一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术

摘要

本发明公开了一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术，其特征在于，首先制备氟化锂缓冲层(6)，然后依次制备聚乙烯醇(701)/氟化锂(702)交替封装薄膜。本发明薄膜封装技术通过如下的步骤实现：①在有机半导体器件(5)之上采用真空热蒸发的方式沉积氟化锂缓冲层，其尺度适当，以使待封装有机半导体器件的电极(2和4)露在外面，而其有机半导体活性层(3)被完全封装在里面；②在氟化锂缓冲层上用旋涂法制备聚乙烯醇封装层；③进行干燥处理；④在聚乙烯醇封装层上采用真空热蒸发的方式沉积氟化锂封装层；⑤重复上述步骤②-④，直至在氟化锂封装层上再制备第(N-1)层的聚乙烯醇/氟化锂交替薄膜(NO)；⑥在200℃温度下对封装器件加热2小时，对聚乙烯醇进行交联。

说明书

【技术领域】

本发明属于有机半导体器件封装领域，特别涉及一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术。

【背景技术】

有机半导体器件除了具备无机器件的基本特性以外，还秉承了有机半导体材料质轻、成本低、制备工艺简单、柔韧性好、易于大面积化和小型化等优点，具有广阔的应用前景。自上世纪80年代以来，包括IBM、索尼、三星、普林斯顿大学和剑桥大学等众多知名公司、大学研究机构均在有机半导体器件领域进行了大量的研究。目前，有机半导体器件主要包括有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)和有机光伏电池(OPC)等。

有机半导体器件更新的速度约来越快，其产品也向着重量更轻，体积更小，厚度更薄，性能更优的趋势发展。但相比于无机器件，有机半导体器件在稳定性方面则显示出很大的不足。科学家们通过在不同湿度、不同温度的的测试环境中对有机半导体器件进行测量时发现：影响有机电子器件寿命的主要因素是空气中的水、氧。它们会从器件的表面向内渗透，对有机半导体器件造成很大的损伤，严重影响有机半导体材料以及电极材料的性能，从而使得器件性能严重下降。因此，有机半导体器件的封装就显得十分重要。

传统的玻璃/金属后盖封装方法在很多时候，都能够基本达到器件对封装的要求，但随着半导体制造技术的不断发展以及对芯片封装的技术要求的不断提高，传统的封装方法已经无法满足器件对于封装更轻、更薄发展的要求，而且这种封装方式的成本相对较高。取代这种传统封装方式的新型封装办法就是采用薄膜封装，目前最常用的薄膜封装方式有有机薄膜封装、无机薄膜封装、有机/无机混合薄膜封装、无机/无机薄膜混合封装等。

无机薄膜一般具有很好的机械性能，并且薄膜通常都是连续并且十分致密的，对于水汽和氧气有很高的隔阻能力。但无机薄膜在沉积的过程中，会无法避免地在薄膜上形成缺陷，比如针孔状的裂纹等；随着薄膜厚度的慢慢增加，在无机薄膜封装层会形成比较大的内应力。这些内应力的形成和缺陷的产生，会使得水汽和氧气很容易通过无机薄膜封装层进入器件内部，严重影响器件的性能，进而导致封装的效果大大降低。相比于无机薄膜，有机薄膜柔韧性能好，可以很好地用于柔性器件的封装；有机薄膜封装的器件重量也很轻，产品的性价比比较高。但与无机薄膜相比，有机薄膜对于水汽和氧气的阻隔性能比较差。

综合考虑有机与无机薄膜的这些优缺点，单纯采用有机或者无机薄膜来封装有机电子器件，都会使水汽和氧气比较容易的通过薄膜封装层而进入器件内部，严重影响器件的性能，进而导致封装的效果大大降低。而同时采用有机/无机薄膜层叠交替的封装方式时，无机薄膜封装层内针孔状的缺陷以及薄膜层的内应力都得到了大幅的减少，相比于采用单层的无机薄膜封装，封装的效果以及质量都得到了明显的提升。

本发明提供的一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术不限定有机半导体器件的种类，其中使用的无机材料氟化锂对于器件的封装起到了很好的保护作用，而有机材料聚乙烯醇可以改善氟化锂的封装效果。这种氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜封装能有效地提高有机半导体器件的寿命和稳定性。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术。

利用本发明提供的基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术封装的器件，其结构如图1所示，包括衬底(1)、有机半导体器件(5)、氟化锂缓冲层(6)、第一聚乙烯醇封装层(701)、第一氟化锂封装层(702)、第N聚乙烯醇封装层(N01)、第N氟化锂封装层(N02)；氟化锂缓冲层覆盖于有机半导体器件之上，第一聚乙烯醇封装层覆盖于氟化锂缓冲层之上，第一氟化锂封装层覆盖于第一聚乙烯醇封装层之上，氟化锂封装层和聚乙烯醇封装层可不断交替重叠至第N氟化锂封装层，N为大于等于1的整数。该封装技术中，有机半导体器件的宽度小于衬底的宽度，且封装层覆盖整个有机半导体器件；氟化锂封装层的制备方法为真空热蒸发法，聚乙烯醇封装层的制备方法为溶液旋涂法；氟化锂缓冲层用于防止旋涂过程中聚乙烯醇水溶液对有机半导体器件造成影响。

本发明提供的基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的有机半导体器件薄膜封装技术，包括如下步骤：

①在有机半导体器件(5)之上采用真空热蒸发的方式沉积氟化锂缓冲层，其尺度适当，以使待封装有机半导体器件的电极(2和4)露在外面，而其有机半导体活性层(3)被完全封装在里面；

②在氟化锂缓冲层上用旋涂法制备聚乙烯醇封装层；

③制备聚乙烯醇封装后，进行干燥处理；

④在聚乙烯醇封装层上采用真空热蒸发的方式沉积氟化锂封装层；

⑤重复上述步骤②-④，直至在氟化锂封装层上再制备第(N-1)层的聚乙烯醇/氟化锂交替薄膜(NO)；

⑥在200℃温度下对封装器件加热2小时，对聚乙烯醇进行交联。

本发明的技术分析：

本发明提供的一种基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的封装技术首先在有机半导体器件的表面用真空热蒸发方法制备一层氟化锂薄膜，为后面旋涂平整的聚乙烯醇薄膜做好了保护，同时减小水溶剂对器件的影响；然后采用旋涂方法和真空热蒸发方法制备聚乙烯醇/氟化锂交替薄膜对有机半导体器件进行封装。

【附图说明】

图1为采用本发明提供的薄膜封装技术封装的有机半导体器件的结构示意图。图中，(1)为衬底、(2)为底电极、(3)为有源层、(4)为顶电极、(5)为有机半导体器件、(6)为氟化锂缓冲层、(701)为第一聚乙烯醇封装层、(702)为第一氟化锂封装层、(N01)为第N聚乙烯醇封装层、(N02)为第N氟化锂封装层。

【具体实施方式】

下面以结构为“氧化铟锡(ITO)玻璃(导电衬底)/酞菁铜(有源层)/铝(顶电极)”的有机半导体二极管薄膜封装为例对本发明作进一步说明。

实施例

本实施例按照下述步骤采用基于氟化锂/聚乙烯醇交替薄膜的封装技术对有机半导体器件进行薄膜封装：

1)在清洗干净的ITO上面依次用真空热蒸发方法制备酞菁铜薄膜和铝薄膜；

2)采用真空热蒸镀的方法制备氟化锂缓冲层，蒸发时的真空度为1×10^-3帕斯卡，使用的加热源为钼舟。氟化锂的蒸发速率为6埃/秒，时间为1小时，制备的氟化锂薄膜厚度为2μm；

3)采用旋涂法制备聚乙烯醇封装薄膜，开始旋涂9秒钟内的转速为40转/分钟，之后的转速达到3000转/分钟，旋涂时间为3分钟。制备的聚乙烯醇薄膜厚度为1.13μm；

4)制备好聚乙烯醇封装薄膜后，需要在恒温干燥箱中烘干，真空度为10帕斯卡，温度为40℃，时间为2小时；

5)采用真空热蒸镀的方法制备氟化锂封装薄膜，蒸发时的真空度为1×10^-3帕斯卡，使用的加热源为钼舟，加热源的驱动电流电流为50A。氟化锂的蒸发速率为6埃/秒，时间为1小时，制备的氟化锂薄膜厚度为2μm；

6)重复步骤2)～5)，制备5周期的聚乙烯醇/氟化锂封装薄膜；

7)将封装的器件在200℃温度下加热2小时，对聚乙烯醇进行交联。