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WO2015014489A1 - Verfahren zur strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden schicht - Google Patents

Verfahren zur strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden schicht Download PDF

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Publication number
WO2015014489A1
WO2015014489A1 PCT/EP2014/002091 EP2014002091W WO2015014489A1 WO 2015014489 A1 WO2015014489 A1 WO 2015014489A1 EP 2014002091 W EP2014002091 W EP 2014002091W WO 2015014489 A1 WO2015014489 A1 WO 2015014489A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
irradiation
conductivity
laser
regions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/002091
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Moritz SCHAEFER
Malte Schulz-Ruhtenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of WO2015014489A1 publication Critical patent/WO2015014489A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10P34/42—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/01—Manufacture or treatment
    • H10D86/021—Manufacture or treatment of multiple TFTs
    • H10D86/0221—Manufacture or treatment of multiple TFTs comprising manufacture, treatment or patterning of TFT semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/20—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
    • H10K71/211—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by selective transformation of an existing layer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/621—Providing a shape to conductive layers, e.g. patterning or selective deposition

Definitions

  • the present invention relates to a method for structuring an electrically conductive or semiconducting layer, by which one or more
  • Layer regions of the layer are electrically insulated, or by the electrical conductivity of one or more layer regions is set specifically.
  • Thin-film electronics in particular organic electronics, are based on thin layers of electrically conductive, semiconductive or insulating materials. Typical layer thicknesses are between a few 10 nanometers and a few micrometers. Particularly in the case of organic light-emitting diodes, thin-film transistors for LCDs or in thin-film photovoltaics, transparent electrodes are required in order to disconnect or couple in light. For this purpose, mostly transparent,
  • TCO electrically conductive oxides
  • Transparency is very often used indium tin oxide (ITO) as electrode material. Also transparent organic, electrically conductive materials are used. Examples of these are PEDOT: PSS (poly-3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrene sulfonate) or
  • the transparent electrodes must be structured according to their application and electrically from each other be isolated.
  • Semiconducting layers must also be isolated between the individual components in order to avoid the so-called cross-talk between the components. In all cases, a structuring of an electrically conductive or semiconductive layer is thus required, by means of which a plurality of layer regions of the layer are electrically isolated from one another.
  • the structuring of transparent electrodes currently takes place, as a rule, by local removal of the electrically conductive layer.
  • the TCO material is locally removed by etching.
  • the TCO layer must be prepared by means of photoresist and lithography, for example by suitable masking.
  • Another possibility is to convert an amorphous TCO layer in certain areas selectively into a polycrystalline layer having the required electrical conductivity.
  • the remaining amorphous layer can then be removed with an etching process. After the etching process must be performed.
  • US 2010/0105196 A1 shows a method for structuring an ITO layer, in which initially an amorphous ITO layer is applied and subsequently converted into polycrystalline ITO by irradiation by means of a laser beam in the desired regions. The remaining amorphous ITO is then etched away. Due to the selective removal of the amorphous layer during the etching process, the polycrystalline regions remain unaffected. This method thus produces a structured polycrystalline ITO layer.
  • EP 1589579 A2 shows a method for structuring an ITO electrode on a passive matrix display.
  • the OLED-based passive matrix display is structured in one step, in which the ITO layer is combined with the overlying, organic layer
  • Edge jams or the debris pierce the semiconductive layer. This can lead to short circuits and component failure. Therefore edge edgings must be avoided by selecting suitable process windows for these processes. The debris has to go through
  • the object of the present invention is to provide a method for structuring a
  • Layer regions whose or their conductivity is set irradiated with energetic radiation, preferably with laser radiation.
  • a beam intensity below the ablation threshold of the layer material and below a threshold of the layer material is selected, in which the layer between and / or next to the layer regions to be insulated by a modification of the layer material electrically insulating properties receives or in which the one or more layer regions whose or whose conductivity is to be adjusted specifically, obtained by a modification of the layer material, the conductivity to be set.
  • the modification takes place by introducing case states for free charge carriers (electrons or holes) into the layer material and / or by dissolving out dopants, which lead to free charge carriers in the layer material. Under a specific adjustment of the conductivity is the
  • Dot dopants are generally understood to mean atoms or parts of molecules which supply free charge carriers.
  • these can be electron acceptors that are free
  • the dissolution of the dopants is preferably carried out in intrinsically semiconducting materials as well as in organic conductors, for example in TCOs (for example ITO) or organic semiconductors, which are distinguished by specific
  • Molecule parts are doped.
  • trap states are preferred, for example in the form of impurities, lattice defects or grain boundaries
  • Layer or layer areas are removed, which are isolated or their conductivity adjusted.
  • the dopants can either escape from the layer, so that they no longer in the
  • Sample containing the irradiated layer areas are, or are shifted in the layer
  • Dislocation so that largely undoped areas or areas with reduced doping remain.
  • the dislocation of the dopants for example, in inorganic semiconductors and organic
  • the proposed method is thus based on the local modification of the layer material by means of energetic radiation, in particular laser radiation.
  • the electrically conductive or semiconducting layer for example an organic layer or a TCO layer, is irradiated below its removal threshold, so that no removal of material takes place by the irradiation.
  • the irradiation also takes place below the threshold, i. there is no melting of the layer by the irradiation.
  • irradiated layer region still has a conductivity, so that adjacent to the irradiated layer region layer areas are not isolated from each other.
  • the conductivity of the irradiated layer region is above 0.004 S / cm.
  • the adjustment of the conductivity to a predetermined to understand the conductivity value or range. In this case, preference is given to parameters of the energetic radiation, for example pulse number per position,
  • Pulse energy, fluence, wavelength and pulse duration chosen such that the conductivity of the irradiated layer region compared to in the lateral direction, i. Although in the layer direction, adjacent layer areas reduced but not destroyed.
  • the penetration depth of the energetic radiation which may be dependent on wavelength, irradiation duration, dose, number of pulses per position and / or fluence, to be smaller than the layer thickness.
  • the irradiated layer region is not modified over the entire layer thickness, but only over a depth that is smaller than the layer thickness, so that the layer region is not completely deactivated / isolated, but retains a specifically adjustable via the penetration depth conductivity.
  • the number or the density of the introduced case states or of the dissolved-out dopants and thus a conductivity of the irradiated layer region can be influenced in a targeted manner by irradiating the layer and / or the one or more layer regions under predetermined atmospheric conditions For example, a certain process gas atmosphere, a pressure of the atmosphere, the chemical effect of
  • Atmosphere e.g. reducing or oxidizing
  • Atmosphere or a treatment of the layer under liquid is selected.
  • the energy input required in each case for both variants of structuring depends on the layer material and can easily be determined by preliminary experiments with different energies or intensities of the energetic beam and irradiation times.
  • the radiation is pulsed for the irradiation
  • Laser radiation used, wherein the local modification can be done both with a single laser pulse as well as with a sequence of laser pulses.
  • the pulse durations are preferably in the nanosecond range or at even shorter pulse durations. However, longer pulses or cw laser radiation can also be used.
  • the proposed method thus either produces smaller electrically conductive or semiconducting layers
  • Regions understood from a larger layer region of an electrically conductive or semiconducting layer which are separated from each other via electrically insulating regions, or the generation of smaller electrically conductive or semiconducting regions with specifically set or modified, in particular reduced, conductivity understood.
  • the method can be used to isolate several electrically conductive or semiconductive layer areas from one another. Even an electrical isolation of only a single layer area is possible. Both methods can also be used side by side in a layer, i. in a part of the layer becomes the
  • Conductivity is destroyed (insulation) and in another part of the layer, the conductivity is targeted
  • a modification of the layer material is a change in the solid state structure and / or the chemical composition of the layer material
  • the erosion threshold denotes the limit intensity of the energetic beam, from which a removal of the layer material by the beam occurs.
  • the wavelength of the laser radiation preferably used for the irradiation is preferably in the ultraviolet ray range, particularly preferably at a wavelength of ⁇ 300 nm, but may also be at other wavelengths, i. in the visible or infrared
  • Wavelength depends on the respective
  • Electrically insulating properties are understood as meaning an electrical conductivity of ⁇ 0.004 S / cm.
  • Wavelengths of> 300 nm are particularly advantageous for structuring ITO layers or PEDOT: use PSS layers.
  • the method is not based on these layer materials or on transparent
  • the semiconducting properties of organic semiconductors can also be destroyed by the proposed irradiation below the erosion threshold or can be selectively changed or adjusted, in particular reduced, with respect to the conductivity.
  • TCOs eg ITO
  • an increase of the conductivity can be achieved. in this connection the number of trap states at the grain boundaries is reduced.
  • the responsible for the semiconductor properties ⁇ -electron systems are destroyed. Individual regions of an organic semiconductor layer can thus be isolated from one another, whereby the unwanted cross-talk is avoided.
  • bonds are broken in the modification, parts of the molecule dissociate and the layer escapes.
  • inorganic layers there is a dislocation of the electrical
  • electron acceptors can be introduced into an n-conducting layer of electron acceptors or into a p-conducting layer by thermal diffusion during irradiation from the gas phase, which act as additional trap states.
  • the irradiation can also be done with laser radiation different laser or wavelengths simultaneously or immediately after each other. Also, this can reduce the electrical conductivity to form the insulating properties.
  • the proposed method becomes a
  • the proposed method avoids both edge drops and debris consisting of erosion products. This makes it possible to dispense with a subsequent cleaning step. Since the structuring is carried out by means of modification below the removal threshold of the layer material, a lower pulse energy than for the removal of the layer is required. This offers the advantage that the proposed modification by means of energetic or laser radiation can be done much faster than a removal by means of laser radiation.
  • the layer can be processed to a high degree in parallel by splitting laser pulses of high pulse energy into a plurality of partial beams by diffractive optical elements, through which a simultaneous modification of different layer areas can then take place.
  • individual pulse can be structured, increased by the proposed method of pure modification by more than a factor of 10 compared to the area that would be required for a removal of the corresponding areas.
  • the scaling of the surface is possible by a simple change of the imaging ratio in the mask projection. Furthermore, the resolution of the structures produced can also be achieved
  • Another preferred embodiment involves beam deflection by means of fast scanners. Under a fast scanner becomes here a system
  • a wavelength of the energetic radiation is selected such that its penetration depth is greater than a layer thickness of the layer. This ensures a modification of the layer over the entire layer thickness. If the penetration depth is chosen smaller than the layer thickness, the layer can not be completely deactivated or isolated.
  • a conductivity gradient or conductivity profile is generated in a section of the layer by varying at least one parameter of the energetic radiation.
  • the at least one parameter is selected from a group of parameters that includes number of pulses per point, pulse energy, fluence, wavelength and pulse duration.
  • the conductivity profile can be adjusted in the vertical and / or in the lateral direction of the layer.
  • the conductivity profile in the lateral direction, ie in the layer direction can be, for example, stepped by stepwise variation of at least one parameter or gradually by continuous change
  • At least one parameter of the energetic radiation can be adjusted.
  • a conductivity gradient or course can be achieved, for example, by irradiating the section of the layer in the lateral direction with energy radiation of different penetration depth, so that the modified regions reach different depths.
  • the conductivity gradient or course in the lateral direction can also be achieved by varying the
  • Parameters e.g. Fluence, number of pulses per site, the number or density of the trap states or of the released dopants is varied.
  • the inventive method thus allows in this embodiment, the targeted and flexible adjustment of the conductivity. In this way, in the operation of the electrically conductive or semiconducting layer, the local
  • the method can therefore be used particularly advantageously for this purpose, for example by being transparent
  • Modification for example, can also be achieved by means of electron beam machining. However, this processing must be performed in contrast to the processing with laser radiation in a vacuum.
  • the proposed method can be used above all in thin-film electronics, in particular in large-scale, organic electronics. In these areas of electronics, individual thin layers with different electrical properties are used. The individual layers must be structured according to their application.
  • Fig. 1 is a schematic representation of
  • Fig. 2 is a comparison of the structuring of
  • Fig. 3 is a schematic representation of a
  • an electrically conductive or semiconducting layer is structured such that electrically conductive regions of a specific geometry, for example, conductor tracks or the
  • FIG. 1 shows a highly schematic example of an implementation of the proposed method. In the figure is a
  • Substrate 2 to recognize, for example, a glass substrate on which a corresponding electrically conductive layer 1 is applied.
  • This layer may, for example, be an ITO layer or a PEDOT: PSS layer
  • this layer 1 in the present example with a laser beam 3 of a Lasers 4 irradiated, which is guided via a scanning device 5 over the areas to be irradiated.
  • the corresponding optics, in particular the focusing optics for the laser beam 3, are not shown here.
  • the laser intensity is chosen in each case so that no material removal takes place, but the layer material is modified so that the electrical conductivity or the semiconductor properties of the layer 1 in the irradiated areas are destroyed. So the electrical conductivity is in one
  • ITO layer for example.
  • the electrical conductivity of a layer of the organic conductor PEDOT: PSS is modified by the irradiation by means of individual pulses of wavelengths less than 300 nm below the erosion threshold so that it is destroyed.
  • the optical penetration depth of the radiation must be greater than the layer thickness, so that the layer is modified in its full thickness.
  • this can be achieved, for example, with laser pulses having a wavelength of 248 nm.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a comparison of the known laser structuring by means of material removal in partial image a) with the proposed method in partial image b), in which the laser structuring takes place by means of material modification. From the figure it can be seen that in the previous technique of laser structuring by means of material removal at the edges of the electrically conductive regions 6, undesired edge drops 8 occur. Furthermore, unwanted deposits of debris 7 on the surface of the electric
  • Layer region 9 between the electrically conductive layer regions 6 generates, which is electrically insulating. Thus, there is no layer removal and also no removal of the layer material between the electrically conductive regions 6, for example by etching.
  • FIG. 3 shows an example of a plan view of a section of a correspondingly structured layer region, for example for producing parallel, electrically transparent electrodes on a glass substrate.
  • the electrically conductive regions 6 can be seen, which form the electrodes and modified by the corresponding
  • Layer regions 9 are electrically isolated from each other. Such processing of parallel areas can, for example, by mask projection of a corresponding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

Strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht, durch die ein oder mehrere Schichtbereiche (6) der Schicht elektrisch isoliert werden und/oder die elektrische Leitfähigkeit des einen oder der mehreren Schichtbereiche der Schicht gezielt eingestellt werden kann. Bei dem Verfahren wird die Schicht zwischen und/oder neben den zu isolierenden Schichtbereichen (6) lokal mit energetischer Strahlung bestrahlt. Alternativ werden die ein oder mehreren Schichtbereiche der Schicht, dessen oder deren Leitfähigkeit gezielt einzustellen ist, mit energetischer Strahlung bestrahlt wird. Für die Bestrahlung der Schicht wird eine Strahlintensität unterhalb der Abtragsschwelle des Schichtmaterials sowie unterhalb einer Schmelzschwelle des Schichtmaterials gewählt, bei der eine Modifikation des Schichtmaterials zur Erzeugung elektrisch isolierender oder gezielt verringerter elektrischer Leitfähigkeit als Schichteigenschaften führt. Die Modifikation erfolgt durch Einbringen von Fallenzuständen für freie Ladungsträger in das Schichtmaterial oder durch Herauslösen von Dotanden für freie Ladungsträgern aus dem Schichtmaterial.

Description

Verfahren zur Strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht, durch die ein oder mehrere
Schichtbereiche der Schicht elektrisch isoliert werden, oder durch die eine elektrische Leitfähigkeit eines oder mehrerer Schichtbereiche gezielt eingestellt wird.
Die Dünnschichtelektronik, insbesondere die organische Elektronik, basiert auf dünnen Schichten elektrisch leitender, halbleitender oder isolierender Materialien. Typische Schichtdicken liegen zwischen einigen 10 Nanometern und wenigen Mikrometern. Besonders bei organischen Leuchtdioden, Dünnfilmtransistoren für LCDs oder bei der Dünnfilmphotovoltaik werden transparente Elektroden benötigt, um Licht aus- bzw. einzukoppeln. Hierzu werden meist transparente,
elektrisch leitfähige Oxide (TCO) verwendet. Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher
Transparenz wird sehr häufig Indium-Zinn-Oxid (ITO) als Elektrodenmaterial eingesetzt . Auch transparente organische, elektrisch leitfähige Materialien werden verwendet. Beispiele hierfür sind PEDOT:PSS (Poly-3,4- ethylendioxythiophen : Polystyrolsulfonat) oder
Graphen .
Die transparenten Elektroden müssen entsprechend ihrer Anwendung strukturiert und voneinander elektrisch isoliert werden. Auch halbleitende Schichten müssen zwischen den einzelnen Bauelementen isoliert werden, um den sog. Cross-Talk zwischen den Bauelementen zu vermeiden. In allen Fällen ist somit eine Struktu- rierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht erforderlich, durch die mehrere Schichtbereiche der Schicht elektrisch voneinander isoliert werden.
Stand der Technik
Die Strukturierung transparenter Elektroden erfolgt derzeit in der Regel durch lokale Entfernung der elektrisch leitfähigen Schicht. Mittels aufwändiger nasschemischer Verfahren wird hierzu das TCO-Material lokal durch Ätzen entfernt. Hierbei muss die TCO- Schicht mittels Fotolack und Lithographie vorbereitet werden, bspw. durch geeignete Maskierung.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine amorphe TCO-Schicht in bestimmten Bereichen gezielt in eine polykristalline Schicht umzuwandeln, die die erforderliche elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die verbleibende amorphe Schicht lässt sich dann mit einem Ätzprozess entfernen. Nach dem Ätzprozess müssen
Reinigungsschritte durchgeführt werden. So zeigt bspw. die US 2010/0105196 AI ein Verfahren zur Strukturierung einer ITO-Schicht, bei dem zunächst eine amorphe ITO- Schicht aufgebracht und anschließend durch Bestrahlung mittels eines Laserstrahls in den gewünschten Bereichen in polykristallines ITO umgewandelt wird. Das verbleibende amorphe ITO wird dann weggeätzt. Aufgrund der selektiven Entfernung der amorphen Schicht während des Ätzprozesses bleiben die polykristallinen Bereiche unbeeinflusst . Mit diesem Verfahren wird somit eine strukturierte, polykristalline ITO-Schicht erzeugt.
Eine weitere bekannte Technik zur Strukturierung einer TCO-Schicht ist der direkte Abtrag von Schichtbereichen mit energetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung. So zeigt bspw. die EP 1589579 A2 ein Verfahren zur Strukturierung einer ITO-Elektrode auf einem Passiv-Matrix-Display. Das auf OLEDs basierende Passiv-Matrix-Display wird dabei in einem Schritt strukturiert, indem die ITO-Schicht bereichsweise zusammen mit den darüber liegenden, organischen
Schichten gezielt abgetragen wird. Hierzu wird
Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 248 nm und 355 nm mit Pulsdauern im Pikosekunden- bis
Nanosekunden-Bereich eingesetzt.
Bei den Abtragsverfahren mittels Laserstrahlung werden benachbarte Schichten geschädigt . Außerdem können Aufwürfe am Rand der abgetragenen Bereiche auftreten, die mehrere 10 nm hoch sind, sowie
unerwünschte Ablagerungen von Abtragsprodukten (Debris) auf der unbearbeiteten Schicht. Die Dicke der
nachfolgenden halbleitenden Schicht liegt oftmals in der gleichen Größenordnung, so dass die leitfähigen
Randaufwürfe oder der Debris die halbleitende Schicht durchstechen. Dies kann zu Kurzschlüssen und Bauteilversagen führen. Die Randaufwürfe müssen daher bei diesen Verfahren durch die Wahl geeigneter Prozess - fenster vermieden werden. Der Debris muss durch
Reinigungsprozesse entfernt werden. Aus Itoh, E., Torres, I., Hayden, C, Taylor, D.M. : "Excimer-laser micropatterned photobleaching as a means of isolating polymer electronic devices", In: Synthetic Metals, 2006, 129-134, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Leitfähigkeit einer Schicht aus poly (3-hexylthiophene) (P3HT) durch UV-Bestrahlung mittels eines Excimer-Lasers mit einer Strahlintensität unterhalb der Abtragsschwelle um bis zu zwei Größenordnungen reduziert wird. Die reduzierte Leitfähigkeit beruht dabei in einer Abnahme der π- onjugation durch entweder Aufbrechen von Ketten oder Photooxidation des Polymers .
In US 2002/0058366 AI ist ein Verfahren zur
Umwandlung von amorphen Silizium in polykristallines
Silizium offenbart, bei dem das Silizium lokal mittels gepulster Laserstrahlung aufgeschmolzen wird, deren Absorptionskoeffizient in amorphen Silizium größer ist als deren Absorptionskoeffizient in Polysilizium.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Strukturierung einer
elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht
anzugeben, das keine Randaufwürfe oder Ablagerungen von Abtragsprodukten verursacht und sich in einfacher Weise ohne Notwendigkeit anschließender Reinigungsprozesse durchführen lässt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß
Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Struktu- rierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht, durch die ein oder mehrere Schichtbereiche der Schicht elektrisch isoliert werden oder durch die eine elektrische Leitfähigkeit eines oder mehrerer Schicht - bereiche der Schicht gezielt eingestellt wird, wird die Schicht zwischen und/oder neben den zu isolierenden Schichtbereichen oder der eine oder die mehreren
Schichtbereiche, dessen oder deren Leitfähigkeit einzustellen ist, mit energetischer Strahlung, vorzugsweise mit Laserstrahlung, bestrahlt. Für die Bestrah- lung der Schicht mit der energetischen Strahlung wird eine Strahlintensität unterhalb der Abtragsschwelle des Schichtmaterials sowie unterhalb einer Schmelzschwelle des Schichtmaterials gewählt, bei der die Schicht zwischen und/oder neben den zu isolierenden Schicht- bereichen durch eine Modifikation des Schichtmaterials elektrisch isolierende Eigenschaften erhält oder bei der die ein oder mehreren Schichtbereiche, dessen oder deren Leitfähigkeit gezielt einzustellen ist, durch eine Modifikation des Schichtmaterials die einzustel- lende Leitfähigkeit erhalten. Die Modifikation erfolgt durch Einbringen von Fallenzuständen für freie Ladungsträger (Elektronen bzw. Löcher) in das Schichtmaterial und/oder durch Herauslösen von Dotanden, die zu freien Ladungsträgern im Schichtmaterial führen. Unter einer gezielten Einstellung der Leitfähigkeit wird die
Einstellung der Leitfähigkeit auf einen vorgegebenen Wert oder Wertebereich verstanden. Unter Dotanden werden hier allgemein Atome bzw. Molekülteile verstanden, die freie Ladungsträger liefern. Beispielsweise können dies in halbleitenden Materialien Elektronenakzeptoren sein, die frei
bewegliche Löcher erzeugen, oder Elektronendonatoren, die frei bewegliche Elektronen erzeugen.
Das Herauslösen der Dotanden erfolgt vorzugsweise bei intrinsich halbleitenden Materialien sowie bei organischen Leitern, beispielsweise in TCOs (z.B. ITO) oder organischen Halbleitern, die durch bestimmte
Molekülteile dotiert werden.
In intrinsisch leitfähigen Materialien werden bevorzugt Fallenzustände, beispielsweise in Form von Fremdatomen, Gitterdefekten oder Korngrenzen
eingebracht werden.
Unter dem Herauslösen wird dabei allgemein
verstanden, dass die Dotanden aus der bestrahlten
Schicht oder Schichtbereichen entfernt werden, die isoliert bzw. deren Leitfähigkeit gezielt eingestellt werden. Dabei können die Dotanden entweder aus der Schicht entweichen, so dass sie nicht mehr in der
Probe, die die bestrahlten Schichtbereiche enthält, sind, oder in der Schicht verschoben werden
(Dislokation) , so dass weitgehend undotierte Bereiche oder Bereiche mit verringerter Dotierung zurückbleiben. Die Dislokation der Dotanden kann beispielsweise bei anorganischen Halbleitern und bei organischen
Halbleitern erfolgen. Bei organischen Halbleitern werden bei der Bestrahlung Bindungen zu Dotier- Molekülteilen aufgebrochen und neue Bindungen erzeugt bzw. dotierende Molekülteile verlassen die Schicht.
Das vorgeschlagene Verfahren basiert somit auf der lokalen Modifikation des Schichtmaterials mittels energetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung. Hierzu wird die elektrisch leitende oder halbleitende Schicht, bspw. eine organische Schicht oder eine TCO- Schicht, unterhalb ihrer Abtragsschwelle bestrahlt, so dass kein Materialabtrag durch die Bestrahlung erfolgt. Außerdem erfolgt die Bestrahlung auch unterhalb der Schmelzschwelle, d.h. es erfolgt kein Aufschmelzen der Schicht durch die Bestrahlung. Durch eine durch die Bestrahlung verursachte
Veränderung in den bestrahlten Bereichen der Schicht werden in der einen Alternative des Verfahrens die elektrische Leitfähigkeit oder die Halbleitereigenschaften zerstört. So lassen sich einzelne Bereiche elektrisch voneinander isolieren, ohne die ursprünglich leitfähige oder halbleitende Schicht abzutragen.
Alternativ hierzu wird die durch die Bestrahlung verursachte Veränderung die Leitfähigkeit des
bestrahlten Schichtmaterials gezielt eingestellt, insbesondere gezielt reduziert. Dabei weist der
bestrahlte Schichtbereich jedoch noch eine Leitfähigkeit auf, so dass an den bestrahlten Schicht- bereich angrenzende Schichtbereiche nicht voneinander isoliert sind. Insbesondere liegt die Leitfähigkeit des bestrahlten Schichtbereichs über 0,004 S/cm. Unter einer gezielten Einstellung der Leitfähigkeit ist dabei die Einstellung der Leitfähigkeit auf einen vorgege- benen Leitfähigkeitswert bzw. -bereich zu verstehen. Dabei werden bevorzugt Parameter der energetischen Strahlung, beispielsweise Pulszahl pro Stelle,
Pulsenergie, Fluenz, Wellenlänge sowie Pulsdauer, derart gewählt, dass die Leitfähigkeit des bestrahlten Schichtbereichs im Vergleich zu in lateraler Richtung, d.h. in Schichtrichtung, angrenzenden Schichtbereichen zwar reduziert aber nicht zerstört ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Eindringtiefe der energetischen Strahlung, die beispielsweise von Wellenlänge, Bestrahlungsdauer, Dosis, Anzahl der Pulse pro Stelle und/oder Fluenz abhängig sein kann, kleiner als die Schichtdicke gewählt wird. So wird der bestrahlte Schichtbereich nicht über die gesamte Schichtdicke modifiziert, sondern lediglich über eine Tiefe, die kleiner als die Schichtdicke ist, so dass der Schichtbereich nicht vollständig deaktiviert/isoliert ist, sondern eine über die Eindringtiefe gezielt einstellbare Leitfähigkeit behält. Alternativ oder in Kombination kann die Anzahl bzw. die Dichte der eingebrachten Fallenzustände bzw. der herausgelösten Dotanden und damit eine Leitfähigkeit des bestrahlten Schichtbereichs gezielt dadurch beeinflusst werden, dass die Bestrahlung der Schicht und/oder der ein oder mehreren Schichtbereiche unter vorgegebenen Atmosphärebedingungen erfolgt, wobei beispielsweise eine bestimmte Prozessgasatmosphäre, ein Druck der Atmosphäre, die chemische Wirkung der
Atmosphäre, z.B. reduzierende oder oxidierende
Atmosphäre, oder eine Bearbeitung der Schicht unter Flüssigkeit gewählt wird. Der jeweils für beide Varianten der Strukturierung erforderliche Energieeintrag hängt vom Schichtmaterial ab und kann durch Vorversuche mit unterschiedlichen Energien bzw. Intensitäten des energetischen Strahls und Bestrahlungsdauern ohne weiteres ermittelt werden. Vorzugsweise wird für die Bestrahlung gepulste
Laserstrahlung eingesetzt, wobei die lokale Modifikation sowohl mit einem einzelnen Laserpuls als auch mit einer Folge von Laserpulsen erfolgen kann. Die Pulsdauern liegen vorzugsweise im Nanosekundenbereich oder bei noch kürzeren Pulsdauern. Es können aber auch längere Pulse oder cw-Laserstrahlung eingesetzt werden.
Unter einer Strukturierung wird somit bei dem vorgeschlagenen Verfahren entweder die Erzeugung kleinerer elektrisch leitender oder halbleitender
Bereiche aus einem größeren Schichtbereich einer elektrisch leitfähigen oder halbleitenden Schicht verstanden, die über elektrisch isolierende Bereiche voneinander getrennt sind, oder die Erzeugung kleinerer elektrisch leitender oder halbleitender Bereiche mit gezielt eingestellter bzw. veränderter, insbesondere reduzierter, Leitfähigkeit verstanden. Das Verfahren lässt sich dafür einsetzen, mehrere elektrisch leitende oder halbleitende Schichtbereiche voneinander zu isolieren. Auch eine elektrische Isolation nur eines einzigen Schichtbereiches ist möglich. Beide Verfahren können auch nebeneinander in einer Schicht eingesetzt werden, d.h. in einem Teil der Schicht wird die
Leitfähigkeit zerstört (Isolation) und in einem anderen Teil der Schicht wird die Leitfähigkeit gezielt
eingestellt, insbesondere reduziert, ohne jedoch die Leitfähigkeit zu zerstören. Unter einer Modifikation des Schichtmaterials wird eine Veränderung in der Festkörperstruktur und/oder der chemischen Zusammensetzung des Schichtmaterials
verstanden. Die Abtragsschwelle bezeichnet die Grenz - Intensität des energetischen Strahls, ab der ein Abtrag des Schichtmaterials durch den Strahl auftritt. Die Wellenlänge der vorzugsweise für die Bestrahlung eingesetzten Laserstrahlung liegt vorzugsweise im ultravioletten Strahlbereich, besonders bevorzugt bei einer Wellenlänge ^ 300 nm, kann aber auch bei anderen Wellenlängen, d.h. im sichtbaren oder infraroten
Wellenlängenbereich liegen. Um die elektrisch
isolierenden Eigenschaften über die gesamte Schicht- dicke mit der Bestrahlung zu erzeugen, wird die
Wellenlänge dabei abhängig von dem jeweiligen
Schichtmaterial so gewählt, dass sie die Schicht trotz erforderlicher Absorption noch vollständig durchdringt. Unter elektrisch isolierenden Eigenschaften wird eine elektrische Leitfähigkeit von < 0,004 S/cm verstanden.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich bei
Wellenlängen ^ 300 nm besonders vorteilhaft für die Strukturierung von ITO-Schichten oder PEDOT:PSS- Schichten einsetzen. Das Verfahren ist jedoch nicht auf diese Schichtmaterialien oder auf transparente
Schichten bzw. Elektroden begrenzt. Auch die Halbleitereigenschaften organischer Halbleiter können durch die vorgeschlagene Bestrahlung unterhalb der Abtrags- schwelle zerstört bzw. hinsichtlich der Leitfähigkeit gezielt verändert bzw. eingestellt, insbesondere reduziert, werden. Bei TCOs (z.B. ITO) kann auch eine Erhöhung der Leitfähigkeit erreicht werden. Hierbei wird die Anzahl der Fallenzustände an den Korngrenzen reduziert. Mit der verwendeten Strahlung, insbesondere mit Laserstrahlung im tiefen ultravioletten Spektralbereich, werden die für die Halbleitereigenschaften verantwortlichen π-Elektronensysteme zerstört. Einzelne Bereiche einer organischen Halbleiterschicht können so voneinander isoliert werden, wodurch der unerwünschte Cross-Talk vermieden wird. Abhängig von der jeweiligen halbleitenden oder elektrisch leitfähigen Schicht werden bei der Modifikation beispielsweise Bindungen aufgebrochen, Molekülteile dissoziieren und entweichen der Schicht. Besonders bei anorganischen Schichten findet eine Dislokation der für die elektrische
Leitfähigkeit verantwortlichen Dotanden statt. Zusätz- lieh kann die Modifikation durch Verwendung von
geeigneten Prozessgasen verstärkt werden. So lassen sich bspw. in eine n- leitende Schicht Elektronenakzeptoren oder in eine p- leitende Schicht Elektronendonatoren durch thermische Diffusion während der Bestrah- lung aus der Gasphase in die Schicht einbringen, die als zusätzliche Fallenzustände agieren.
Alternativ kann in einer Ausgestaltung des
vorgeschlagenen Verfahrens die Modifikation einer n- leitenden Schicht dadurch erfolgen, dass Elektronen- onatoren aus der Schicht gelöst werden. Entsprechend kann in einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen
Verfahrens die Modifikation einer p- leitenden Schicht dadurch erfolgen, dass Elektronenakzeptoren aus der Schicht gelöst werden.
In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen
Verfahrens kann die Bestrahlung auch mit Laserstrahlung unterschiedlicher Laser bzw. Wellenlängen gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander erfolgen. Auch hierdurch kann die elektrische Leitfähigkeit zur Bildung der isolierenden Eigenschaften reduziert werden.
Durch das vorgeschlagene Verfahren wird eine
Materialmodifikation in der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht erzeugt, durch die elektrisch leitfähige oder halbleitende Schichtbereiche
voneinander isoliert werden können, ohne hierzu
Material entfernen oder abtragen zu müssen. Da die Strukturierung mittels Modifikation nicht auf dem
Abtrag der Schicht basiert, entstehen auch nicht die mit dem Abtrag verbundenen Nachteile. So werden bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowohl Randaufwürfe als auch Debris vermieden, der aus Abtragsprodukten besteht. Hierdurch kann auf einen nachfolgenden Reinigungs- schritt verzichtet werden. Da die Strukturierung mittels Modifikation unterhalb der Abtragsschwelle des Schichtmaterials durchgeführt wird, ist eine geringere Pulsenergie als für den Abtrag der Schicht erforderlich. Dies bietet den Vorteil, dass die vorgeschlagene Modifikation mittels energetischer bzw. Laserstrahlung deutlich schneller erfolgen kann als ein Abtrag mittels Laserstrahlung. So kann die Schicht bspw. hochgradig parallel bearbeitet werden, indem Laserpulse hoher Pulsenergie durch diffraktive optische Elemente in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufgespalten werden, durch die dann eine gleichzeitige Modifikation unterschied- licher Schichtbereiche erfolgen kann. In einer weiteren Ausgestaltung lässt sich auch die Technik der
Maskenprojektion einsetzen, bei der große Flächen mittels einzelner Laserpulse strukturiert werden können. So wird insbesondere bei der Verwendung von Excimerlaserstrahlung die Fläche, die mit einem
einzelnen Puls strukturiert werden kann, durch das vorgeschlagene Verfahren der reinen Modifikation um mehr als den Faktor 10 gegenüber der Fläche vergrößert, die für einen Abtrag der entsprechenden Bereiche erforderlich wäre. Die Skalierung der Fläche ist durch eine einfache Veränderung des Abbildungsverhältnisses bei der Maskenprojektion möglich. Weiterhin lässt sich auch die Auflösung der erzeugten Strukturen durch
Maskenabbildungs- und Maskenprojektionsverfahren erhöhen. Durch die im Vergleich zu einem Abtrag geringe Pulsenergie, die zur Modifikation benötigt wird, sinkt auch die Gefahr, umliegendes Material oder benachbarte Schichten zu schädigen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform beinhaltet die Strahlablenkung mittels schneller Scanner. Unter einem schnellen Scanner wird hier ein System
verstanden, das den Laserstrahl mit bis zu mehreren 100 m/s (Polygonscanner) über die Probe bewegt.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird eine Wellenlänge der energe- tischen Strahlung, vorzugsweise der Laserstrahlung, derart gewählt, dass deren Eindringtiefe größer als eine Schichtdicke der Schicht ist. Hierdurch wird eine Modifikation der Schicht über die gesamte Schichtdicke sichergestellt. Falls die Eindringtiefe kleiner als die Schichtdicke gewählt wird, kann die Schicht nicht vollständig deaktiviert bzw. isoliert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Abschnitt der Schicht durch Variation wenigstens eines Parameters der energetischen Strahlung ein Leitfähigkeitsgradient oder Leitfähigkeitsverlauf erzeugt. Der wenigstens eine Parameter wird dabei aus einer Gruppe von Parametern gewählt, die Pulszahl pro Stelle, Pulsenergie, Fluenz, Wellenlänge sowie Pulsdauer umfasst. Der Leitfähigkeitsverlauf kann in vertikaler und/oder in lateraler Richtung der Schicht eingestellt werden. Der Leitfähigkeitsverlauf in lateraler Richtung, d.h. in Schichtrichtung, kann beispielsweise stufenförmig durch stufenförmige Variation wenigstens eines Parameters oder graduell durch kontinuierliche Veränderung
wenigstens eines Parameters der energetischen Strahlung eingestellt werden. Ein Leitfähigkeitsgradient oder - verlauf kann dabei beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Abschnitt der Schicht in lateraler Richtung mit energetischer Strahlung unterschiedlicher Eindringtiefe bestrahlt wird, so dass die modifizierten Bereiche unterschiedlich weit in die Tiefe reichen.
Alternativ oder in Kombination kann der Leitfähigkeitsgradient bzw. -verlauf in lateraler Richtung auch dadurch erreicht werden, dass durch Variation der
Parameter, z.B. Fluenz, Anzahl der Pulse pro Stelle, die Anzahl bzw. Dichte der Fallenzustände bzw. der herausgelösten Dotanden variiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit in dieser Ausgestaltung die gezielte und flexible Einstellung der Leitfähig- keit. Auf diese Weise kann im Betrieb der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht die örtliche
Stromdichteverteilung und somit der Stromfluss in der Schicht gezielt beeinflusst bzw. gesteuert werden. Das Verfahren kann damit besonders vorteilhaft dafür eingesetzt werden, um beispielsweise transparente
Elektroden mit einer gradientenförmigen Leitfähigkeitsverteilung zu erzeugen, um Spannungsspitzen an Ecken zu vermeiden.
Prinzipiell kann beim vorgeschlagenen Verfahren auch anders geartete energetische Strahlung als
Laserstrahlung eingesetzt werden. So kann die
Modifikation bspw. auch mittels Elektronenstrahlbearbeitung erreicht werden. Allerdings muss diese Bearbeitung im Gegensatz zur Bearbeitung mit Laserstrahlung im Vakuum durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich vor allem in der Dünnschichtelektronik, insbesondere bei der großflächigen, organischen Elektronik einsetzen. In diesen Bereichen der Elektronik werden einzelne dünne Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigen- schatten genutzt. Die einzelnen Schichten müssen entsprechend ihrer Anwendung strukturiert werden.
Entsprechende Anwendungsbeispiele sind in der
Beschreibungseinleitung bei der Beschreibung des technischen Anwendungsgebietes genannt. Selbstverständ- lieh ist das vorgeschlagene Verfahren jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Bestrahlung einer elektrisch leitfähigen Schicht gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren;
Fig. 2 ein Vergleich der Strukturierung der
elektrisch leitfähigen Schicht mittels a) Laserabtrag und mittels b) dem vorgeschlagenen Verfahren; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
entsprechend strukturierten Bereichs einer elektrisch leitfähigen Schicht in Draufsicht .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine elektrisch leitfähige oder halbleitende Schicht so strukturiert, dass elektrisch leitfähige Bereiche einer bestimmten Geometrie, bspw. Leiterbahnen oder der
Anwendung entsprechend geformte Elektroden, gebildet werden, die durch elektrisch isolierende Bereiche voneinander getrennt sind. Figur 1 zeigt hierzu stark schematisiert ein Beispiel für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens . In der Figur ist ein
Substrat 2 zu erkennen, bspw. ein Glassubstrat, auf dem eine entsprechende elektrisch leitfähige Schicht 1 aufgebracht ist. Bei dieser Schicht kann es sich bspw. um eine ITO-Schicht oder eine PEDOT : PSS-Schicht
handeln, die elektrisch leitfähig und transparent ist. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird diese Schicht 1 im vorliegenden Beispiel mit einem Laserstrahl 3 eines Lasers 4 bestrahlt, der über eine Scaneinrichtung 5 über die zu bestrahlenden Bereiche geführt wird. Die entsprechenden Optiken, insbesondere die Fokussieroptik für den Laserstrahl 3, sind hierbei nicht dargestellt. Bei der Bestrahlung besteht auch die Möglichkeit, eine größere Fläche über eine Maskenprojektion gleichzeitig oder durch Aufspaltung des Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen mehrere Bereiche parallel zu modifizieren. Die Laserintensität wird dabei jeweils so gewählt, dass kein Materialabtrag erfolgt, das Schichtmaterial jedoch so modifiziert wird, dass die elektrische Leitfähigkeit oder die Halbleitereigenschaften der Schicht 1 in den bestrahlten Bereichen zerstört werden. So wird die elektrische Leitfähigkeit in einer
ITO-Schicht, bspw. einer Schichtdicke von 100 nm, durch Bestrahlung mit einzelnen Laserpulsen im ultravioletten Spektralbereich um mehr als fünf Größenordnungen reduziert. Hierbei können bspw. Pulse mit 30 ns
Pulsdauer bei den Wellenlängen 193 nm, 248 nm oder 266 nm bei einer Pulsenergie im Bereich von 10-500 mJ/cm2 zum Einsatz kommen. Die Modifikation geht mit einem vernachlässigbaren Anstieg der Rauigkeit einher. Bei Verwendung von Laserstrahlung längerer Wellenlängen führen Multiphotonenwechselwirkungen oder lokale thermische Prozesse zur Unterbindung der elektrischen Leitfähigkeit. Auch kann die Kombination aus
Elektronenanregung mittels ultravioletter Strahlung geringer Intensität und der anschließenden thermischen oder linearen Anregung mittels längerer Wellenlängen zur gewünschten Modifikation führen. In einem weiteren Beispiel wird die elektrische Leitfähigkeit einer Schicht des organischen Leiters PEDOT:PSS durch die Bestrahlung mittels Einzelpulsen von Wellenlängen kleiner 300 nm unterhalb der Abtrags - schwelle so modifiziert, dass sie zerstört wird. Die optische Eindringtiefe der Strahlung muss dabei größer als die Schichtdicke sein, damit die Schicht in ihrer vollständigen Dicke modifiziert wird. Bei einer 100 nm dicken PEDOT: PSS-Schicht lässt sich dies bspw. mit Laserpulsen einer Wellenlänge von 248 nm realisieren. Bei einer Pulsenergie von 330 mJ/cm2 kann dabei die elektrische Leitfähigkeit der Schicht in den
bestrahlten Schichtbereichen vollständig zerstört werden .
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Vergleich der bekannten Laserstrukturierung mittels Materialabtrag in Teilabbildung a) mit dem vorgeschlagenen Verfahren in Teilabbildung b) , bei dem die Laserstrukturierung mittels Materialmodifikation erfolgt. Aus der Figur ist ersichtlich, dass bei der bisherigen Technik der Laserstrukturierung mittels Materialabtrag an den Rändern der isolierten elektrisch leitfähigen Bereiche 6 unerwünschte Randaufwürfe 8 auftreten. Weiterhin werden unerwünschte Ablagerungen von Debris 7 auf der Oberfläche der elektrisch
leitfähigen Bereiche' 6 verursacht. Demgegenüber werden beim vorgeschlagenen Verfahren weder Abtragungsprodukte noch Randaufwürfe erzeugt. Vielmehr wird durch das vorgeschlagenen Verfahren lediglich ein modifizierter
Schichtbereich 9 zwischen den elektrisch leitfähigen Schichtbereichen 6 erzeugt, der elektrisch isolierend ist. Somit erfolgt keinerlei Schichtabtrag und auch keinerlei Entfernung des Schichtmaterials zwischen den elektrisch leitfähigen Bereichen 6, bspw. durch Ätzen.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines entsprechend strukturierten Schichtbereiches, bspw. zur Erzeugung von parallel verlaufenden, elektrisch transparenten Elektroden auf einem Glassubstrat. In der Figur sind die elektrisch- leitfähigen Bereiche 6 zu erkennen, die die Elektroden bilden und durch die entsprechend modifizierten
Schichtbereiche 9 elektrisch voneinander isoliert sind. Eine derartige Bearbeitung paralleler Bereiche kann bspw. durch Maskenprojektion einer entsprechenden
Belichtungsstruktur oder durch parallele Bearbeitung mit mehreren Teilstrahlen eines Lasers erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 elektrisch leitfähige Schicht 2 Substrat
3 Laserstrahl
4 Laser
5 Scaneinrichtung
6 elektrisch leitfähige Bereiche 7 Debris
8 Randaufwurf
9 modifizierter Schichtbereich

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Strukturierung einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht (1) ,
durch die ein oder mehrere Schichtbereiche (6) der Schicht (1) elektrisch isoliert werden oder durch die eine elektrische Leitfähigkeit eines oder mehrerer Schichtbereiche der Schicht (1) gezielt eingestellt wird,
bei dem die Schicht (1) zwischen und/oder neben den zu isolierenden Schichtbereichen (6) mit energetischer Strahlung bestrahlt wird, oder bei dem die ein oder mehreren Schichtbereiche der Schicht (1) , dessen oder deren Leitfähigkeit gezielt einzustellen ist, mit energetischer
Strahlung bestrahlt wird,
wobei für die Bestrahlung der Schicht (1) mit der energetischen Strahlung eine Strahlintensität unterhalb der Abtragsschwelle des Schichtmaterials sowie unterhalb einer Schmelzschwelle des
Schichtmaterials gewählt wird, bei der die Schicht (1) zwischen und/oder neben den zu isolierenden Schichtbereichen (6) durch eine Modifikation des Schichtmaterials elektrisch isolierende Eigenschaften erhält oder bei der die ein oder mehreren Schichtbereiche der Schicht (1) , dessen oder deren Leitfähigkeit gezielt einzustellen ist, durch eine Modifikation des Schichtmaterials die
einzustellende Leitfähigkeit erhalten, und
wobei die Modifikation durch Einbringen von
Fallenzuständen für freie Ladungsträger in das Schichtmaterial und/oder durch Herauslösen von Dotanden für freie Ladungsträgern aus dem
Schichtmaterial erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit
Laserstrahlung (3) als energetischer Strahlung erfolgt .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit gepulster Laserstrahlung (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit
Laserstrahlung (3) einer Wellenlänge im
ultravioletten Spektralbereich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit
Laserstrahlung (3) einer Wellenlänge ^ 300 nm erfolgt .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit
Laserstrahlung (3) von wenigstens zwei Lasern gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander
erfolgt, von denen ein erster Laser Laserstrahlung (3) in einem ersten Spektralbereich und ein zweiter Laser Laserstrahlung (3) mit einer
gegenüber dem ersten Laser größeren Wellenlänge erzeugt .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schicht (1) während der Bestrahlung einer Gasatmosphäre oder einem Gasfluss eines Prozessgases ausgesetzt wird, durch das mittels
thermischer Diffusion bei einer n- leitenden
Schicht (1) Elektronenakzeptoren oder bei einer p- leitenden Schicht (1) Elektronendonatoren in die Schicht (1) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schicht (1) während der Bestrahlung von einer Flüssigkeit teilweise oder vollständig bedeckt ist, durch die mittels thermischer
Diffusion bei einer n-leitenden Schicht (1)
Elektronenakzeptoren oder bei einer p- leitenden Schicht (1) Elektronendonatoren in die Schicht (1) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass bei n-leitenden Schichten Elektronendonatoren aus der Schicht gelöst werden,
und/oder dass bei p-leitenden Schichten
Elektronenakzeptoren aus der Schicht gelöst werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mittels
Maskenprojektion erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestrahlung der Schicht (1) mit mehreren Laserstrahlen parallel erfolgt, die an
unterschiedlichen Orten auf die Schicht (1) treffen .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung der Schicht mittels eines Laserstrahls erfolgt, der mittels eines schnellen Scanners abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Strukturierung einer Schicht (1) aus einem optisch transparenten organischen oder anorganischen
Material .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schicht durch Variation wenigstens eines Parameters der
energetischen Strahlung in einem Abschnitt der Schicht (1) ein Leitfähigkeitsgradient oder
Leitfähigkeitsverlauf erzeugt wird, und
dass der wenigstens eine Parameter aus einer
Gruppe von Parametern gewählt wird, die Pulszahl pro Stelle, Pulsenergie, Fluenz, Wellenlänge sowie Pulsdauer umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit gezielt reduziert wird. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge der energetischen Strahlung derart gewählt wird, dass die optische Eindringtiefe größer als eine
Schichtdicke der Schicht ist.
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