjiezheyiwenti，zaizhizaoguochengzhongshiyonglebolizaiti，danruhezaibusunhuaidianziyuanjiandeqingkuangxiajiangsuliaojidicongzaitishangyichurengranshiyigetiaozhan。zaizheli
，womenliyongdamianji、高通量的光子剝離（PLO）工藝來迅速將聚合物薄膜從剛性載體上分離。PLO使用閃光燈產生的寬帶光脈衝（持續時間為150微秒）來將塗有光吸收層（LAL）的玻璃載體基底上的功能薄膜剝離。建模表明


，在PLO過程中，聚合物/LAL界麵溫度超過800°C，但聚酰亞胺（PI）的頂麵溫度保持在120°C以下。在PI基底上製造了一組銦鋅氧化物（IZO）薄膜晶體管（TFTs），並通過PLO技術從玻璃載體上剝離。PLO過程對TFTs的遷移率沒有影響。這些柔性TFTs在機械上非常堅固，即使在彎曲時遷移率也沒有降低。

文獻介紹：

 隨著柔性電子設備（如柔性顯示器和傳感器）的複雜性增加，需要新型與塑料兼容的製造方法來生產高產量、低缺陷的柔性電路。雖然可以使用如印刷等溶液處理方法在低溫基底上製造電路
，但有些情況下印刷並不是實現複雜、gaomidudianluhexiaoxingqijiandekexingxuanze。tebieshi
，gaofenbianlvxianshiqiyingyongtongchangxuyaodanweimitezhengchicun，bingzaidamianjijidishangbaochichusedejunyunxing。duiyuzhexieyingyong
，xuyaogengjingquedezhizaojishu，ruguangke。raner，youyujuhewudechicunwendingxingjiaocha
，jishizaiguangkeguochengzhongdediwenchuli（如軟烘烤）yekenenggaibianjididechicun。suizhetezhengchicundejianxiao，jidichicunshangdeweimijibianhuayekenengzaihouxudeduizhunbuzhouzhongchanshengwucha。jiejuezheyiwentideyigefangfashizhuanyiyinshua
，qizhongcailiaozaiyigejidishangzhizao，ranhouzhuanyidaojieshoujidishang。danshi
，zhuanyiyinshuatongchangxuyaoshiyongzhanfucenghuoduijidibiaomianjinxingzaixixiugaiyicujinyoumozhuanyi。huozhe，tongguozaishebeizhizaoguochengzhongjiangjuhewubomofuzhezaigangxingzaitishang，ranhoushifangzhizaowanchengdeshebeicengdejuhewujidi，keyikefuchicunwendingxingwenti。yinci，conggangxingzaitishangfenlijuhewubomoshishengchanxiayidairouxingdianzichanpindeguanjianbuzhou。

  已經研究了多種方法，用於從剛性載體上釋放塑料基底。利用準分子激光的激光剝離（Laser Lift-off
，簡稱LLO）長chang期qi以yi來lai一yi直zhi是shi業ye界jie用yong於yu在zai電dian子zi製zhi造zao過guo程cheng中zhong從cong剛gang性xing載zai體ti上shang剝bo離li聚ju合he物wu薄bo膜mo的de方fang法fa。剝bo離li機ji製zhi基ji於yu在zai聚ju合he物wu和he剛gang性xing載zai體ti界jie麵mian處chu選xuan擇ze性xing燒shao蝕shi聚ju合he物wu薄bo膜mo。聚ju合he物wu與yu激ji光guang之zhi間jian的de相xiang互hu作zuo用yong已yi被bei廣guang泛fan研yan究jiu，這zhe些xie研yan究jiu導dao致zhi了leLLO技術的產生。在LLO中，激光掃描玻璃基底的背麵，通過聚合物基底本身發生的吸收來實現燒蝕
，因為聚合物通常吸收光譜中的紫外線（UV）區域波長。吸收的激光能量加熱聚合物並在玻璃/聚ju合he物wu界jie麵mian處chu引yin發fa燒shao蝕shi。準zhun分fen子zi激ji光guang剝bo離li具ju有you幾ji個ge吸xi引yin人ren的de特te性xing
，例li如ru能neng夠gou維wei持chi局ju部bu輻fu射she和he實shi現xian低di全quan局ju溫wen度du。然ran而er，需xu要yao昂ang貴gui的de激ji光guang係xi統tong
，並bing且qie剝bo離li過guo程cheng對dui激ji光guang參can數shu的de變bian化hua很hen敏min感gan。激ji光guang係xi統tong的de功gong率lv波bo動dong和he非fei均jun勻yun光guang柵zha掃sao描miao可ke能neng導dao致zhi缺que陷xian並bing降jiang低di產chan量liang。LLO也是一個耗時的光柵掃描過程，這在大麵積基底上工作時轉化為更高的生產成本。

 為了克服LLO的de挑tiao戰zhan
，已yi經jing研yan究jiu了le替ti代dai的de剝bo離li技ji術shu。在zai製zhi造zao過guo程cheng中zhong，使shi用yong了le如ru膠jiao帶dai和he粘zhan合he劑ji等deng臨lin時shi粘zhan合he層ceng來lai將jiang塑su料liao薄bo膜mo附fu著zhe在zai載zai體ti上shang，但dan是shi這zhe一yi些xie粘zhan合he材cai料liao本ben身shen也ye會hui產chan生sheng微wei小xiao的de尺chi寸cun變bian化hua。許xu多duo方fang法fa還hai需xu要yao紫zi外wai線xian或huo熱re能neng、溶rong劑ji或huo機ji械xie力li來lai剝bo離li樣yang本ben。氧yang化hua鎢wu等deng無wu機ji分fen離li層ceng在zai高gao加jia工gong溫wen度du下xia比bi粘zhan合he劑ji更geng穩wen定ding
，但dan仍reng然ran需xu要yao相xiang當dang大da的de分fen層ceng力li。還hai有you通tong過guo焦jiao耳er加jia熱re的de熱re燒shao蝕shi
，但dan這zhe種zhong方fang法fa並bing不bu常chang用yong。

 在這項研究中，我們利用非激光光子剝離（PLO）過程來克服之前用於從剛性載體上分離聚合物薄膜的技術所麵臨的挑戰。PLO利用閃光燈產生的寬帶光（200–1100nm）從塗有LAL的de剛gang性xing載zai體ti上shang剝bo離li聚ju合he物wu薄bo膜mo，其qi中zhong聚ju合he物wu薄bo膜mo可ke能neng包bao含han功gong能neng器qi件jian。最zui近jin報bao道dao了le使shi用yong閃shan光guang燈deng而er不bu是shi激ji光guang器qi進jin行xing聚ju合he物wu剝bo離li的de初chu步bu結jie果guo，但dan沒mei有you包bao括kuo有you源yuan器qi件jian或huoTFTs。與這些結果相比，本工作中的PLO使用簡單的單層金屬吸收器，而不是四層結構，並且使用超快脈衝持續時間，僅為之前報道的脈衝長度的2–5%。最近使用PLO展示了柔性納米晶體光伏器件。與LLO這樣的光柵掃描過程相比，PLO過程具有優勢，因為它可以在一次持續100–200µs的閃光中實現大麵積剝離（150mm×75mm）
，從而提高了處理量。此外，LAL的存在在剝離過程中防止了聚合物基底的直接照射，並促進了更幹淨的剝離，無需聚合物灰化

，這是LLO的一個常見問題。LAL的存在使PLO成為一種與聚合物無關的過程，能夠剝離各種聚合物。

 在這裏
，我們報告了使用PLO技術製造柔性TFTs的方法。使用了具有低熱膨脹係數（CTE）的PI來最小化殘餘薄膜應力。在PI薄膜上製造了IZO TFTs，隨後使用PLO技術從載體上釋放。釋放後的器件在PLO過程後未顯示顯著變化
，剝離前後的遷移率約為3cm²V^-1s^-1。這些柔性TFTs具有很強的彎曲應力，在彎曲半徑為10mm時遷移率沒有顯著下降。當與成功將PI從載體上分離的能力相結合時，低CTE PI為柔性電子器件創建了一個堅固的製造平台，允許在塑料基板上使用傳統的圖案化和沉積技術，同時保持高達380°C的尺寸穩定性。開發了一個3D有限元模型來驗證剝離過程中基板的熱響應。模擬顯示在PI薄膜中的溫度在消融層達到865°C，但在器件層保持在120°C以下，這個溫度足夠低
，可以避免對薄膜晶體管造成損害或引起化學變化。模型顯示
，PLO過程中器件層的最高溫度受到聚合物薄膜厚度和材料特性的強烈影響，突出了該模型在指導PLO器件設計中的價值。這項工作展示了PLO在承受傳統光刻加工方法後，成功從玻璃載體上釋放包含柔性電子器件的聚酰亞胺基板的可行性。

引用：