DE102007057650A1

DE102007057650A1 - Strukturierung von leitfähigen Polymerschichten mittels des Lift-Off-Prozesses

Info

Publication number: DE102007057650A1
Application number: DE102007057650A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Elschner; Wilfried Dr. Lövenich; Kerstin Pollok
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-04
Also published as: WO2009068415A1; TW200943321A; US20110076464A1; KR20100126268A; JP2011505059A; EP2218122A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leitfähigen strukturierten Polymerschichten mittels des Lift-off-Prozesses sowie die mit diesem Verfahren hergestellten leitfähigen strukturierten Polymerschichten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leitfähigen strukturierten Polymerschichten mittels des Lift-off-Prozesses sowie die mit diesem Verfahren hergestellten leitfähigen strukturierten Polymerschichten.
Leitfähige Polymere haben in den letzten Jahren aufgrund eines verbesserten Eigenschaftsprofils an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen. Durch Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit einerseits und Verbesserung der chemischen Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen anderseits, konnten viele neue Anwendungen erschlossen werden. So werden leitfähige Polymere beispielsweise als Antistatikschichten, transparente Elektroden, Lochinjektionsschichten, Gegenelektroden in Kondensatoren oder Sensoren mit wachsendem Erfolg eingesetzt.
Für viele Anwendungen, in denen leitfähige Polymere eingesetzt werden oder eingesetzt werden könnten, ist es notwendig, die leitfähige Polymerschicht zu strukturieren. Unter Strukturierung einer Polymerschicht wird verstanden, dass die Schicht nicht homogen ganzflächig auf einem Träger, wie z. B. einer Folie oder einer Glasplatte abgeschieden wird, sondern aus einzelnen Segmenten besteht, wie z. B. aus einzelnen Leiterbahnen, die voneinander räumlich getrennt und damit voneinander elektrisch isoliert sind. Die Herausforderung besteht nun darin, diese räumlichen lateralen Strukturen auf einem Träger mit einer möglichst hohen Ortsauflösung aufzubringen. Damit ist gemeint, dass die Bereiche, in denen das leitfähige Polymer als Schicht vorliegt, und die Bereiche, in denen kein Polymer vorhanden ist, scharf voneinander abgegrenzt sind. Die an der Grenze der Bereiche entstehende Stufe bestimmt die Ortsauflösung. Diese lässt sich durch zwei Größen, die Stufenhöhe h und die Stufenbreite b charakterisieren. Die Stufenhöhe entspricht der Dicke der Polymerschicht und beträgt typisch 30 nm < h < 10 μm. Die Stufenbreite entspricht dabei der Breite der Polymerschicht, wobei für viele Anwendungen eine Stufenbreite b < 20 μm, vorzugsweise von b < 5 μm, notwendig ist. Dazu zählen z. B. Elektroden für organische Leuchtdioden „OLEDs" (Organic Light Emitting Devices, Ed. Joseph Shinar, 2004 Springer-Verlag) oder Elektroden für organische Feldeffekttransitoren „OFETs" (Organic Electronics, Ed. Hagen Klauk, 2006 Wiley-VCH, S. 3ff), die nur wenige μm voneinander getrennt sind.
Um leitfähige Polymere auf einem Träger lateral strukturiert aufzubringen, werden derzeit verschiedene Druckverfahren entwickelt. Zu den als besonders geeignet angesehenen Druckverfahren zählen Tintenstrahl-, Sieb-, Flexo-, Tampon-, Offset- und Gravurdruck (Organic Electronics, Ed. Hagen Klauk, 2006 Wiley-VCH, S. 297 ff). Diese Druckverfahren sind etabliert und haben sich bei der Deposition geeigneter Drucktinten oder Druckfarben bewährt. Da diese Drucktechniken aber primär zur Visualisierung von Druckbildern entwickelt wurden, ist deren laterale Auflösung auf die Trennschärfe des bloßen Auges beschränkt, d. h. die Stufenbreite beträgt hier typisch b > 20 μm.
Für viele interessante Anwendungen von leitfähigen Polymeren ist aber eine Stufenbreite b < 20 μm notwendig. Insbesondere die unter dem Schlagwort „Polymer Elektronik" diskutierten Strukturen, bei denen unter anderem Feldeffekttransistoren komplett aus Polymeren aufgebaut werden, erfordern deutlich feinere Strukturen, als es die etablierten Drucktechniken derzeit in der Lage sind zu leisten.
Weiterhin führen die oben aufgeführten etablierten Druckverfahren zu abgeschiedenen Tinten oder Farben, deren Oberflächen oft inhomogen und mikroskopisch rau sind. So erfordern Sieb-, Flexo-, Tampon-, Offset- und der Gravurdruck per se hochviskose Farben, die dann während des Trocknens nicht mehr ausreichend verlaufen können und damit raue Oberflächen bilden. Raue Oberflächen leitfähiger Polymerschichten mit einer mittleren Rauigkeit Ra > 5 nm sind aber insbesondere bei OLEDs oder OFETs unerwünscht, da sie hier zu elektrischen Kurzschlüssen führen können. Beim Tintenstrahldrucken dagegen, werden zwar niedrig viskose und gut verlaufende Tinten verwendet, hier führt aber der so genannte „coffee-drop effect" (Tekin, Emine; de Gans, Berend-Jan; Schubert, Ulrich S., Journal of Materials Chemistry (2004), 14(17), 2627–2632) dazu, dass die Schichtdicke am Rand des deponierten Tropfens deutlich höher ist als im Zentrum. Dieser Effekt macht die Erzeugung homogener leitfähiger Polymerschichten, wie Flächen oder Linien, ebenfalls schwierig.
Eine Möglichkeit, leitfähige Polymere in Strukturen mit hoher Ortsauflösung, d. h. mit einer Stufenbreite b < 20 μm abzuscheiden, wobei die Polymeroberflächen glatt sind, d. h. die mittlere Rauigkeit Ra beträgt weniger als 5 nm, wird in der EP-A-1079397 beschrieben. Darin werden homogene Schichten eines leitfähigen Polymers, die mittels einer Lackschleuder aufgebracht werden, mittels eines Laserstrahls strukturiert. Der Laserstrahl eines Excimer- oder Nd:YAG-Lasers wird dabei über die Stellen geführt, an denen das Polymer entfernt werden muss und zersetzt die organische Schicht an den entsprechenden Stellen (Laserablation). Dieser Prozess wird derzeit nur zur Entfernung von Polymerschichten von Glassubstraten eingesetzt und hat den Nachteil, dass er langsam und aufgrund der Anschaffungs- und Betriebskosten des Lasers teuer ist. Weiterhin kommt als Nachteil hinzu, dass sich abladierte Bruchstücke des Polymers auf der Oberfläche des benachbarten Polymerschicht ablagern, d. h. kontaminieren, und diese die elektrischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften des leitfähigen Polymers verändern können. Ebenfalls nachteilig ist, dass die Laserablation leitfähiger Polymere auf polymeren Substraten, wie z. B. Polyethylenterephtalat (PET)-folien, nur schwer zu kontrollieren ist, da bei der gewünschten Entfernung des leitfähigen Polymers auch das Substratmaterial gleichzeitig abladiert wird. Das Auflösungsvermögen bei Laserstrukturierung ist auf die Fokussierbarkeit des Laserstahls begrenzt und liegt bei 1–5 μm.
DE-A-10340641 beschreibt die Strukturierung leitfähiger Polymere mittels Fotolithographie. Hier wird eine Positiv-Fotolackschicht auf die leitfähige Polymerschicht gebracht und über eine Schattenmaske belichtet. Der Fotolack lässt sich an den belichteten Stellen mit einem Entwickler entfernen und legt so die darunter liegende leitfähige Polymerschicht frei. Diese kann anschließend durch Einlegen in ein geeignetes Lösungsmittel entfernt werden. Die gewünschten leitfähigen Polymerstrukturen werden freigelegt, indem der aufliegende nicht lösliche Fotolack durch großflächige UV-Bestrahlung, der so genannten Flurbelichtung, löslich gemacht und durch anschließendes Spülen mit dem Entwickler entfernt wird. Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: Die leitfähige Polymerschicht kommt in direktem Kontakt mit dem Fotolack, d. h. der Fotolack kann die leitfähige Polymerschicht kontaminieren und so seine elektronischen Eigenschaften, z. B. der Austrittsarbeit, verändern. Weiterhin ist nachteilig, dass die Flurbelichtung das leitfähige Polymer durch Fotooxidation nachhaltig schädigen kann und dadurch die Leitfähigkeit erniedrigt wird.
Ein weiterer Weg leitfähige Polymere zu strukturieren, wird von Hohnholz, Okuzaki und MacDiarmid beschrieben („Plastic Electronic Devices Through Line Patterning of Conducting Polymers", Advanced Materials, 2005, 15, 51–56). Hierbei wird Polyethylendioxythiophen/Polystyrolsulfonsäure (PEDOT/PSS) strukturiert, in dem dieses leitfähige Polymer auf Folie aufgezogen wird, die zuvor mittels eines Laserdruckers mit einem Muster aus eingebranntem Toner versehen wurde. Durch Ablösen des Toners in Toluol oder Aceton wird die darüber liegende PEDOT/PSS-Schicht ebenfalls entfernt, aber auf den Bereichen der Folie, die keinen Toner enthalten, bleibt das leitfähige Polymer stehen. Diese Methode ist zwar einfach, hat aber den Nachteil, dass sich aufgrund der Körnigkeit der Tonerpartikel nur grobe Strukturen mit einer Stufenbreite b von > 50 μm realisieren lassen.
Dong. Zhong, Chi und Fuchs beschreiben in „Patterning of Conducting Polymers Based an a Random Copolymer Strategy: Toward the Facile Fabrication of Nanosensors Exclusively Based an Polymers" (Advanced Materials, 2005, 17, 2736–2741) einen anderen Ansatz mit dem sich leitfähige Polymere strukturieren lassen. Als Verfahren wird hierbei die aus der Fotolithographie bekannte Lift-Off-Prozessierung angewendet (vgl. „Lithographic Processes", Broschüre der Firma MicroChemicals GmbH von 2005, vgl. Abb. 1). Bei diesem Prozess wird zunächst ein Fotopositivlack auf das Substrat aufgezogen und an den Stellen mit einem Elektronenstrahl belichtet, an denen später kein leitfähiges Polymer die Oberfläche bedecken soll. Der unbelichtete Fotolack wird anschließend mit Lösungsmittel entfernt. Dann wird der belichtete Fotolack thermisch ausgehärtet, so dass er ein Negativ der später gewünschten Struktur bildet. Nun werden Pyrrole oder Aniline in Gegenwart des Oxidationsmittels FeCl₃ aus Lösung als dünner Film aufgeschleudert und polymerisieren auf dem Substrat aus. Dieser Film liegt dann sowohl auf den ausgehärteten Fotolack als auch auf den vom Fotolack befreiten Stellen des Substrats. Durch Spülen in Toluol oder Aceton kann nun der ausgehärtete Fotolack wieder entfernt werden, so dass die darüber liegende Schicht leitfä higen Polymers mit abgelöst wird. Das in Toluol oder Aceton unlösliche leitfähige Polymer bleibt an den Fotolack freien Stellen am Substrat haften. Mit dem Lift-Off-Prozess können Strukturen leitfähiger Polymere mit einer Stufenbreite von < 1 μm realisieren. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist allerdings, dass die leitfähigen Polymere in-situ auf dem Substrat polymerisiert werden müssen, d. h. eine chemische Reaktion läuft auf dem Substrat ab, was sich großtechnisch nur unter hohem Aufwand realisieren lässt. In-situ polymerisierte Schichten haben darüber hinaus den Nachteil nur mäßig glatte Oberflächen auszubilden und durch ihre Verspannung zum Abplatzen zu neigen.
Es bestand also weiterhin Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von leitfähigen strukturierten Polymerschichten, bei dem das leitfähige Polymer aus Lösung oder Dispersion auf einem Substrat abgeschieden werden kann, bei dem die Strukturen der leitfähigen Polymerschicht eine hohe laterale Ortsauflösung ergeben und bei dem die Oberflächen der leitfähigen Polymerschicht glatt sind. Zudem besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Strukturierung von hochleitfähigen Polymeren, d. h. Polymeren mit einer Leitfähigkeit von σ > 100 S/cm, wie z. B. für die Herstellung von Feldeffekttransistoren oder Sensoren. Hier muss der Abstand benachbarter Elektroden d so gering wie möglich sein, vorzugsweise ist d < 500 μm.
Aufgabe war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von leitfähigen strukturierten Polymerschichten bereitzustellen, bei dem das leitfähige Polymer aus Lösung oder Dispersion auf einem Substrat abgeschieden werden kann, bei dem die Strukturen der leitfähigen Polymerschicht eine hohe laterale Ortsauflösung ergeben und bei dem die Oberflächen leitfähigen Polymerschicht glatt sind. Eine weitere Aufgabe bestand darin, ein Verfahren zur Strukturierung von hochleitfähigen Polymeren, d. h. Polymeren mit einer Leitfähigkeit von σ > 100 S/cm, bereitzustellen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass leitfähige strukturierte Polymerschichten, welche die oben genannten Bedingungen erfüllen, unter Verwendung des Lift-off-Prozesses und unter Auftragung von wenigstens einem leitfähigen Polymer als Polykation und wenigstens einem Polyanion auf das Substrat, hergestellt werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung leitfähiger strukturierter Polymerschichten unter Verwendung des Lift-off-Prozesses, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein leitfähiges Polymer als Polykation und wenigstens ein Polyanion, welches ein mittleres Molekulargewicht M_w in einem Bereich von 1000 bis 100 000 g/mol aufweist, auf das Substrat aufgetragen wird.
Hierbei umfasst der Lift-off-Prozess die in 1 gezeigten Schritte. Mit diesem Prozess lassen sich Strukturen mit einer Stufenbreite b < 5 μm erzeugen.
Im Rahmen der Erfindung können leitfähige Polymere als Polykation bevorzugt ein gegebenenfalls substituiertes Polythiophen, Polyanilin oder Polypyrrol darstellen. Es kann auch sein, dass Mischungen aus zwei oder mehreren dieser leitfähigen Polymere als Polykation eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt das Polykation ein gegebenenfalls substituiertes Polythiophen enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I)
dar, wobei
A für einen gegebenenfalls substituierten C₁-C₅-Alkylenrest, bevorzugt für einen gegebenenfalls substituierten C₂-C₃-Alkylenrest steht,
Y für O oder S steht,
R für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C₁-C₁₈-Alkylrest, bevorzugt linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C₁-C₁₄-Alkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₅-C₁₂-Cycloalkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₆-C₁₄-Arylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₇-C₁₈-Aralkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₁-C₄-Hydroxyalkylrest oder einen Hydroxylrest steht,
x für eine ganze Zahl von 0 bis 8, bevorzugt für 0, 1 oder 2, besonders bevorzugt für 0 oder 1, steht, und
für den Fall, dass mehrere Reste R an A gebunden sind, diese gleich oder unterschiedlich sein können.
Die allgemeine Formeln (I) ist so zu verstehen, dass der Substituent R x-mal an den Alkylenrest A gebunden sein kann.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Polykation ein Polythiophen enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I) solche enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I-a) und/oder der allgemeinen Formel (I-b)
sein, worin
R und x die oben genannte Bedeutung haben.
In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen stellt das Polykation ein Polythiophen enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I) solche enthaltend Polythiophene der allgemeinen Formel (I-aa) und/oder der allgemeinen Formel (I-ba) dar
Unter dem Präfix Poly- ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass mehr als eine gleiche oder verschiedene wiederkehrende Einheit im Polythiophen enthalten ist. Die Polythiophene enthalten insgesamt n wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I), wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 2000, bevorzugt 2 bis 100, sein kann. Die wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) können innerhalb eines Polythiophens jeweils gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind Polythiophene enthaltend jeweils gleiche wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I).
An den Endgruppen tragen die Polythiophene bevorzugt jeweils H.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Polykation ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) Poly(3,4-ethylendioxythiophen) oder Poly(3,4- ethylenoxythiathiophen), d. h. ein Homopolythiophen aus wiederkehrenden Einheiten der Formel (I-aa) oder (I-ba).
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen stellt das Polykation ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) ein Copolymer aus wiederkehrenden Einheiten der Formel (I-aa) und (1-ab) dar.
C₁-C₅-Alkylenreste A sind im Rahmen der Erfindung Methylen, Ethylen, n-Propylen, n-Butylen oder n-Pentylen, C₁-C₁₈-Alkyl steht im Rahmen der Erfindung für lineare oder verzweigte C₁-C₁₈-Alkylreste wie beispielsweise Methyl, Ethyl, n- oder iso-Propyl, n-, iso-, sec- oder tert-Butyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1-Ethylpropyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl oder n-Octadecyl, C₅-C₁₂-Cycloalkyl für C₅-C₁₂-Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl oder Cyclodecyl, C₆-C₁₄-Arylreste für beispielsweise Phenyl oder Naphthyl, und C₇-C₁₈-Aralkyl für C₇-C₁₈-Aralkylreste wie beispielsweise Benzyl, o-, m-, p-Tolyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-Xylyl oder Mesityl. C₁-C₄ Hydroxyalkylrest steht im Rahmen der Erfindung für die vorangehend aufgeführten C₁-C₄-Alkylreste mit einer Hydroxygruppe. Die vorangehende Aufzählung dient der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und ist nicht als abschließend zu betrachten.
Als gegebenenfalls weitere Substituenten der vorangehenden Reste kommen zahlreiche organische Gruppen in Frage, beispielsweise Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Halogen-, Ether-, Thioether-, Disulfid-, Sulfoxid-, Sulfon-, Sulfonat-, Amino-, Aldehyd-, Keto-, Carbonsäureester-, Carbonsäure-, Carbonat-, Carboxylat-, Cyano-, Alkylsilan- und Alkoxysilangruppen sowie Carboxylamidgruppen.
Die Polykationen, insbesondere die Polythiophene, sind kationisch, wobei sich „kationisch" nur auf die Ladungen bezieht, die auf der Polythiophenhauptkette sitzen. Je nach Substituent an den Resten R können die Polythiophene positive und negative Ladungen in der Struktureinheit tragen, wobei sich die positiven Ladungen auf der Polythiophenhauptkette und die negativen Ladungen gegebenenfalls an den durch Sulfonat- oder Carboxylatgruppen substituierten Resten R befinden. Dabei können die positiven Ladungen der Polythiophenhauptkette zum Teil oder vollständig durch die gegebenenfalls vorhandenen anionischen Gruppen an den Resten R abgesättigt werden. Insgesamt betrachtet können die Polythiophene in diesen Fällen kationisch, neutral oder sogar anionisch sein. Dennoch werden sie im Rahmen der Erfindung alle als kationische Polythiophene betrachtet, da die positiven Ladungen auf der Polythiophenhauptkette maßgeblich sind. Die positiven Ladungen sind in den Formeln nicht dargestellt, da ihre genaue Zahl und Position nicht einwandfrei feststellbar sind. Die Anzahl der positiven Ladungen beträgt jedoch mindestens 1 und höchstens n, wobei n die Gesamtanzahl aller wiederkehrenden Einheiten (gleicher oder unterschiedlicher) innerhalb des Polythiophens ist.
Zur Kompensation der positiven Ladung, soweit dies nicht bereits durch die gegebenenfalls Sulfonat- oder Carboxylat-substituierten und somit negativ geladenen Reste R erfolgt, benötigen die Polykationen bzw. kanonischen Polythiophene Anionen als Gegenionen.
Als Gegenionen kommen vorzugsweise polymere Anionen, im Folgenden auch als Polyanionen bezeichnet, in Frage.
Als geeignete Polyanionen kommen beispielsweise Anionen polymerer Carbonsäuren, wie Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäure oder Polymaleinsäuren, oder Anionen polymerer Sulfonsäuren, wie Polystyrolsulfonsäuren und Polyvinylsulfonsäuren in Frage. Diese Polycarbon- und -sulfonsäuren können auch Copolymere von Vinylcarbon- und Vinylsulfonsäuren mit anderen polymerisierbaren Monomeren, wie Acrylsäureestern und Styrol, sein. Diese können beispielsweise auch SO₃ ^–M⁺- oder COO^–M⁺-Gruppen enthaltende teilfluorierte oder perfluorierte Polymere sein, wobei M⁺ beispielsweise für, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺ oder NH₄ ⁺, bevorzugt für H⁺, Na⁺ oder K⁺ steht.
Besonders bevorzugt als polymeres Anion ist das Anion der Polystyrolsulfonsäure (PSS).
Kationische Polythiophene, die zur Ladungskompensation Anionen als Gegenionen enthalten, werden in der Fachwelt auch oft als Polythiophen/(Poly-)Anion-Komplexe bezeichnet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung stellt das Polykation 3,4-(Ethylendioxythiophen) und das Polyanion Polystyrolsulfonat dar.
Das mittlere Molekulargewicht M_w (Gewichtsmittel) der die Polyanionen liefernden Polysäuren, bevorzugt der Polystyrolsulfonsäure, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 000 bis 70 000 g/mol, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30 000 bis 60 000 g/mol. Die Polysäuren oder ihre Alkalisalze sind im Handel erhältlich, z. B. Polystyrolsulfonsäuren und Polyacrylsäuren, oder aber nach bekannten Verfahren herstellbar (siehe z. B. Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band. E 20 Makromolekulare Stoffe, Teil 2, (1987), S. 1141 u. f.).
Das mittlere Molekulargewicht M_w wird mittels wässriger Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt, unter Verwendung eines Phosphatpuffers als Eluent und einer Säulenkombination MCX. Die Detektion erfolgt hierbei mittels eines RI-Detektors. Die Auswertung der Signale erfolgt anhand einer Polystyrolsulfonsäure-Kalibrierung bei 25°C.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform können die leitfähigen Polymerschichten enthaltend wenigstens ein Polykation und wenigstens ein Polyanion in Form einer Dispersion oder Lösung auf das Substrat aufgetragen werden. Zur Auftragung der leitfähigen Polymerschichten eignen sich beispielsweise Verfahren wie Lackschleudern, Rakeln, Tauch- und Sprühbeschichtung oder Druckverfahren, wie Tintenstrahl-, Offset-, Gravur- und Flexodruck, bevorzugt wird das Lackschleudern.
Als Substrate eignen sich Glas, Siliciumscheiben, Papier und Kunststofffolien wie Polyester-, Polyethylenterephthalat-, Polyethylennaphthalat-, Polycarbonat-, Polyacrylat-, Polsulfon- oder Polyimid-Folien.
Die aufgebrachten leitfähigen Polymerschichten bilden homogene Schichten mit einer mittleren Rauigkeit der Oberfläche von typischerweise Ra < 5 nm. Dieser Wert kann mittels eines Rasterkraftmikroskops (Digital Instruments) auf einer Fläche von 1 μm² ermittelt werden. Die elektrische Leitfähigkeit der Schichten betrug beträgt vorzugsweise σ = 500 S/cm. Dieser Wert kann aus dem gemessenen Oberflächenwiderstand R_sq und der Schichtdicke d entsprechend ⎕ = (R_sq·d)^–1 berechnet werden. Dazu werden zwei parallele Ag-Elektroden auf die Schicht gedampft und der elektrische Widerstand R zwischen diesen gemessen. Für den Oberflächenwiderstand gilt R_sq = R·W/L, mit L dem Elektrodenabstand und W der Elektrodenlänge. Die Schichtdicke d wird mit einen Stylusprofilometer (Tencor 500) an der Stufe eines Kratzers in der Polymerschicht bestimmt.
Im Rahmen der Erfindung kann die Dispersion oder Lösung wässrig oder alkoholhaltig sein. Unter alkoholhaltig wird verstanden, dass eine Mischung enthaltend Wasser und Alkohol(e) verwendet wird. Als Alkohole sind beispielsweise aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, i-Propanol und Butanol geeignet.
Diese Dispersionen oder Lösungen können zusätzlich wenigstens ein polymeres Bindemittel enthalten. Geeignete Bindemittel sind polymere, organische Binder, beispielsweise Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylchloride, Polyvinylacetate, Polyvinylbutyrate, Polyacrylsäureester, Polyacrylsäureamide, Polymethacrylsäureester, Polymethacryl-säureamide, Polyacrylnitrile, Styro/Acrylsäureester-, Vinylacetat/Acrylsäureester- und Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisate, Polybutadiene, Polyisoprene, Polystyrole, Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polyurethane, Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Melamin-Formaldehyharze, Epoxidharze, Siliconharze oder Cellulosen. Der Feststoffgehalt an polymerem Bindemittel liegt zwischen 0 und 3 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 1 Gew.-%.
Die Dispersionen oder Lösungen können zusätzlich Haftvermittler wie beispielsweise organofunktionelle Silane bzw. deren Hydrolysate, z. B. 3-Glycidoxypropyltrialkoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Metacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan oder Octyltriethoxysilan enthalten.
Um die Leitfähigkeit der oben genannten Dispersionen oder Lösungen zu steigern, können im Rahmen der Erfindung leitfähigkeitssteigernde Mittel wie Dimethylsulfoxid dazugegeben werden. Aber auch andere leitfähigkeitssteigernde Mittel, wie in der EP 0686662 oder von Ouyang et al., Polymer, 45 (2004), S. 8443–8450 offenbart, können im Rahmen der Erfindung als leitfähigkeitssteigernde Mittel verwendet werden. Als leitfähigkeitssteigernde Mittel eignen sich besonders ethergruppenhaltige Verbindungen, wie z. B. Tetrahydofuran, lactongruppenhaltige Verbindungen wie γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, amid- oder lactamgruppenhaltige Verbindungen wie Caprolactam, N-Methylcaprolactam, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methylformamid, N-Methylformanilid, N-Methylpyrrolidon (NMP), N-Octylpyrrolidon, Pyrrolidon, Sulfone und Sulfoxide, wie z. B. Sulfolan (Tetramethylensulfon), Dimethylsulfoxid (DMSO), Zucker oder Zuckerderivate, wie z. B. Saccharose, Glucose, Fructose, Lactose, Zuckeralkohole wie z. B. Sorbit, Mannit, Furanderivate, wie z. B. 2-Furancarbonsäure, 3-Furancarbonsäure, und/oder Di- oder Polyalkohole, wie z. B. Ethylenglycol, Glycerin, Di- bzw. Triethylenglycol,. Besonders bevorzugt werden als leitfähigkeitserhöhende Additive Tetrahydrofuran, N-Methylformamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid oder Sorbit eingesetzt.
Im Rahmen der Erfindung können die Polykation(en) und Polyanion(en) in einem Gewichtsverhälnis (Gew.-verhältnis) von 1:2 bis 1:7, bevorzugt von 1:2,5 bis 1:6,5, und besonders bevorzugt von 1:3 bis 1:6, vorliegen. Das Gewicht des Polykation entspricht hierbei der Einwaage der eingesetzten Monomere, unter der Annahme, dass bei der Polymerisation ein vollständiger Umsatz des Monomers erfolgt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die leitfähigen strukturierten Polymerschichten hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Vorzugsweise beträgt die Stufenbreite b der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten leitfähigen Polymerschicht weniger als 5 μm, besonders bevorzugt weniger als 1 μm. Die erzielten Stufenbreiten können mit einem Stylusprofilometer (Tencor 500) bestimmt werden. Die Stufen der strukturierten, leitfähigen Polymerschichten hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wiesen eine Breite b < 5 μm auf. Da diese Breite dem lateralen Auflösungsvermögen des Stylusprofilometers entspricht, ist davon auszugehen, dass die wahre Stufenbreite tatsächlich noch kleiner als 5 ist.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und sind in keinster Weise als Beschränkung aufzufassen.
Beispiele:
Beispiel 1:
Ein Glassubstrat der Größe 50 mm × 50 mm wurde zunächst mit Aceton, dann mit Mucasollösung im Ultraschallbad und abschließend in einem UV/Ozon-Reaktor (UPV, Inc.; PR-100) gereinigt. Der Fotolack AZ 1512 HS (MicroChemicals GmbH) wurde danach mit einer Lackschleuder (Carl Süss, RC8) bei 1000 U/min für 30 Sekunden (sec.) bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel auf dem Glassubstrat abgeschleudert. Der sich bildende Film wurde zuerst auf einer Heizplatte 3 Minuten (min.) bei 100°C und anschließend 30 Minuten bei 115°C im Trockenschrank getrocknet. Nach der Trocknung betrug die Schichtdicke d = 2,8 μm (vgl. 1-1). Das mit Fotolack beschichtete Substrat wurde mit einer Schattenmaske, bestehend aus einer 50 μm dicken Nickelfolie mit Ausfräsungen von 100–400 μm Breite, abgedeckt und in einem Fotolackbelichter (Firma Walter Lemmen, Kreuzwertheim, Aktina E) 80 Sekunden (sec.) lang mit UV-Licht beaufschlagt. Anschließend wurde das Substrat 120 Sekunden unter Rühren in einer Entwicklerlösung, bestehend aus 1 Teil AZ 351B (MicroChemicals GmbH) und 3 Teilen Wasser, gelegt (vgl. 1-2 und 1-3).
Die Glassubstrate waren danach mit strukturiertem Fotolack bedeckt, wobei die zuvor von der Schattenmaske belichteten Bereiche frei waren von Fotolack und die abgeschatteten Bereiche mit Fotolack bedeckt blieben. Das Höhenprofil der Fotolackstrukturen ist schematisch in 2-1 dargestellt.
Beispiel 2:
Die Herstellung der PEDOT/PSS-Dispersion erfolgte in wässriger Lösung nach bekanntem Verfahren (L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 481–494):
In einem 2 l Dreihalskolben mit Rührer und Innenthermometer wurden 895,2 g entionisiertes Wasser und 323 g einer wässrigen Polystyrolsulfonsäurelösung mit einem Gewichtsmittel M_w von 490000 g/mol und einem Feststoffgehalt von 5,52 Gew.-% vorgelegt. Die Bestimmung des Molekulargewichts erfolgte mittels wässriger Gelpermeationschromatographie (GPC). Die Lösung wurde mit 0,075 g Eisen(III)-Sulfat versetzt. Die Reaktionstemperatur wurde zwischen 20 und 25°C gehalten. Unter Rühren wurden 2,97 g 3,4-Ethylendioxythiophen (Baytron^® M, H. C. Starck GmbH) zugegeben. Die Lösung wurde 30 Minuten gerührt. Anschließend wurden 6,9 g Natriumpersulfat zugegeben und die Lösung weitere 24 Stunden gerührt.
Nach Abschluss der Reaktion wurden zur Entfernung anorganischer Salze 60 g eines Kationenaustauschers (Lewatit S100 H, Lanxess AG) und 80 g eines Anionenaustauschers (Lewatit MP 62, Lanxess AG) zugegeben und die Lösung weitere 2 Stunden gerührt. Anschließend wurde der Ionenauschtauscher abfiltriert.
Das Gewichtverhältnis von PEDOT zu PSS in der Lösung betrug 1:6. Um eine bessere Benetzung der Fotolackoberfläche zu bekommen, wurden auf 10 ml der PEDOT/PSS Lösung 3 Tropfen einer Flourtensidlösung (F09108 Zonyl FSN, Fluorinated Surfactant 10% in Wasser; ABCR GmbH) hinzugefügt. Die Lösung wurde bei 850 U/min für 30 Sekunden bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel auf das mit Fotolack strukturierte Substrat aus Beispiel 1 aufgeschleudert und anschließend für 15 Minuten bei 130°C auf einer Heizplatte getrocknet. Die so erzeugte Schicht bedeckte homogen sowohl die mit Fotolack beschichteten als auch die unbeschichteten Bereiche der Glasoberfläche. Die Schichtdicke betrug d = 100 nm und die Leitfähigkeit σ = 2.2 mS/cm.
Durch Spülen der Schicht in Aceton wurde der vernetzte Fotolack vollständig gelöst. Dieser Auflösungsprozess ließ sich visuell verfolgen, da der Fotolack eine gelb-bräunliche Eigenfarbe hatte. Die auf dem Fotolack liegende PEDOT/PSS-Schicht wurde dabei aber nicht mit abgehoben, sondern blieb als zusammenhängend lose Haut auf dem Substrat liegen. Dies äußerte sich in einem diffusen Höhenprofil ohne klar erkennbare Grenzen zwischen abgelösten und verbliebenen Bereichen, wie in 2-3 dargestellt.
Das gewünschte Lift-Off der leitfähigen Polymerschicht, wie in 1-5 dargestellt, fand somit nicht statt.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
Das Vorgehen war analog zu dem in Beispiel 2 mit dem Unterschied, dass diesmal bei der Polymerisation von EDT die PSS mit einem Gewichtsmittel M_w von 47 000 g/mol eingesetzt wurde. Wie in Beispiel 2 betrug das Gewichtverhältnis von PEDOT zu PSS in der Lösung ebenfalls 1:6. Die Lösung wurde bei 500 U/min für 30 Sekunden und einer Beschleunigung von 200 U/sec² bei offenem Deckel aufgeschleudert. Die Schichtdicke betrug d = 100 nm und die Leitfähigkeit σ = 17 mS/cm.
Im Gegensatz zum Beispiel 2 ließ sich die Polymerschicht auf dem vernetzten Fotolack beim Spülen in Aceton zusammen mit dem vernetzten Fotolack entfernen. Auf dem Substrat dagegen blieb die PEDOT/PSS-Schicht haften. Die Übergänge zwischen verbleibenden und abgelösten Bereichen waren scharf, denn die hier gebildete Stufe zeigt im Höhenprofil eine schmale Stufenbreite von b < 5 μm (vgl. 2-2).
Der Lift-Off-Prozess der leitfähigen Polymerschicht konnte somit erfolgreich durchgeführt werden.
Wie der Vergleich von Beispiel 2 und 3 zeigt, hat das mittlere Molekulargewicht Mw der PSS einen erheblichen Einfluss darauf, ob die Strukturierung der leitfähigen Polymerschicht mittels des Lift-Off-Prozesses erfolgreich gelingt. Diese Strukturierung ist erfolgreich, wenn die eingesetzte PEDPT/PSS-Dispersion eine als kurzkettige PSS bezeichnete PSS mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von < 100 000 g/mol aufweist. Grund hierfür kann sein, dass durch die Verwendung dieser kurzkettigen PSS die Reißfestigkeit der leitfähigen Polymerschicht genügend erniedrigt wird, so dass eine Ablösung der leitfähigen Polymerschicht erfolgen kann.
Beispiel 4:
In einem 2 l Dreihalskolben mit Rührer und Innenthermometer wurden 868 g entionisiertes Wasser und 330 g einer wässrigen Polystyrolsulfonsäurelösung mit einem Gewichtsmittel M_w von 450000 g/mol und einem Feststoffgehalt von 3,8 Gew.-% vorgelegt. Die Bestimmung des Molekulargewichts erfolgte mittels wässriger Gelpermeationschromatographie (GPC). Die Lösung wurde mit 0,075 g Eisen(III)-Sulfat versetzt. Die Reaktionstemperatur wurde zwischen 20 und 25°C gehalten. Unter Rühren wurden 5,1 g 3,4-Ethylendioxythiophen zugegeben. Die Lösung wurde 30 Minuten gerührt. Anschließend wurden 9,5 g Natriumpersulfat zugegeben und die Lösung weitere 24 Stunden gerührt. Nach Abschluss der Reaktion wurden zur Entfernung anorganischer Salze 120 g eines Kationenaustauschers (Lewatit S100 H, Lanxess AG) und 80 ml eines Anionenaustauschers (Lewatit MP 62, Lanxess AG) zugegeben und die Lösung weitere 2 Stunden gerührt. Der Ionenauschtauscher wurde abfiltriert. Das Gewichtsverhältnis von PEDOT zu PSS in der Lösung betrug 1:2,5.
Die erhaltene PEDOT/PSS-Dispersion wurde fünfmal bei einem Druck von 900 bar mit einem Hochdruckhomogenisator homogenisiert; anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Auf das mit Fotolack strukturierte Substrat aus Beispiel 1 wurde diese Mischung verteilt. Die überstehende Lösung wurde bei 1200 U/min über 30 Sekunden bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Die entstandene Schicht wurde bei 130°C für 10 Minuten auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 80 nm und die Leitfähigkeit σ = 350 S/cm.
Durch Spülen der Schicht in Aceton wurde der vernetzte Fotolack vollständig gelöst. Dieser Auflösungsprozess ließ sich aufgrund der gelb-bräunlichen Eigenfarbe des vernetzten Fotolacks visuell verfolgen. Die auf dem Fotolack liegende PEDOT/PSS-Schicht wurde dabei aber nicht mit abgehoben, sondern bleibt als zusammenhängend lose Haut auf dem Substrat liegen. Das gewünschte Lift-Off, wie in 1-5 dargestellt, fand somit nicht statt.
Beispiel 5 (erfindungsgemäß)
Das Vorgehen war analog zum Beispiel 4 mit dem Unterschied, dass bei der Polymerisation eine Polystyrolsulfonsäure mit einem Gewichtsmittel M_w von 49 000 g/mol eingesetzt wurde. Das Gewichtsverhältnis von PEDOT zum Polymer PSS betrug wie in Beispiel 4 1:2,5.
Die PEDOT/PSS-Dispersion wurde fünfmal bei einem Druck von 900 bar mit einem Hochdruckhomogenisator homogenisiert; anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Auf das mit Fotolack strukturierte Substrat aus Beispiel 1 wurde diese Mischung verteilt. Die überstehende Lösung wurde bei 1500 U/min über 30 Sekunden bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Die entstandene Schicht wurde bei 130°C für 10 Minuten auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 760 nm und die Leitfähigkeit σ = 390 S/cm.
Durch Spülen der Schicht in Aceton wurde der vernetzte Fotolack vollständig gelöst. Dieser Auflösungsprozess ließ sich aufgrund der gelb-bräunlichen Eigenfarbe des vernetzten Fotolacks visuell verfolgen. Die auf dem Fotolack liegende PEDOT/PSS-Schicht wurde dabei an einigen Stellen abgehoben. Das gewünschte Lift-Off, wie in 1-5 dargestellt, fand somit teilweise statt.
Beispiel 6 (erfindungsgemäß):
Die gemäß Beispiel 5 hergestellte Dispersion wurde mit zusätzlicher Polystyrolsulfonsäure verdünnt. Die dazu verwendete PSS hatte ein Gewichtsmittel M_w von 49 000 g/mol. Die Mischung wurde so angesetzt, dass das Verhältnis von PEDOT zu PSS in der Dispersion 1:3 entsprach; anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Die Lösung wurde bei 1500 U/min über 30 sec bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Anschließend wurde die Schicht bei 130°C für 15 min auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 76 nm und die Leitfähigkeit σ = 360 S/cm.
Im Gegensatz zum Beispiel 5 ließ sich diese Mischung mittels Lift-Off vollständig ablösen.
Beispiel 7 (erfindungsgemäß):
Die gemäß Beispiel 5 hergestellte Dispersion wurde mit zusätzlicher Polystyrolsulfonsäure verdünnt. Die dazu verwendete PSS hatte Gewichtsmittel M_w von 49 000 g/mol. Die Mischung wurde so angesetzt, dass das Verhältnis von PEDOT zu PSS in der Dispersion 1:3,5 entsprach. Anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Die Lösung wurde bei 1100 U/min über 30 sec bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Anschließend wurde die Schicht bei 130°C für 15 min auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 77 nm und die Leitfähigkeit σ = 310 S/cm.
Im Gegensatz zum Beispiel 5 lässt sich diese Mischung mittels Lift-Off vollständig ablösen.
Beispiel 8 (erfindungsgemäß):
Die gemäß Beispiel 5 hergestellte Dispersion wurde mit zusätzlicher Polystyrolsulfonsäure verdünnt. Die dazu verwendete PSS hatte ein Gewichtsmittel M_w von 49 000 g/mol. Die Mischung wurde so angesetzt, dass das Verhältnis von PEDOT zu PSS in der Dispersion 1:4 entsprach.
Anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Die Lösung wurde bei 1100 U/min über 30 sec bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Anschließend wurde die Schicht bei 130°C für 15 min auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 77 nm und die Leitfähigkeit σ = 290 S/cm.
Im Gegensatz zum Beispiel 5 ließ sich diese Mischung mittels Lift-Off vollständig ablösen.
Beispiel 9 (erfindungsgemäß):
Die gemäß Beispiel 5 hergestellte Dispersion wurde mit zusätzlicher Polystyrolsulfonsäure verdünnt. Die dazu verwendete PSS hatte ein Gewichtsmittel M_w von 49 000 g/mol. Die Mischung wurde so angesetzt, dass das Verhältnis von PEDOT zu PSS in der Dispersion 1:4,5 entsprach.
Anschließend wurden 95 g dieser Lösung mit 5 g Dimethylsulfoxid gemischt.
Die Lösung wurde bei 1000 U/min über 30 sec bei einer Beschleunigung von 200 U/sec² und offenem Deckel abgeschleudert. Anschließend wurde die Schicht bei 130°C für 15 min auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke betrug d = 77 nm und die Leitfähigkeit σ = 260 S/cm.

Im Gegensatz zum Beispiel 5 ließ sich diese Mischung mittels Lift-Off vollständig ablösen. Tabelle 1: Zusammenfassung der Ergebnisse aus den Beispielen 2–9:

Beispiel	Gew.-Verhältnis PEDOT:PSS	M_w von PSS [g/mol]	Lift-off
2	1:6	490 000	Nein
3*	1:6	47 000	Ja
4	1:2,5	450 000	Nein
5*	1:2,5	49 000	teilweise
6*	1:3	49 000	Ja
7*	1:3,5	49 000	Ja
8*	1:4	49 000	Ja
9*	1:4,5	49 000	Ja

* erfindungsgemäße Beispiele

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1079397 A [0007]
- DE 10340641 A [0008]
- EP 0686662 [0042]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Organic Light Emitting Devices, Ed. Joseph Shinar, 2004 Springer-Verlag [0003]
- Organic Electronics, Ed. Hagen Klauk, 2006 Wiley-VCH, S. 3ff [0003]
- Organic Electronics, Ed. Hagen Klauk, 2006 Wiley-VCH, S. 297 ff [0004]
- Tekin, Emine; de Gans, Berend-Jan; Schubert, Ulrich S., Journal of Materials Chemistry (2004), 14(17), 2627–2632 [0006]
- „Plastic Electronic Devices Through Line Patterning of Conducting Polymers", Advanced Materials, 2005, 15, 51–56 [0009]
- Dong. Zhong, Chi und Fuchs beschreiben in „Patterning of Conducting Polymers Based an a Random Copolymer Strategy: Toward the Facile Fabrication of Nanosensors Exclusively Based an Polymers" (Advanced Materials, 2005, 17, 2736–2741) [0010]
- „Lithographic Processes", Broschüre der Firma MicroChemicals GmbH von 2005, vgl. Abb. 1 [0010]
- Ouyang et al., Polymer, 45 (2004), S. 8443–8450 [0042]
- L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 481–494 [0049]

Claims

Verfahren zur Herstellung leitfähiger strukturierter Polymerschichten unter Verwendung des Lift-off-Prozesses, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein leitfähiges Polymer als Polykation und wenigstens ein Polyanion, welches ein mittleres Molekulargewicht M_w in einem Bereich von 1000 bis 100 000 g/mol aufweist, auf das Substrat aufgetragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykation ein gegebenenfalls substituiertes Polythiophen, Polyanilin oder Polypyrrol sein kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykation ein gegebenenfalls substituiertes Polythiophen enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I) ist,
worin A für einen gegebenenfalls substituierten C₁-C₅-Alkylenrest steht, R für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C₁-C₁₈-Alkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₅-C₁₂-Cycloalkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₆-C₁₄-Arylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₇-C₁₈-Aralkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C₁-C₄-Hydroxyalkylrest oder einen Hydroxylrest steht, x für eine ganze Zahl von 0 bis 8 steht und für den Fall, dass mehrere Reste R an A gebunden sind, diese gleich oder unterschiedlich sein können.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykation ein Polythiophen enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (Iaa) ist
und das Polyanion Polystyrolsulfonat darstellt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Molekulargewicht M_w des Polyanions in einem Bereich von 20 000–70 000 g/mol liegt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des Polykations zu dem Polyanion von 1:2 bis 1:7 beträgt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Polymerschicht aus Lösung oder aus Dispersion aufgetragen wird.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass leitfähigkeitssteigernde Mittel dazugegeben werden.
Leitfähige strukturierte Polymerschicht hergestellt nach wenigstens einem der Ansprüche 1–8.