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Philipp Rust 等人為了取得聚苯乙烯磺酸(PEDOT / PSS)薄膜,而進行剝離 製程(Lift-off),製程方法如圖 1-9 所示,首先於基板上塗一層聚醯亞胺

(Polyimide,

PI)作為絕緣層,然後在部分區域塗上光阻,接著塗上欲取得之薄膜,此實驗為聚

苯乙烯磺酸,最後以丙酮將光阻去除,即可得到薄膜,然而以此方法剝離的薄膜限 制於工藝方式,無法剝離全片完整薄膜,僅能得到部分薄膜[9]。

圖 1-9 薄膜剝離製程示意圖 [9]

(a)塗佈絕緣層 (b)部分塗佈光阻 (c)塗佈聚苯乙烯磺酸 (d)浸泡丙酮溶解光阻

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J. J. Schermer 團隊利用兩種不同的方式來剝離大尺寸薄膜,如圖 1-10 所示,

(a)以懸掛重物使薄膜剝離,(b)通過在圓柱體表面上引導可撓式基板,以滾輪的方 式剝離薄膜,此兩種方法的蝕刻速率皆因額外施加的應力而增快,然而,外加應力 使薄膜品質下降,故此方法尚不具備實用性[9]。

圖 1-10 以應力 ELO 薄膜示意圖 [9]

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Xiaochuan Xu 團隊等人利用聚二甲基矽氧烷(poly dimethicone, PDMS)薄膜將 矽奈米柱結構從 SOI 基板上黏附起來後,再次轉移至紫外光固化膠 NOA61(Norland Optical Adhesive)之上,展示了可撓式矽晶奈米薄膜的靈活性。

其轉移製程如圖 1-11 所示,(a)有奈米柱狀結構的 SOI 基板,(b)部分蝕刻底切,

(c)支撐層製作,(d)完全蝕刻底切,(e)利用 PDMS 薄膜將 SiNM 圖形黏貼,(f)將 SiNM 圖形再次轉印到 NOA61 之上。圖 1-12 為薄膜轉移後的實體照片[11]。

圖 1-11 矽奈米圖形二次轉移流程 [11]

圖 1-12 矽奈米結構轉移至可撓式基板上之實體圖 [11]

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美國 IBM 團隊利用表面張力來進行 ELO 製程,其實驗試圖將整片基板泡入蝕 刻液鹽酸(Hydrochloric acid, HCl)之中,蝕刻犧牲層 InAlP,取得 GaAs 薄膜。

實驗嘗試利用表面張力隨著蝕刻長度與晶圓方向夾角的不同來控制 ELO 的速 率,如圖 1-13 所示,蝕刻液(HCl)的溫度保持在 60oC,整個實驗過程耗時約 8 小 時,平均蝕刻速率為 5.9mmh-1,若進一步優化工藝,也許能提高蝕刻速率。圖 1-14 為 GaAs 薄膜成功轉移到可撓性基板上的實體照片[12]。

圖 1-13 表面張力輔助 ELO 製程示意圖 [12]

(a)表面張力輔助 ELO 原理示意圖 (b)晶圓方向夾角 (c)實作流程

圖 1-14 GaAs 薄膜轉移至可撓性基板上之示意圖 [12]

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在 2011 年,Hosseini 等人以 ELO 技術將 c-SiNMs 轉移至可撓式基板上,並重 覆使用基板進行轉移。薄膜光學設備和一般電子設備相比,對傳輸精度有嚴格的要 求,因為位置的任何偏移或結構的任何破損都會影響元件的性能。於是該團隊改進 了薄膜轉印技術的流程,達成 c-SiNMs 的成功轉印,圖 1-15 為結構轉移至可撓式 基板上的步驟,(a)250nm 之 SOI 基板,蝕刻層為 3m,(b)定義圖形,(c)塗佈光阻,

(d)濕蝕刻,(e)蒸氣蝕刻,(f)PDMS 轉印,(g)PET 塗佈 NOA61,(h)將薄膜轉印至可 撓式基板上[13]。

(a) a (b)

(c) b (d)

(e) (f)

(g) (h)

圖 1-15 結構轉移製程流程圖 [13]

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在 2014 年時 Zhou. W 等人研究了三種奈米薄膜剝離轉印的方法,分別為直接 轉印、乾式轉印及聚二甲基矽氧烷薄膜(Polydimethylsiloxane, PDMS)轉印,直接轉 印是將塗有黏著劑的可撓式基板,直接印於蝕刻後的薄膜上,使薄膜結構轉印到可 撓式基板上。乾式轉印的方法是利用有彈性的可撓式基板,去吸附薄膜結構,達成 轉移目的。而 PDMS 薄膜轉印則是利用 PDMS 薄膜吸附結構,再將結構再次轉印 至塗有黏著劑的可撓式基板上,製程流程如圖 1-16 所示[14]。

以上三種薄膜轉移方法,皆與薄膜的剝離速度與吸附力道有很大的關係,在剝 離薄膜時,速度或力道過大都可能導致薄膜破裂[14]。

圖 1-16 直接轉印、乾式轉印、PDMS 薄膜轉印三種薄膜剝離製程圖 [14]

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2. 第二章 超臨界流體