基于胶粘层的GaN基HEMT器件柔性转移方法

本发明涉及柔性电子技术，尤其涉及一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法。

背景技术：

柔性电子(flexibleelectronics)是一种技术的通称，是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术。相对于传统电子，柔性电子具有更大的灵活性，其在一定范围的形变(弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸)条件下仍可工作，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求。柔性电子器件在信息、能源、医疗、制造等各个领域的应用重要性日益凸显，已成为世界多国和跨国企业竞相发展的前沿技术。gan基hemt因其高功率、高频率的优良性质，广泛应用于电力电子器件装备、能源开采、雷达系统、5g系统、航空航天等领域,是当下研究的热点，但是由于生长衬底(si/sic/金刚石等)的局限性，柔性gan基hemt的制备一直是困扰广大研究者的难题。gan基hemt一般分为ga极性和n极性，虽然大多数报道gan基hemt器件是在沿c方向生长的ga极性，但n极性gan晶体管的反向极化特性使得其具备比ga极性器件更低的导通电阻、更高的耐高压能力以及更高频的器件结构优势。使用柔性转移技术可以直接实现器件的极性反转，使得较易生长的ga极性gan基hemt薄膜通过倒立的方式转化成n极性gan基hemt晶体管。

目前主要采用低成本的硅(si)衬底上外延生长gan/algan多层薄膜，但是器件本身的自热效应和si衬底的低热导率严重影响了gan基hemt器件的可靠性和稳定性，因此基于si衬底的gan基hemt通常采用键合和衬底完全剥离的方法，将器件键合到新的目标衬底上。传统的gan基hemt转移方法是引入携带衬底(carrierwafer，例如热解胶带)，将gan基hemt和携带衬底键合到一起，进行si衬底的剥离后用携带衬底将gan基hemt转移到目标衬底上，最后再进行携带衬底的解绑。这种方法工艺步骤较为复杂，操作难度较高，且对携带衬底材料的要求较高，需要能够耐得住si衬底的剥离工艺且能够轻易解绑，一般成本也较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法，引入一定厚度的胶粘层，支撑和保护gan基hemt器件在衬底剥离和整个柔性转移的过程中不被应力破坏。

本申请实施例的一个方面提供一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法，所述方法包括：

对生长在衬底上的gan基hemt器件进行清洗和烘干；所述gan基hemt器件是ga极性的；

将酚醛树脂胶旋涂到所述gan基hemt器件上，使所述酚醛树脂胶形成多层胶粘层，并所述多层胶粘层的胶层总厚度大于厚度阈值；

对所述gan基hemt器件进行温度为第一加热阈值的热烘，完成初步固化；

对所述gan基hemt器件进行温度为第二加热阈值的热烘，完成不可逆热固化；所述第二加热阈值的热烘大于第一加热阈值；

将所述衬底从所述gan基hemt器件上去除，把所述gan基hemt器件转移到去离子水中进行清洗；

对所述gan基hemt器件进行倒装完成极性转化后，将所述gan基hemt器件转移到新的柔性衬底上。

在一些实施方式中，所述对生长在衬底上的gan基hemt器件进行清洗和烘干，具体包括：

采用有机溶剂清洗和无机酸清洗对生长在衬底上的gan基hemt器件进行清洗，然后采用氮气吹干。

在一些实施方式中，所述将酚醛树脂胶旋涂到所述gan基hemt器件上，具体包括：

采用双层或多层旋涂方式将酚醛树脂胶旋涂到所述gan基hemt器件上。

在一些实施方式中，所述对所述gan基hemt器件进行温度为第一加热阈值的热烘，具体包括：

将所述gan基hemt器件放在温度为95℃的加热板上进行热烘，使旋涂和堆叠造成的所述多层胶粘层的界面处的部分气泡驱赶到表层或者边界处，同时使所述多层胶粘层中部分溶剂挥发。

在一些实施方式中，所述对所述gan基hemt器件进行温度为第二加热阈值的热烘，具体包括：

将所述gan基hemt器件放在温度为180℃的加热板上进行热烘，消除所述多层胶粘层中的层间气泡，使所述多层胶粘层中的剩余溶剂全部挥发，同时使所述多层胶粘层中的酚醛树脂发生不可逆的热分解反应，变成类似塑料类有机物。

在一些实施方式中，所述将所述衬底从所述gan基hemt器件上去除，具体包括：

用比例为3：1：1的hno3、hf和h2o混合腐蚀液腐蚀所述衬底。

在一些实施方式中，所述将所述衬底从所述gan基hemt器件上去除，具体包括：

采用机械研磨和化学机械研磨的方法将所述衬底减薄，然后再用电感耦合等离子体对所述衬底进行深刻蚀。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法，通过旋涂特殊的胶保护层，固化后形成支撑gan基hemt器件的胶粘层。转移过程中，由于胶粘层厚度较大，且密度较小，使gan基hemt器件能够漂浮在水溶液表面上，同时可以辅助使用衬底托或者镊子去翻转倒立整个膜层，即可实现ga极性的gan基hemt器件转换成n极性的gan基hemt器件。这为后续制备性质更优良的n极性的柔性ganhemt提供一种更简便的技术路线。同时，胶粘层的引入避免了传统的复杂的hemtbonding工艺,提高了新的目标衬底选择的灵活性，降低了成本，降低了工艺的复杂性和操作难度。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的gan基hemt器件结构变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，是本发明一实施例的提供的一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法，所述方法包括：

s10、对生长在衬底上的gan基hemt器件进行清洗和烘干；所述gan基hemt器件是ga极性的。

s11、将酚醛树脂胶旋涂到所述gan基hemt器件上，使所述酚醛树脂胶形成多层胶粘层，并所述多层胶粘层的胶层总厚度大于厚度阈值。

s12、对所述gan基hemt器件进行温度为第一加热阈值的热烘，完成初步固化。

s13、对所述gan基hemt器件进行温度为第二加热阈值的热烘，完成不可逆热固化；所述第二加热阈值的热烘大于第一加热阈值。

s14、将所述衬底从所述gan基hemt器件上去除，把所述gan基hemt器件转移到去离子水中进行清洗。

s15、对所述gan基hemt器件进行倒装完成极性转化后，将所述gan基hemt器件转移到新的柔性衬底上。

原衬底上生长的gan基hemt器件是ga极性的多层结构(含gan、algan、aln等膜层)，因此s15中先完成倒装后再转移，原来的膜层结构也会随之倒装，换言之就是翻转带胶的ga极性gan基hemt器件使其变成n极性的gan基hemt器件。

同时，在最后的翻转和转移过程中，由于胶粘层厚度较大，且密度较小，可以使gan基hemt器件能够漂浮在水溶液表面上，同时可以辅助使用衬底托或者镊子去翻转倒立整个膜层，即可实现ga极性的gan基hemt器件转换成n极性的gan基hemt器件。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于胶粘层的gan基hemt器件柔性转移方法，通过旋涂特殊的胶保护层，固化后形成支撑gan基hemt器件的胶粘层。这为后续制备性质更优良的n极性的柔性ganhemt提供一种更简便的技术路线。同时，胶粘层的引入避免了传统的复杂的hemtbonding工艺,提高了新的目标衬底选择的灵活性，降低了成本，降低了工艺的复杂性和操作难度。

示例性地，s10具体包括：

采用有机溶剂清洗和无机酸清洗对生长在衬底上的gan基hemt器件进行清洗，然后采用氮气吹干。

示例性地，s11具体包括：

采用双层或多层旋涂方式将酚醛树脂胶旋涂到所述gan基hemt器件上。

请参见图2，通过旋涂特殊的胶保护层，固化后形成支撑gan基hemt器件的胶粘层，转移过程中，可以用任意的干净的衬底托或者携带衬底打捞、携带gan基hemt器件多层薄膜进行转移和清洗，最后可以直接转移到flexiblesubstarte(柔性衬底)上。

为了更好的抵消后续加热带来的热应力问题，胶的厚度需要达到一定的程度，才能缓解gan基hemt器件在高温下形变产生的应力，一般采用双层或多层旋涂方式，使固化后的胶的厚度大于100μm。

在实际应用中，可以采用su-8系列光刻胶作为胶粘层，其成分是酚醛树脂，通过高温烘烤(180°)使其发生不可逆的热固化反应形成高分子聚合有机物(类似塑料)，既能耐强酸腐蚀，又能起到支撑和保护gan基hemt器件的作用。在si刻蚀过程中能够有效的释放反应放热带来的应力，在薄膜转移的过程中能够支撑gan基hemt器件不被水的表面张力破坏而破裂。

示例性地，s12具体包括：

将所述gan基hemt器件放在温度为95℃的加热板上进行热烘，使旋涂和堆叠造成的所述多层胶粘层的界面处的部分气泡驱赶到表层或者边界处，同时使所述多层胶粘层中部分溶剂挥发。

请参照图2，样品放在95℃的加热板上进行热烘，将因为旋涂和堆叠造成的多层胶粘层界面处的气泡尽量驱赶到表层或者边界处，同时使胶粘层的溶剂挥发，发生初步固化。这个初步固化过程属于预烘环节。

示例性地，s13具体包括：

将所述gan基hemt器件放在温度为180℃的加热板上进行热烘，消除所述多层胶粘层中的层间气泡，使所述多层胶粘层中的剩余溶剂全部挥发，同时使所述多层胶粘层中的酚醛树脂发生不可逆的热分解反应，变成类似塑料类有机物。

采用类酚醛树脂类光刻胶，在一定温度下(>180℃)发生不可逆固化反应，变成gan基hemt器件的支撑和保护层，替代传统的携带衬底。

请参照图2，样品放在180℃的加热板上进行热烘，热烘时间大于30min，此时胶粘层发生不可逆的热反应，从酚醛树脂变成高分子聚合有机物。胶粘层的溶剂全部挥发，层间的气泡完全被消除，胶粘层完成不可逆热固化。

需要说明的是，高分子聚合有机物这种物质可以耐强酸(如hf+hno3)腐蚀，并且密度比水低，可以漂浮在去离子水溶液中；如果温度没有达到180°，酚醛树脂容易被强酸氧化。

示例性地，s14具体包括：

用比例为3：1：1的hno3、hf和h2o混合腐蚀液腐蚀所述衬底。

请参照图2，这里选择通过湿化学腐蚀法将硅si衬底移除,再通过柔性转移技术将ganhemt转移到具有更高导热系数的柔性衬底上。新的柔性衬底可以是ito或者utg(ultra-thinglass)等柔性玻璃上，也可以是具有高导热系数的石墨烯薄膜材料，一般根据器件应用的需求来选择柔性目标衬底。

示例性地，s14具体包括：

采用机械研磨和化学机械研磨的方法将所述衬底减薄，然后再用电感耦合等离子体对所述衬底进行深刻蚀。

等离子体刻蚀是在等离子体氛围中，通过平面曝光、溅射化学反应和辅助能量离子等方式，精确地除去衬底表面一定厚度的物质而沟槽侧壁物质不受影响的一种加工方法。等离子体刻蚀属于干法刻蚀，可用来加工半导体材料本身(如硅等)、半导体氧化物(如sio2)、光刻胶和金属。高温态的电子与室温态的中性气体反应生成活化自由基，再与衬底上的材料结合生成易挥发的气体产物，同时刻蚀了基片。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。