特許 6286776 活性層の初期歪み状態を最終歪み状態へと修正するプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6286776

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】活性層の初期歪み状態を最終歪み状態へと修正するプロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20180226BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20180226BHJP

   H01L 41/312 20130101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   H01L27/12 B

   H01L41/312

【請求項の数】21

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-538581(P2015-538581)

(86)(22)【出願日】2013年10月11日

(65)【公表番号】特表2016-500922(P2016-500922A)

(43)【公表日】2016年1月14日

(86)【国際出願番号】IB2013002292

(87)【国際公開番号】WO2014068377

(87)【国際公開日】20140508

【審査請求日】2016年9月21日

(31)【優先権主張番号】1202939

(32)【優先日】2012年10月31日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】598054968

【氏名又は名称】ソイテック

【氏名又は名称原語表記】Ｓｏｉｔｅｃ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(72)【発明者】

【氏名】ル ヴァイヨン， イヴ‐マシュー

(72)【発明者】

【氏名】ナヴァロ， エティエンヌ

【審査官】 鈴木 和樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０６３６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８１４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１２８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０９３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００３７３２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５３８５４９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 K. T. Turner，Fabricating Strained Silicon Substrates Using Mechanical Deformation during Wafer Bonding，ECS Transactions [ONLINE]，The Electrochemical Society，２００８年，第１６巻，第８号，ｐ．３２１−３２８，[DL from http://aipes.engr.wisc.edu/sites/default/files/pdfs/strain_bywafer_bonding.pdf]

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２７／１２

Ｈ０１Ｌ ４１／３１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）Ｅ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、且つｈ_１で示される厚さを有する初期歪み状態の活性層（１０）を備える第１の基板（１）を準備するステップと、ｂ）Ｅ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、ｈ_２で示される厚さを有し、且つ静止時の初期形状を有する第２の基板（２）を準備するステップと、ｃ）Ｒで示される同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、前記第１の基板（１）及び前記第２の基板（２）を曲げるステップと、ｄ）前記第２の基板（２）が前記第１の基板の形状に緊密に従うように、前記第２の基板（２）を前記活性層（１０）に接合するステップと、ｅ）前記活性層（１０）が最終歪み状態を有するように、前記第２の基板（２）の初期静止時形状を再確立するステップとを含む、活性層（１０）と呼ばれるものの前記初期歪み状態をεで示される前記最終歪み状態へと修正するプロセスにおいて、前記第２の基板（２）の前記第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−３の関係を守る可撓性材料であり、前記第２の基板（２）の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^５の関係を守り、前記曲率半径が、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係を守ることを特徴とする、プロセス。

【請求項2】

前記第１の基板（１）が、前記活性層（１０）を形成する第１の部分と第２の部分（１１）とを備え、前記プロセスが、前記第１の基板（１）の前記第２の部分（１１）の厚さを減少させることを含むステップｄ１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記第１の基板（１）が自己支持性のままであるように、ステップｃ）の前にステップｄ１）が実施されることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。

【請求項4】

ステップｄ１）が、前記第１の基板（１）の前記第２の部分（１１）の全体を除去するように実施され、ステップｄ）の後であってステップｅ）の前に実施されることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。

【請求項5】

前記第２の基板（２）が２つの側端部分（２０）を備え、前記プロセスが、それぞれ針形状である少なくとも１つの補強部材（５）を、各側端部分（２０）に配置することを含むステップｃ１）を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項6】

補剛材（４）を形成する層を前記第２の基板（２）に接合することを含むステップｃ２）であって、ステップｃ）の前に実施されるステップｃ２）を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

各補強部材（５）が補剛材（４）を形成する前記層から延在することを特徴とする、請求項５と組み合わせた請求項６に記載のプロセス。

【請求項8】

前記第２の基板（２）の前記第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−４の関係を守り、前記第２の基板（２）の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^６の関係を守ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記活性層（１０）の厚さが、５ｎｍ〜５０ｎｍの間に含まれ、前記第２の基板（２）の厚さが、１ｃｍ〜１０ｃｍの間に含まれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

前記曲率半径が絶対値で０．５ｍ〜２ｍの間に含まれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項11】

前記第２の基板（２）の前記第２の材料がエラストマーであり、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ＰＡ ６−３−Ｔなどのポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項12】

前記活性層（１０）の前記第１の材料が半導体であり、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ−ＧｅなどのＩＶ−ＩＶ材料、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ材料、及びＩＩ−ＶＩ材料を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項13】

前記活性層（１０）の前記第１の材料が圧電材料であり、ジルコン酸チタン酸鉛、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、石英、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、及びトルマリンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項14】

前記活性層（１０）を最終基板へと移転させることを含むステップｆ）を含み、次に、前記第２の基板（２）を除去することを含むステップｇ）を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項15】

基板（２）と、
前記基板（２）の上にある活性層（１０）とを備え、
前記活性層（１０）がＥ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、前記活性層（１０）がｈ_１で示される厚さを有し、前記基板（２）がＥ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、前記基板（２）がｈ_２で示される厚さを有し、前記基板（２）及び前記活性層（１０）がＲで示される曲率半径の湾曲形状を有する、活性層（１０）と呼ばれるものの初期歪み状態をεで示される最終歪み状態へと修正するための構造において、前記基板（２）の前記第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−３の関係を守る可撓性材料であり、前記基板（２）の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^５の関係を守り、曲率半径が、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係を守ることを特徴とする、構造。

【請求項16】

前記基板（２）が２つの側端部分（２０）を備え、前記構造が、各側端部分（２０）に配置された、それぞれ針形状である少なくとも１つの補強部材（５）を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の構造。

【請求項17】

前記基板（２）に接合される補剛材（４）を形成する層を備えることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の構造。

【請求項18】

各補強部材（５）が補剛材（４）を形成する前記層から延在することを特徴とする、請求項１６と組み合わせた請求項１７に記載の構造。

【請求項19】

前記基板（２）の前記第２の材料がエラストマーであり、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ＰＡ ６−３−Ｔなどのポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の構造。

【請求項20】

前記活性層（１０）の前記第１の材料が半導体であり、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ−ＧｅなどのＩＶ−ＩＶ材料、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ材料、及びＩＩ−ＶＩ材料を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の構造。

【請求項21】

前記活性層（１０）の前記第１の材料が圧電材料であり、ジルコン酸チタン酸鉛、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、石英、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、及びトルマリンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、活性層と呼ばれるものの初期歪み状態を最終歪み状態へと修正するプロセス、及び活性層の初期歪み状態を最終歪み状態へと修正する構造に関する。

【背景技術】

【0002】

「活性層」という表現は、特に、マイクロ電子工学、光学、オプトエレクトロニクス、圧電気、又は更にはスピントロニクスの分野における応用を意図した構成部品が層上又は層中に製作される層（若しくは複数の副層）を意味するものと理解される。

【0003】

「歪み状態」という表現は、場合によっては引張り応力又は圧縮応力である、有用な層の変形部分間の内部応力によってもたらされる、歪みを意味するものと理解される。内部応力がゼロ又はほぼゼロのとき、対応する歪み状態を指すのには「弛緩状態」と言われる。

【0004】

半導体で作られた活性層は、特にその電子バンド構造を修正するために、（引張り又は圧縮）歪みを与えられる。これは、層の電子輸送特性又は電磁特性を修正するという結果を有する。電子の観点から見ると、キャリア移動度が改善されることがある。電磁気の観点から見ると、歪み状態の修正は、半導体と絶縁体の原子価と伝導帯、及び場合によっては（直接若しくは間接）バンドギャップの修正に結び付く。

【0005】

構成部品の性能を改善するために、歪みレベルが高い活性層が必要とされており、即ち、活性層はかなりの歪み（又は換言すれば、かなりの相対的延長）を受けることができなければならない。したがって、より正確には、欠陥を作り出すことなく、０．７５％超、又は更には１％超歪ませることができる、活性層を得ることが求められている。

【0006】

以下にＤ１で示される文献「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ」、Ｋ．Ｔ．Ｔｕｒｎｅｒ，ＥＣＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，１６（８）３２１−３２８（２００８）は、活性層の初期歪み状態を最終歪み状態へと修正するプロセス（特に図２を参照）を開示しており、プロセスは、ａ）Ｅ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、且つｈ_１で示される厚さを有する初期歪み状態の活性層を備える第１の基板を準備するステップと、ｂ）Ｅ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、ｈ_２で示される厚さを有し、且つ静止時の初期形状を有する第２の基板を準備するステップと、ｃ）Ｒで示されるほぼ同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、第１の基板及び第２の基板を曲げるステップと、ｄ）第２の基板が第１の基板の形状に緊密に従うように、第２の基板を活性層に接合するステップと、ｅ）活性層が最終歪み状態を有するように、第２の基板の初期静止時形状（ｉｎｉｔｉａｌ ａｔ−ｒｅｓｔ ｓｈａｐｅ）を再確立するステップとを含む。

【0007】

Ｄ１は、図４（ａ）及び４（ｂ）を比較し、第３２７ページの第１パラグラフを見ると、所与の厚さ比ｈ_２／ｈ_１（ｈ_２／ｈ_１＝１／ξ＝１０^３）に対してＥ２＝Ｅ１（即ち、Ｄ１の表記法に従って、Ｅ_２／Ｅ_１＝１／Σ＝１）の関係を守る第２の材料を用いた第２の基板を使用するのが好ましいことを開示している。Ｄ１は、かかる第２の基板によって、接合ステップｄ）の後では第１の基板の厚さが減少することと併せて、活性層を実質的に変形させることができ、したがって層の内部に高い歪みを得ることができることを教示している。一方で、Ｄ１は、第１の基板に対する第２の基板の可撓性（Σ＝１００）によって、接合ステップｄ）の後では第１の基板の厚さが減少することと併せて、同じ所与の厚さ比ｈ_２／ｈ_１（ｈ_２／ｈ_１＝１／ξ＝１０^３）に対して、Σ＝１に対して得られる歪み値の７０％にしかならないことを教示している。

【0008】

第１の基板がかなりの剛性を有するとき、Ｄ１に記載されたプロセスは完全に満足がいくものではなく、例えば、第１の基板がシリコンなどの第１の半導体で作られている場合、第２の基板もΣ＝１を守るようなかなりの剛性を有する。その結果、かかる第２の基板は、活性層を０．７５％超変形させることが望ましい場合に、欠陥を作り出すことなくステップｃ）で曲げるのが困難なことがあり、これは特に、第２の基板がかなりのサイズ（例えば、ｈ_２／ｈ_１＝１／ξ＝１０^３）のものである場合に当てはまる。

【発明の概要】

【0009】

本発明は、上述の欠点を改善することを目的とし、活性層と呼ばれるものの初期歪み状態をεで示される最終歪み状態へと修正するプロセスに関し、プロセスは、ａ）Ｅ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、且つｈ_１で示される厚さを有する初期歪み状態の活性層を備える第１の基板を準備するステップと、ｂ）Ｅ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、ｈ_２で示される厚さを有し、且つ静止時の初期形状を有する第２の基板を準備するステップと、ｃ）Ｒで示されるほぼ同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、第１の基板及び第２の基板を曲げるステップと、ｄ）第２の基板が第１の基板の形状に緊密に従うように、第２の基板を活性層に接合するステップと、ｅ）活性層が最終歪み状態を有するように、第２の基板の初期静止時形状を再確立するステップとを含み、プロセスは、第２の基板の第２の材料がＥ_２／Ｅ_１＜１０^−２の関係を守る可撓性材料である点、第２の基板の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^４の関係を守る点、並びに曲率半径が、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係を守る点で注目すべきものである。

【0010】

したがって、本出願人は、ステップｃ）でねじりモーメントを増加させることに関して、驚くことに、第２の基板の剛性よりも厚さの方が重要な役割を果たすことを観察している。この理由のため、第２の基板の厚さはｈ_２／ｈ_１≧１０^４の関係を守るように選択される。その結果、第２の基板は、かかる厚さに対してプリセットされた曲率が得られるようにしなければならない。この理由のため、第２の材料は、Ｅ_２／Ｅ_１＜１０^−２の関係を守る可撓性材料であるように選択される。曲率は、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係に従ってプリセットされ、最終歪み状態εは所望の歪みレベル（及びしたがって所望の変形）によって特徴付けられる。

【0011】

更に、ステップｃ）及びｄ）の順序は逆にされてもよいことが注目されるであろう。ステップｄ）がステップｃ）の前に実施されるとき、ステップｃ）は、Ｒで示されるほぼ同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、第１の基板及び第２の基板を同時に曲げることを含む。ステップｄ）がステップｃ）の後に実施されるとき、ステップｃ）は、Ｒで示されるほぼ同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、第１の基板及び第２の基板を別個に曲げることを含む。ステップｄ）は、その結果、第２の基板が第１の基板の湾曲形状に緊密に従うように、第２の基板を活性層に接合することを含む。

【0012】

初期歪み状態が引張り歪み状態であるとき、ステップｃ）が、曲率半径が負であるように、即ち活性層の自由表面が凹面であるように実施されると、ステップｃ）で、弛緩した最終歪み状態（即ち、ε＝０）が得られる。

【0013】

初期歪み状態が圧縮歪み状態であるとき、ステップｃ）が、曲率半径が正であるように、即ち活性層の自由表面が凸面であるように実施されると、ステップｃ）で、弛緩した最終歪み状態が得られる。

【0014】

初期歪み状態が弛緩状態であるとき、ステップｃ）が、曲率半径が正であるように、即ち活性層の自由表面が凸面であるように実施されると、ステップｃ）で、伸張した最終歪み状態が得られる。

【0015】

初期歪み状態が弛緩状態であるとき、ステップｃ）が、曲率半径が負であるように、即ち活性層の自由表面が凹面であるように実施されると、ステップｃ）において、圧縮した最終歪み状態が得られる。しかしながら、歪みレベルが高すぎる場合、この過程には活性層の座屈が伴うことがある。

【0016】

１つの実現方法によれば、第１の基板は、活性層を形成する第１の部分と、第２の部分とを備え、プロセスは、第１の基板の第２の部分における厚さを減少させることを含むステップｄ１）を含む。

【0017】

一実施形態によれば、ステップｄ１）は、第１の基板が自己支持性のままであるように実施され、ステップｄ１）はステップｃ）の前に実施される。

【0018】

したがって、かかる自己支持性の第１の基板により、かなりの曲率がステップｃ）で得られるようにすること、及び活性層を第２の基板へと移転させるのをより簡単にすることの両方が可能になる。

【0019】

一変形例の実施形態によれば、ステップｄ１）は、第１の基板の第２の部分のほぼ全体を除去するように実施され、ステップｄ１）は、ステップｄ）の後であってステップｅ）の前に実施される。

【0020】

したがって、歪みレベルと関連するエネルギーが活性層に集中する。

【0021】

第２の基板が２つの側端部分を備え、プロセスが、好ましくはそれぞれ針形状である少なくとも１つの補強部材を、各側端部分に配置することを含むことが有利である。

【0022】

縁効果が、即ち、活性層の側端部分の歪みレベルに関する有効性の損失が、観察されている（図２ａに図示）。したがって、かかるステップｃ１）により、第２の基板の側端部分を局所的に補強することによって、この課題を解決することができる。更に、針形状は、第２の基板の第２の材料が高可撓性のままであることを担保しながら、機械的補強を得るのに特に適している。

【0023】

プロセスが、補剛材を形成する層を第２の基板に接合することを含むステップｃ２）を含み、ステップｃ２）がステップｃ）の前に実施されることが有利である。

【0024】

したがって、第２の基板が、補剛材を形成する層と併せて複合基板を画成することにより、活性層が厚い厚さｈ_１を有するときであっても、欠陥を作り出すことなく高い歪みレベルを得ることができる。補剛材を形成する層は、有用な層の変形を補償することを可能にするカウンタープレートとして作用する。

【0025】

一実施形態によれば、各補強部材は補剛材を形成する層から延在する。

【0026】

したがって、補剛材を形成する層を使用して第２の基板に補強部材を入れるのは簡単である。

【0027】

第２の基板の第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−３の関係を守り、第２の基板の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^５の関係を守ることが好ましい。

【0028】

更に、第２の基板の第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−４の関係を守り、第２の基板の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^６の関係を守ることが好ましい。

【0029】

したがって、これらの数学的関係が守られることを担保することで、第１の基板に対する第２の基板の厚さの増加が第１の基板に対する第２の基板の可撓性の増加と結合されるので、欠陥を作り出すことなく活性層の高い歪みレベルを得ることが可能になる。

【0030】

一実施形態によれば、活性層の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍの間、好ましくは５ｎｍ〜３５ｎｍの間に含まれ、第２の基板の厚さは、１ｃｍ〜１０ｃｍの間に含まれる。

【0031】

一実施形態によれば、曲率半径は絶対値で０．５ｍ〜２ｍの間に含まれる。

【0032】

一実施形態によれば、第２の基板の第２の材料はエラストマーであり、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ＰＡ ６−３−Ｔなどのポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から好ましくは選択される。

【0033】

このように、エラストマーを選択することによって、第１の基板の第１の材料に対して第２の基板の第２の材料の可撓性が大幅に高く（エラストマーのヤング率が低く）、例えばＥ_２／Ｅ_１≦１０^−４であるおかげで、例えばｈ_２／ｈ_１≧１０^６であるように、活性層に対する第２の基板の厚さを大幅に増加させることができるので、かかる選択によって、欠陥を作り出すことなく、活性層を０．７５％超、又は更には１％超変形させることがより簡単になる。したがって、上述したように、第２の基板の厚さは、ステップｃ）でねじりモーメントを増加させるための重大なパラメータである。

【0034】

１つの特徴によれば、活性層の第１の材料は半導体であり、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩＶ−ＩＶ材料（Ｓｉ−Ｇｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ材料（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓなど）、及びＩＩ−ＶＩ材料を含む群から好ましくは選択される。

【0035】

活性層の第１の材料が圧電材料であり、ジルコン酸チタン酸鉛、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、石英、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、及びトルマリンを含む群から好ましくは選択されるのが有利である。

【0036】

このように、かかる第１の材料によって、初期歪み状態が弛緩状態であるとき、及び圧縮性の最終歪み状態を得ることが望ましいときに、活性層の座屈の問題を克服することが可能になる。具体的には、第１の材料が前もって静的に圧縮歪みを受けていた場合、第１の材料は壊れることなく、振幅が増加した機械的振動を受け入れる。圧電変換の有効性も改善される。更に、活性層の座屈を伴う圧縮歪みは、やはり、機械的振動の振幅及び圧電変換の有効性を増加させることを可能にする。

【0037】

一実施形態によれば、活性層の第１の材料は、高分子、好ましくは高分子半導体、更に好ましくは有機高分子半導体である。

【0038】

したがって、かかる第１の材料は、ヤング率がより低いため、剛性材料よりも簡単に歪む。更に、剛性材料に比べて、かかる第１の材料の明らかに厚い厚さが歪んでもよい。

【0039】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は強磁性材料である。

【0040】

したがって、かかる第１の材料はスピントロニクス用途に特に適している。活性層の歪み状態を修正することによって、ヒステリシスサイクルの修正が可能になる。

【0041】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は非線形光学材料である。

【0042】

したがって、かかる第１の材料は、第二高調波を発生させるのに特に適していることがある。

【0043】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は焦電材料である。

【0044】

１つの実現方法によれば、プロセスは、活性層を最終基板へと移転させることを含むステップｆ）を含み、次に、第２の基板を除去することを含むステップｇ）を含む。

【0045】

したがって、第２の基板は、歪み状態を修正するためにのみ用いられる一時基板を形成する。最終基板は、活性層に関して想起される用途に応じて選択される。

【0046】

本発明はまた、活性層と呼ばれるものの初期歪み状態をεで示される最終歪み状態へと修正するための構造に関し、構造は、
基板と、
基板の上にある活性層とを備え、
活性層はＥ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、活性層はｈ_１で示される厚さを有し、基板はＥ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、基板はｈ_２で示される厚さを有し、基板及び活性層はＲで示される曲率半径の湾曲形状を有し、構造は、基板の第２の材料がＥ_２／Ｅ_１≦１０^−２の関係を守る可撓性材料である点、及び基板の厚さがｈ_２／ｈ_１≧１０^４の関係を守るという点、並びに曲率半径が、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係を守るという点で注目すべきである。

【0047】

したがって、上述したように、本出願人は、ねじりモーメントを増加させることに関して、また所望の湾曲形状を有する活性層を得ることに関して、驚くことに基板の厚さの方が剛性よりも重要な役割を果たすことを観察している。この理由のため、基板の厚さはｈ_２／ｈ_１≧１０^４の関係を守るように選択される。その結果、基板は、かかる厚さに対してプリセットされた曲率が得られるようにしなければならない。この理由のため、第２の材料は、Ｅ_２／Ｅ_１＜１０^−２の関係を守る可撓性材料であるように選択される。曲率は、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係に従ってプリセットされ、最終歪み状態εは所望の歪みレベル（及びしたがって所望の変形）によって特徴付けられる。

【0048】

一実施形態では、基板は２つの側端部分を備え、構造は、それぞれ針形状であることが好ましい、各側端部分に配置された少なくとも１つの補強部材を備える。

【0049】

このように、縁効果が、即ち、活性層の側端部分の歪みレベルに関する有効性の損失が、観察されている（図２ａに図示）。したがって、かかる構造により、基板の側端部分を局所的に補強することによって、この問題を克服することができる。更に、針形状は、基板の第２の材料が高可撓性のままであることを担保しながら、機械的補強を得るのに特に適している。

【0050】

構造が、基板に接合された補剛材を形成する層を備えることが有利である。

【0051】

このように、基板が、補剛材を形成する層と併せて複合基板を画成することにより、活性層が厚い厚さｈ_１を有するときであっても、欠陥を作り出すことなく高い歪みレベルを得ることができる。補剛材を形成する層は、有用な層の変形を補償することを可能にするカウンタープレートとして作用する。

【0052】

一実施形態によれば、各補強部材は補剛材を形成する層から延在する。

【0053】

したがって、補剛材を形成する層を使用して第２の基板に補強部材を入れるのは簡単である。

【0054】

一実施形態によれば、基板の第２の材料はエラストマーであり、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ＰＡ ６−３−Ｔなどのポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から好ましくは選択される。

【0055】

このように、エラストマーを選択することによって、活性層の第１の材料に対して基板の第２の材料の可撓性が大幅に高く（エラストマーのヤング率が低く）、例えばＥ_２／Ｅ_１≦１０^−４であるおかげで、例えばｈ_２／ｈ_１≧１０^６であるように、活性層に対する基板の厚さを大幅に増加させることができるので、かかる選択によって、欠陥を作り出すことなく、活性層を０．７５％超、又は更には１％超変形させることがより簡単になる。したがって、上述したように、基板の厚さは、活性層が所望の湾曲形状を有するように、ねじりモーメントを増加させるための重大なパラメータである。

【0056】

一実施形態によれば、活性層の第１の材料は半導体であり、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩＶ−ＩＶ材料（Ｓｉ−Ｇｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ材料（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓなど）、及びＩＩ−ＶＩ材料を含む群から好ましくは選択される。

【0057】

活性層の第１の材料が圧電材料であり、ジルコン酸チタン酸鉛、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、石英、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、及びトルマリンを含む群から好ましくは選択されるのが有利である。

【0058】

このように、かかる第１の材料によって、初期歪み状態が弛緩状態であるとき、及び圧縮性の最終歪み状態を得ることが望ましいときに、活性層の座屈の問題を克服することが可能になる。具体的には、第１の材料が前もって静的に圧縮歪みを受けていた場合、第１の材料は壊れることなく、振幅が増加した機械的振動を受け入れる。圧電変換の有効性も改善される。更に、活性層の座屈を伴う圧縮歪みは、やはり、機械的振動の振幅及び圧電変換の有効性を増加させることを可能にする。

【0059】

一実施形態によれば、活性層の第１の材料は、高分子、好ましくは高分子半導体、更に好ましくは有機高分子半導体である。

【0060】

したがって、かかる第１の材料は、ヤング率がより低いため、剛性材料よりも簡単に歪む。更に、剛性材料に比べて、かかる第１の材料の明らかに厚い厚さが歪んでもよい。

【0061】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は強磁性材料である。

【0062】

したがって、かかる第１の材料はスピントロニクス用途に特に適している。活性層の歪み状態を修正することによって、ヒステリシスサイクルの修正が可能になる。

【0063】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は非線形光学材料である。

【0064】

したがって、かかる第１の材料は、第二高調波を発生させるのに特に適していることがある。

【0065】

別の実施形態によれば、活性層の第１の材料は焦電材料である。

【0066】

他の特徴及び利点は、本発明によるプロセスを実現する方法の以下の説明からより明白になるが、これらの方法は、非限定例として与えられるものであり、添付図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0067】

【図1a】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1b】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1c】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1d】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1e】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1f】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図1g】本発明によるプロセスを実現する第１の方法の様々なステップを示す横断面図である。

【図2a】本発明によるプロセスの実現例の変形を示す横断面図である。

【図2b】本発明によるプロセスの実現例の変形を示す横断面図である。

【図3】本発明によるプロセスを実現するための動作範囲を示す、ｈ_１／ｈ_２がｘ軸上に、Ｅ_１／Ｅ_２がｙ軸上に表されたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0068】

様々な実現方法において、説明を単純にするため、同一の要素又は同じ機能を有する要素に対して同じ符号が使用される。

【0069】

図１ａ〜１ｇに示されるプロセスは、活性層１０の初期歪み状態をεで示される最終歪み状態へと修正するプロセスである。非限定例として、活性層１０の初期歪み状態は弛緩状態である。

【0070】

プロセスは、初期歪み状態にあり、Ｅ_１で示されるヤング率を有する第１の材料で作られ、且つｈ_１で示される厚さを有する活性層１０を備える、第１の基板１（図１ａに示される）を準備することを含むステップａ）を含む。活性層１０の第１の材料は半導体であってもよく、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩＶ−ＩＶ材料（Ｓｉ−Ｇｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ材料（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓなど）、及びＩＩ−ＶＩ材料を含む群から好ましくは選択される。非限定例として、活性層の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍの間、好ましくは５ｎｍ〜３５ｎｍの間に含まれる。更に、シリコンのヤング率は約１６０ＧＰａである。

【0071】

第１の基板１は、活性層１０を形成する第１の部分と、第２の部分１１とを備える。プロセスは、第１の基板１の第２の部分１１の厚さを減少させることを含むステップｄ１）を含む。より正確には、図１ｂに示されるように、ステップｄ１）は、第１の基板１が自己支持性のままであるように実施される。ステップｄ１）は、機械的に、特に研削によって、又は更には化学エッチングによって実施されてもよい。

【0072】

プロセスは、Ｅ_２で示されるヤング率を有する第２の材料で作られ、ｈ_２で示される厚さを有し、且つ静止時の初期形状を有する第２の基板２を準備することを含むステップｂ）を含む。第２の基板２の第２の材料は、Ｅ_２／Ｅ_１＜１０^−２の関係を守る可撓性材料である。第２の基板２の厚さはｈ_２／ｈ_１≧１０^４の関係を守る。曲率半径は、Ｒ＝ｈ_２／２εの関係を守る。より正確には、第２の基板２の第２の材料はエラストマーであってもよく、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート、ＰＡ ６−３−Ｔなどのポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から好ましくは選択される。更に、ＰＤＭＳのヤング率は約７．１ＭＰａである。非限定例として、第２の基板２の厚さは１ｃｍ〜１０ｃｍの間に含まれる。

【0073】

プロセスは、ほぼ同一の曲率半径の湾曲形状をそれぞれ有するように、第１の基板１（図１ｃに図示）及び第２の基板２を曲げることを含むステップｃ）を含む。曲率半径は０．５ｍ〜２ｍの間に含まれてもよい。ステップｃ）は、湾曲した円筒状の型を使用して実施されてもよい。その結果、活性層１０は中間歪み状態を、即ち僅かな引張り歪みの状態を有する。

【0074】

プロセスは、第２の基板２が第１の基板１の湾曲形状に緊密に従うように、第２の基板２を活性層１０に接合すること（図１ｄに図示）を含むステップｄ）を含む。ステップｄ）は、当業者には知られている適切な洗浄剤を使用して、第２の基板２と活性層１０との間に直接結合を得るように実施されてもよい。

【0075】

ステップｄ）の後、例えばエッチングによって、第１の基板１の第２の部分１１が除去される（図１ｅに図示）。このように、本発明による構造が図１ｅに示される。したがって、構造は、
第２の基板２と、
第２の基板２の上にある活性層１０とを備える。

【0076】

プロセスは、活性層１０が最終歪み状態を、即ち高い引張り歪みの状態を有するように、第２の基板２の初期静止時形状（図１ｆに図示）を再確立することを含むステップｅ）を含む。

【0077】

図１ｇに示されるように、プロセスは、活性層１０を最終基板３へと移転させることを含むステップｆ）を含み、次に、第２の基板２を除去することを含むステップｇ）を含む。最終基板３が作られる材料は、当然ながら、ステップｅ）で得られる歪みレベルが維持されるように、適切なヤング率を有さなければならない。ステップｇ）は層間剥離のステップであってもよい。

【0078】

図２ａに示される実現方法では、プロセスは、補剛材４を形成する層を第２の基板２に接合することを含むステップｃ２）を含み、ステップｃ２）はステップｃ）の前に実施されるという点で、図１ａ〜１ｇに示されるプロセスと異なる。

【0079】

図２ｂに示される実現方法では、プロセスは、それぞれ針形状である少なくとも１つの補強部材５を、第２の基板２の各側端部分２０に配置することを含むステップｃ１）を含むという点で、図２ａに示されるプロセスと異なる。更に、各補強部材５は補剛材４を形成する層から延在する。このように、本発明による構造が図２ｂに示される。したがって、構造は、
２つの側端部分２０を備える第２の基板２と、
第２の基板２の上にある活性層１０と、
基板２に接合された補剛材４を形成する層と、
補剛材４を形成する層からそれぞれ延在する、各側端部分２０に配置された針形状の補強部材５とを備える。

【0080】

図３に示されるグラフに関して、仮説Ｅ_２＜＜Ｅ_１及びｈ_２＞＞ｈ_１を有する文献Ｄ１において開発されたモデルは、次式に結び付く。

【数1】

【0081】

Ｆは、歪みを誘発する動作の有効性を表す品質係数として定義されてもよい。図３に示されるグラフは、０．９、０．９５、及び０．９９という、Ｆの３つの値にそれぞれ対応する３つの直線Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３を示す。Ｆが約１のとき（例えば、Ｆ＝０．９９に対応する直線Ｄ３に関して）、

【数2】

である。したがって、Ｆ＝０．９９に対応する直線Ｄ３の下に限定される部分は、プロセスの動作範囲を定義する。

【0082】

非限定例として、第２の基板２の第２の材料はＥ_２／Ｅ_１≦１０^−３の関係を守ってもよく、第２の基板２の厚さはｈ_２／ｈ_１≧１０^５の関係を守ってもよい。同様に、第２の基板２の第２の材料はＥ_２／Ｅ_１≦１０^−４の関係を守ってもよく、第２の基板２の厚さはｈ_２／ｈ_１≧１０^６の関係を守ってもよい。

【0083】

上述した本発明を実現する方法は、当然ながら実際には限定的ではない。いかなる形でも本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態の変形において詳細及び改善が追加されてもよい。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図1g】

【図2a】

【図2b】

【図3】