임베디드 메탈 망을 이용한 고성능의 유연하고 투명한 전극을위한 확장 가능한 솔루션 공정 제조 전략

요약

이 프로토콜은 완벽하게 내장 된 두꺼운 금속 메쉬를 사용하여 고성능의 유연한 투명 전극을위한 솔루션 기반 제조 전략을 설명합니다. 이 공정으로 제조 된 유연한 투명 전극은 초저 시트 저항, 높은 광 투과율, 굴곡시의 기계적 안정성, 강한 기판 접착력, 표면 평활성 및 환경 안정성을 포함하여보고 된 최고 성능을 입증합니다.

초록

여기서는 폴리머 필름에 금속 메쉬가 완전히 삽입 된 새로운 투명 전극 (TE) 인 임베디드 메탈 - 메시 투명 전극 (EMTE)을보고합니다. 이 백서는 또한이 새로운 TE를위한 저가의 진공없는 제조 방법을 제시합니다. 이 접근법은 리소그래피, 전기 도금 및 임프린트 전송 (LEIT) 프로세싱을 결합합니다. EMTEs의 임베디드 성질은 유기 전자 장치 생산에 필수적인 높은 표면 평활성과 같은 많은 이점을 제공합니다. 굽힘 중 우수한 기계적 안정성; 화학 물질 및 수분에 대한 호의적 인 저항성; 플라스틱 필름과의 강한 접착력. LEIT 제조는 진공 프리 금속 증착을위한 전기 도금 공정을 특징으로하며 대량 생산에 유리합니다. 또한 LEIT는 높은 종횡비 ( 즉, 선 두께와 선 두께)를 갖는 금속 메쉬를 제작할 수 있으므로 광 tr를 불리하게 감소시키지 않으면 서 전기 전도도를 크게 향상시킬 수 있습니다일시 중지. 우리는 시트 저항이 1 Ω / sq보다 작고 투과율이 90 % 이상인 유연한 EMTE의 프로토 타입을 몇 가지 시연 해 보았습니다. 매우 우수한 성능 지수 (FoM) - 최대 1.5 x 104 -이 가장 우수한 수치입니다. 출판 된 문헌.

서론

전 세계적으로 미래의 유연성 / 신축성 소재에 사용될 유연성 / 신축성 TE를 제조하기 위해 인듐 주석 산화물 및 불소 첨가 산화 주석 (FTO) 필름과 같은 단단한 투명한 전도성 산화물 (TCO)의 대체품을 찾기위한 연구가 진행되고 있습니다. 신축성있는 광전자 장치 ¹ . 이것은 새로운 제조 방법으로 새로운 재료를 필요로합니다.

그래파인 ² , 전도성 고분자 ^{3 , 4} , 탄소 나노 튜브 ⁵ , 무작위 금속 나노 와이어 네트워크 ^{6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11} 과 같은 나노 물질이 연구되어 왔고 유연한 TE에서 그 능력을 입증하여 단점 기존 TCO....

프로토콜

주의 : 전자빔 안전에주의하십시오. 올바른 보호 안경과 옷을 착용하십시오. 또한 모든 가연성 솔벤트와 솔벤트를주의해서 취급하십시오.

1. EMTE의 포토 리소그래피 기반 제조

1. 메쉬 패턴 제작을위한 포토 리소그래피.
   1. 면봉으로 FTO 유리 기판 (3 cm x 3 cm)을 액체 세제로 닦아냅니다. 깨끗한 면봉을 사용하여 탈 이온수로 완전히 헹굽니다. 압축 공기로 건조하기 전에 30 초 동안 이소 프로필 알콜 (IPA)에서 초음파 (주파수 = 40 kHz, 온도 = 25 ° C)를 사용하여 더 깨끗하게 닦아냅니다.
      주의 : 압축 공기는 조심스럽게 다루십시오.
   2. 세척 된 FTO 유리 위에 100 μL의 포토 레지스트를 4000 rpm에서 약 60 초간 (1.8 cm x 반경 2cm 샘플) 약 1.8 μm의 두께로 균일 한 필름을 만듭니다.
   3. 핫 플레이트에서 50 초 동안 포토 레지스트 필름을 베이킹합니다.100 ° C.
   4. 20 mJ / cm ² 의 선량을 위해 UV 마스크 정렬 장치를 사용하여 메쉬 패턴 (3 μm 선폭, 50 μm 피치)을 갖는 포토 마스크를 통해 포토 레지스트 막을 노출시킨다.

결과

그림 1 은 EMTE 샘플의 회로도 및 제조 흐름도를 보여줍니다. 그림 1a 에서 볼 수 있듯이 EMTE는 고분자 필름에 완전히 매립 된 금속 망으로 구성되어 있습니다. 메쉬의 윗면은 기판과 동일한 레벨에 있으며, 후속 장치 생산을위한 일반적으로 부드러운 플랫폼을 표시합니다. 제작 기술은 그림 1b - e 에 개략적으로 설명되어 있습니다. FTO 유리 기판상의 포토 레지스트 막을 스핀 코팅 한 후, 포토 리소그래피를 사용하여 UV 노출 및 현상 ( 도 1b )에 의해 포토 레지스트에서 메쉬 패턴을 생성하여 트렌치 내의 유리의 전도성 표면을 노출시킨다. 다음 단계에서, 각각의 금속은 전착에 의해 트렌치 내부에서 성장되며, 트렌치를.......

토론

우리의 제조 방법은 샘플의 피처 크기와 영역의 확장 성 및 다양한 재료의 사용을 고려하여 추가로 수정할 수 있습니다. EBL을 사용하여 sub-micrometer-linewidth ( 그림 3a-3c ) 구리 EMTE를 성공적으로 제조 한 결과, EMIT 구조와 LEIT 제작의 주요 단계 (전기 도금 및 임프린트 전송 포함)가 서브 마이크로 미터 범위까지 안정적으로 축소 될 수 있음을 입증했습니다. 유사하게, 위상 - 시프트 포토 리소그래피 ( ³⁰⁾ , 나노 임프린트 리소그래피 ( ³¹ ) 및 하전 - 입자 빔 리소그래피 ( ³² )와 같은 다른 대 면적 리소그래피 프로세스가 또한 레지스트 필름에 고해상도 패턴을 생성하는 데 사용될 수있다. 시연에 사용 된 전착 과정은 실험실 규모의 설정을 기반으로합니다. 그러나 우리의 방법은 생산을위한 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
아세톤	시그마-알드리치	W332615	고인화성
이소프로판올	시그마-알드리치	190764	고인화성
FTO 유리 기판	중국 남부 Xiang S& T, 중국
포토레지스트	Clariant, 스위스	54611L11	AZ 1500 포지티브 톤 레지스트 (20cP)
UV 마스크 얼라이너	Chinese Academy of Sciences, 중국	URE-2000/35
포토레지스트 개발자	Clariant, 스위스	184411	AZ 300 MIF 개발자
Cu, Ag, Au, Ni 및 Zn 전기 도금 솔루션	Caswell, 미국		즉시 사용 가능한 솔루션(PLUG N' PLATE)
Keithley 2400 SourceMeter	Keithley, USA	41J2103
COC 플라스틱 필름	TOPAS, 독일	F13-19-1	등급 8007(유리 전이 온도: 78°C; C)
유압 프레스	Specac Ltd., 영국	GS15011	낮은 톤수 키트 (0-1 톤 게이지)
온도 컨트롤러	Specac Ltd., 영국	GS15515	수냉식 가열 플래 튼 및 컨트롤러
냉각기	그랜트 악기, 영국	T100-ST5
폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)	시그마 - 알드리치	200336
아니솔	Sigma-Aldrich	96109	고인화성
EBL 설정	Philips, 네덜란드	FEI XL30	JC Nabity 패턴 생성기가 장착된 주사 전자 현미경
이소프로필 케톤	시그마-알드리치	108-10-1
실버 페이스트	Ted Pella, Inc, USA	16031
UV– Vis 분광계	Perkin Elmer, 미국	L950