用于高透明涂层的钛氧化物膜的稳定化的制作方法

本公开一般涉及溶胶-凝胶外涂层(overcoating)材料。

背景技术：

1、溶胶-凝胶材料由含金属氧化物前体的溶液构成，该金属氧化物前体可以至少部分地凝结成扩展的网状物。在溶液的涂覆和热退火后，可以热去除前体配体和溶剂以将扩展的网状物完全凝结成氧化物膜。凝结过程可以导致致密化，并且潜在地导致结晶。因此，当将溶胶-凝胶材料施用到基板上并进行退火时，能够形成透明的、高折射率涂层。

技术实现思路

1、本公开一般涉及溶胶-凝胶外涂覆材料。更具体地，本文公开的技术涉及包括金属氧化物稳定剂的溶胶-凝胶材料，该金属氧化物稳定剂能够通过原位产生羧酸根基团来稳定高折射率金属氧化物(例如，tio2)或金属含氧硫酸盐(例如，ti-o-so4)、以防止金属氧化物与环境和/或残留有机物之间的相互作用，从而改善超保形地(superconformally)填充表面浮雕结构的溶胶-凝胶外涂层的透明度。本文描述了各种发明性实施方案，包括设备、系统、方法、材料、工艺、组合物等。

2、根据某些实施方案，用于外涂覆表面浮雕结构的溶胶-凝胶材料可以包括至少一种钛(iv)前体；以及包括r3oc(o)or4、r5c(o)or6或它们的组合的钛氧化物稳定剂。r3和r4可以包括烷基或烯烃基团，该烷基或烯烃基团可以任选地包括羧酸根、醇和/或酯官能团，并且可以任选地链接以形成杂环。在一些实施方案中，钛氧化物稳定剂可以包括碳酸丙烯酯(propylene carbonate，pc)。在一些实施方案中，钛氧化物稳定剂可以包括0.1-10质量％范围内的r3oc(o)or4。r3和r4可以包括烷基或烯烃基团，该烷基或烯烃基团可以任选地包括羧酸根、醇和/或酯官能团，并且可以任选地链接以形成杂环。在一些实施方案中，钛氧化物稳定剂可以包括内酯，例如γ-丁内酯(gamma butyrolactone，gbl)。在一些实施方案中，钛氧化物稳定剂可以包括0.1-50％质量范围内的r5c(o)or6。在一些实施方案中，钛(iv)前体可以包括ti-or1(m)-x(n)，其中，r1可以包括例如烷基或烯烃基团的有机基团，该烷基或烯烃基团可以任选地包括羧酸根、醇和/或酯官能团，并且可以任选地链接以形成杂环。x可以包括卤化物(例如，氟化物、氯化物或溴化物)、硫酸根或磷酸根。

3、在一些实施方案中，当将溶胶-凝胶材料涂覆在基板上并在低于约300℃的温度下退火少于约10分钟时，可以形成折射率在1.6-1.9范围内且针对可见光的吸收率小于约0.1％/100nm的涂层。在一些实施方案中，该溶胶-凝胶材料可以以超保形方式填充基板上的凹陷特征(recessed feature)，而不会在该溶胶-凝胶材料的完全热致密化时导致空隙(voiding)。在一些实施方案中，该溶胶-凝胶材料可以包括硫酸根或磷酸根阴离子的源、酸、碱、过氧化物、表面活性剂、交联剂、柔性剂(flexibilizer)、增韧剂添加剂(tougheneradditive)、溶剂或它们的组合。在一些实施方案中，该溶胶-凝胶材料可以包括沸点大于140℃的溶剂。

4、根据某些实施方案，方法可以包括：在表面浮雕结构上沉积根据权利要求1-15中的任一项所述的溶胶-凝胶材料的层；以及在低于或等于300℃的温度下对该溶胶-凝胶材料的层进行退火、以用该溶胶-凝胶材料超保形地填充该表面浮雕结构。在一些实施方案中，退火可以包括：在第一退火工艺中，在介于50-150℃之间的温度下对该溶胶-凝胶材料的层进行退火；在第二退火工艺中，在介于200-300℃之间的温度下对该溶胶-凝胶材料的层进行退火。在一些实施方案中，该方法可以包括在第一退火工艺与第二退火工艺之间，使用紫外光对溶胶-凝胶材料的层进行固化。

5、在一些实施方案中，沉积该溶胶-凝胶材料的层可以包括使用选择性沉积技术选择性地沉积该溶胶-凝胶材料的层。选择性地沉积溶胶-凝胶材料的层可以包括：将溶胶-凝胶材料的层沉积在表面浮雕结构的选定区域上；将不同量的溶胶-凝胶材料沉积在表面浮雕结构的不同区域上；或它们的组合。选择性沉积技术可以包括喷涂(spray coating)、三维印刷、丝网印刷、喷墨印刷或它们的组合

6、在一些实施方案中，表面浮雕结构可以包括格栅、沟槽、过孔(vias)、通孔(through-hole)或其组合。在一些实施方案中，表面浮雕结构可以包括由1-300nm的宽度和1-2000nm的深度表征的特征。在一些实施方案中，在退火之后，在表面浮雕结构的顶表面上的溶胶-凝胶材料层的最终厚度小于50nm，并且该溶胶-凝胶材料层以无空隙的方式完全填充表面浮雕结构。在一些实施方案中，在退火之后，该溶胶-凝胶材料层的折射率可以介于1.6与1.9之间，并且该溶胶-凝胶材料层针对可见光的吸收率可以低于0.1％/100nm。

7、根据某些实施方案，装置可以包括表面浮雕结构、以及在表面浮雕结构上并填充表面浮雕结构的外涂层(overcoat layer)，该外涂层由上述溶胶-凝胶材料制成。例如，外涂层可以包括金属氧化物(例如，钛氧化物)和一个或多个羧酸根或碳酸根基团。在一些实施方案中，外涂层的折射率可以介于1.6与1.9之间。在一些实施方案中，外涂层针对可见光的吸收率低于0.1％/100nm。在一些实施方案中，表面浮雕结构可以包括格栅、沟槽、过孔、通孔或它们的组合。在一些实施方案中，表面浮雕结构可以包括由1-300nm的宽度和1-2000nm的深度表征的特征。在一些实施方案中，表面浮雕结构的顶表面上的外涂层的厚度可以小于50nm，并且外涂层可以以无空隙的方式完全填充表面浮雕结构。

8、本技术实现要素：既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或全部附图以及各权利要求来理解本主题。在下文中，在以下说明书、权利要求和附图中，将更详细地描述前述内容连同其他特征和示例。

技术特征：

1.一种用于外涂覆表面浮雕结构的溶胶-凝胶材料，所述溶胶-凝胶材料包括：

2.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶材料，其中，r3和r4包括烷基或烯烃基团。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的溶胶-凝胶材料，其中，r3和r4包括羧酸根、醇或酯官能团。

4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的溶胶-凝胶材料，其中，r3和r4是杂环的部分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中，所述钛氧化物稳定剂包括以下项的一种或多种：

6.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中，r5和r6：

7.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中，所述钛氧化物稳定剂包括0.1-50质量％范围内的r5c(o)or6。

8.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中：

9.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中，当将所述溶胶-凝胶材料涂覆在基板上并且在低于约300℃的温度下退火少于约10分钟时，所述溶胶-凝胶材料形成具有1.6-1.9范围内的折射率且对可见光的吸收率小于约0.1％/100nm的涂层。

10.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，其中，所述溶胶-凝胶材料配置为在不在所述溶胶-凝胶材料的完全热致密化时导致空隙的情况下、以超保形方式填充基板上的凹陷特征。

11.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，所述溶胶-凝胶材料还包括硫酸根或磷酸根阴离子的源、酸、碱、过氧化物、表面活性剂、交联剂、柔性剂、增韧剂添加剂、溶剂或它们的组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的溶胶-凝胶材料，所述溶胶-凝胶材料还包括沸点大于140℃的一种或多种溶剂。

13.一种方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述溶胶-凝胶材料的所述层进行退火包括：

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中，沉积所述溶胶-凝胶材料的所述层包括：

技术总结用于外涂覆表面浮雕结构的溶胶‑凝胶材料包括钛(IV)前体和包括R<supgt;3</supgt;OC(O)OR<supgt;4</supgt;、R<supgt;5</supgt;C(O)OR<supgt;6</supgt;或它们的组合的钛氧化物稳定剂。R<supgt;3</supgt;和R<supgt;4</supgt;包括任选地含有羧酸根、醇或酯官能团的烷基或烯烃基团，诸如碳酸丙烯酯(PC)。R<supgt;5</supgt;和R<supgt;6</supgt;包括任选地含有羧酸根、醇或酯官能团的烷基或烯烃基团，例如，诸如γ丁内酯(GBL)的内酯。在一些实施方案中，该溶胶‑凝胶材料包括硫酸根或磷酸根阴离子、酸、碱、过氧化物、表面活性剂、交联剂、柔性剂、增韧剂添加剂、溶剂或其组合。在一些实施方案中，该溶胶‑凝胶材料在介于50‑150℃之间的温度下进行退火，然后在介于200‑300℃之间的温度下进行退火。在一些实施方案中，该溶胶‑凝胶材料在介于200‑300℃之间的温度下进行退火之前使用紫外光进行固化。技术研发人员：阿莱霍·利夫施泰茨·阿里比奥,安东尼·潘受保护的技术使用者：元平台技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23