[发明专利]降低薄膜残余应力的方法

说明书

本发明提供一种降低薄膜残余应力的方法，包括以下步骤：S1、通过高温胶带将衬底固定在带有弯曲面的柱状体上，将衬底严密贴附在柱状体表面，使衬底形成预弯折效应；S2、通过充满N₂气体的手套箱将衬底移动至真空镀膜腔室中，并在衬底上生长薄膜；S3、通过高温胶带将薄膜和衬底固定在加热台上进行热处理，释放薄膜的残余应力。本发明提供的方法不改变薄膜厚度，通过贴附和热处理手段降低了薄膜的残余应力，提升了薄膜封装的封装性能，简化了制备工艺，缩短了封装薄膜制备时间。解决了由于残余应力的影响导致柔性衬底向内卷曲不利于制备器件的问题，通过本发明制备出的薄膜残余应力低、水阻隔性能高，可实现对柔性光电子器件进行独立封装。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，特别涉及一种降低薄膜残余应力的方法。

背景技术

人们对于显示器、移动电话和电池的可折叠、可穿戴柔性光电产品越来越感兴趣。通常，柔性光电器件中的有机材料通常容易受到水分和氧气腐蚀。薄膜封装是一种有效的解决方法，目前常常采用化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、磁控溅射等等镀膜工艺制备封装薄膜，近年来很多研究人员在薄膜封装领域做出了优秀的成果并应用在了商业电子产品上。CVD因为制备工艺简单、时间短、易刻蚀等诸多优势被广泛使用。为了应用在柔性显示领域时薄膜的机械稳定性则是关键特性，它们往往受限于薄膜自身残余应力的影响，应力会使薄膜可承受的临界拉伸压强减小，柔韧性差，减少残余应力更是可以大大提高薄膜的抗弯折和抗拉伸性。

由于ALD是一种可以将物质以单原子膜的形式一层一层的沉积在基底表面的方法。除了精确的厚度可控的优点以外，ALD的主要优点还包括：生长温度低，在高纵横比结构上薄膜的均匀性和保形性以及沉积功能性超薄薄膜。这些特性和前体的选择多样性使得ALD广泛引用于电子设备器件中。其中无机薄膜ALD-Al₂O₃具有优异的阻隔性能被广泛应用于封装器件，但是其内部由于沉积工艺问题会存在残余应力导致向内卷曲，不易制备器件。并且高温环境(80℃以上)会使得有机电子设备损坏，所以需要低温ALD生长封装层，低温环境下生长的薄膜残余应力会增大难以实现高柔韧性和拉伸性。我们以ALD-Al₂O₃为例研究。因此，显示领域的技术进步正在迅速发生，并且响应于这些行业的需求，学术界和工业界最近开始积极研究合适的封装材料和结构。在如今众多柔性封装薄膜中较为成熟的是有机无机复合薄膜封装技术，广泛使用有机无机叠层结构、调控中性面、正反应力抵消等工艺降低应力或消除应力带来的负面影响。

多层薄膜封装技术、调节中性面工程、零应力结构被广泛用于解决残余应力带来的负面影响。

多层薄膜封装技术：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积SiN_x薄膜和空间分辨原子层沉积(SR-ALD)工艺沉积的Al₂O₃薄膜表现出相反方向的应力，通过叠层结构消除Al₂O₃薄膜的应力。通过有机聚合物(PI、Parylene、石墨烯)、有机无机杂化alucone薄膜或金属释放Al₂O₃薄膜的应力。以上方法会增加封装层的厚度，对于实现较小弯折半径(3mm以下)较为困难。

调节中性面工程：通过材料的杨氏模量和厚度将器件或Al₂O₃薄膜设计在中性面，中性面在弯曲时不会产生形变，这样会提高中性面的材料的抗弯曲性。然而这类方法会因为结构设计增加很多步骤，不仅增加工艺时间还是提高经济成本。

零应力结构：通过在衬底正反两面同时生长相同厚度Al₂O₃薄膜，两面应力相互作用达到应力平衡获得平坦的低封装衬底，但是这种方法没有减少薄膜内部应力，只是解决了卷曲的问题。

发明内容