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

이 절차의 전반적인 목표는 리소그래피, 전기 증착 및 각인 전송을 결합하여 자체 고정되고 완전히 내장된 마이크로 금속 메쉬가 있는 고성능의 유연하고 투명한 전도성 필름을 생산하는 솔루션 기반 제조 공정을 사용하는 것입니다. 이 메시는 비평면 표면 타이포그래피, 낮은 제조 처리량 및 높은 제조 비용과 같은 미래의 금속 메시 기반 유연한 전자 장치가 직면한 주요 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 임베디드 금속 메쉬는 결정적인 자체 부드러움, 기계적 안정성 및 높은 연소 응력, 유연한 기판에 대한 강한 접착력 및 수분, 산소 및 화학 물질에 대한 내성과 같은 여러 이점을 제공합니다.

우리의 공정은 용액 기반 전기 증착을 통해 금속 증착을 기반으로 이를 배치하며, 대량 및 저비용 생산과 같은 높은 처리량을 추구하기 위해 간단합니다. 우리 그룹은 Wendy Lee 박사 그룹이 집에서 제작한 전기빔 리소그래피 시스템으로 400나노미터 금속 메쉬를 패터닝하여 금속 메쉬 제조 공정의 치수 안정성을 테스트하는 데 도움을 주었습니다. 제 조수 Xiong Ze가 전기 빔 패터닝 과정을 시연할 예정입니다.

EMTE 제작을 시작하려면 3cm x 3cm 크기의 바닥재가 도핑된 산화주석 코팅 유리를 액체 세제와 면봉으로 세척합니다. 탈이온수로 유리 기판을 철저히 헹구고 다른 면봉으로 세제의 흔적을 제거합니다. 이소프로판올에 FTO 유리를 40킬로헤르츠에서 30초 동안 초음파 처리합니다.

그런 다음 압축 공기로 깨끗한 유리를 건조시킵니다. 다음으로, 깨끗하고 건조한 FTO 유리를 스핀 코터에 넣고 100마이크로리터의 포지티브 포토레지스트를 적용합니다. 1.8 미크론 두께의 필름을 만들기 위해 4, 000 RPM에서 60 초 동안 유리를 스핀 코팅합니다.

코팅된 유리를 섭씨 100도에서 50초 동안 굽습니다. 코팅 된 유리를 메쉬 패턴 마스크로 덮고 포토 레지스트를 충분한 자외선에 노출시켜 평방 센티미터당 20 밀리 줄의 복사 플루언스를 달성합니다. 그런 다음 코팅된 유리를 적절한 현상액에 50초 동안 담궈 노출된 감광액을 제거합니다.

샘플을 탈이온수로 헹구고 압축 공기 흐름에서 건조시킵니다. 다음으로, 100밀리리터의 구리 전기 도금 용액을 250밀리리터 비커에 넣습니다. 샘플을 도금 용액에 담그십시오.

그리고 2전극 전착 장치의 음극 단자에 연결합니다. 그런 다음 구리 금속 막대를 장치의 양극 단자에 연결합니다. 일정한 5 밀리 암페어 전류를 적용하여 15 분 동안 평방 센티미터당 3 밀리 암페어의 전류 밀도를 달성하고 샘플에 1.5 미크론 두께의 구리 층을 증착합니다.

크로켓은 제작에서 중요한 단계입니다. 전류 밀도와 전기 도금 시간은 금속 메쉬의 형태와 최종 성능에 영향을 미치므로 자체 샘플로 테스트하고 최적화해야 합니다. 전기도금된 샘플을 탈이온수로 철저히 헹구고 압축 공기 흐름에서 건조시킵니다.

샘플을 아세톤에 5분 동안 담그고 나머지 포토 레지스트를 용해시켜 FTO 유리 표면 위에 베어 금속 메쉬를 남깁니다. 샘플을 탈이온수와 압축 공기로 헹구고 건조시킵니다. 다음으로, 금속 메쉬가 위를 향하도록 하여 유압 프레스의 플래튼에 샘플을 놓습니다.

유리 전이 온도가 섭씨 78도인 100미크론 두께의 고리형 올레핀 공중합체 필름으로 샘플을 덮습니다. 플래튼을 섭씨 100도까지 가열한 다음 5분 동안 샘플에 15밀리파스칼의 각인 압력을 가합니다. 임프린트 압력을 해제하기 전에 플래튼을 섭씨 40도로 당깁니다.

압력과 온도는 각인 전달 단계에서 중요한 주요 관심사입니다. 각인과 압력이 균일하고 완전한 전송을 위해 충분히 높은지 확인하십시오. 온도는 기판 재료 유리 전이 온도보다 약 20도 높아야 합니다.

FTO 유리 표면에서 메쉬가 내장된 폴리머 필름을 조심스럽게 벗겨내어 EMTE를 얻습니다. 서브 미크론 EMTE 준비를 시작하려면 3cm x 3cm 크기의 FTO 유리 조각을 액체 세제와 탈 이온수로 세척 한 다음 이소프로판올에서 초음파 처리합니다. 깨끗하고 건조한 FTO 유리를 스핀 코터에 넣고 아나스톨에 4 중량 % PMMA의 100 마이크로 리터를 도포합니다.

2500RPM에서 60초 동안 유리를 스핀 코팅하여 150나노미터 두께의 필름을 만듭니다. 필름을 섭씨 170도에서 30분 동안 굽고 전자빔 리소그래피 시스템을 시작하고 패턴 생성기로 메쉬 패턴을 준비합니다. 전자빔 리소그래피 시스템에 샘플을 놓고 패터닝 프로세스를 실행합니다.

메틸-이소프로필-케톤과 이소프로판올의 1-3 혼합물에 60초 동안 침지하여 PMMA를 현상합니다. 패턴화된 샘플을 탈이온수로 헹구고 압축 공기 흐름에서 건조시킵니다. 다음으로, 패턴화된 샘플을 구리 전기도금 용액에 넣고 샘플을 2전극 전착 장치의 음극 단자에 연결합니다.

양극 단자를 구리, 금속 막대에 연결합니다. 2분 동안 평방 센티미터당 3밀리암페어의 전류 밀도를 달성하기 위해 정전류를 가하여 샘플에 200나노미터의 구리를 도금합니다. 샘플을 탈이온수로 헹구고 샘플을 아세톤에 5분 동안 담가 PMMA를 용해시킵니다.

다음으로, 샘플을 유압 프레스의 플래튼에 놓습니다. 유리 전이 온도가 섭씨 78도인 100미크론 두께의 고리형 올레핀 공중합체 필름으로 샘플을 덮습니다. 플래튼을 섭씨 100도로 가열하고 5분 동안 15밀리파스칼의 각인 압력을 가합니다.

압력을 해제하기 전에 플래튼을 섭씨 40도로 냉각하십시오. FTO 유리에서 필름을 조심스럽게 벗겨내어 서브미크론 EMTE를 얻습니다. 면저항 측정을 시작하려면 먼저 EMTE의 반대쪽 가장자리에 은을 펴고 페이스트를 건조시킵니다.

면저항 측정 장치의 4개의 프로브를 장치 제조업체의 지침에 따라 은색 페이스트 라인에 놓습니다. 면저항을 측정하고 기록합니다. 광 투과 측정을 수행하려면 먼저 100% 투과율로 설정된 보정된 UV/VIS 분광 광도계의 샘플 홀더에 EMTE를 놓습니다.

샘플을 빔에 수직으로 정렬합니다. 전기 투명도를 평가하기 위해 EMTE의 투과 스펙트럼을 획득합니다. 구리 EMTE는 전극 특성에 대한 그리드 형상의 영향을 평가하기 위해 다양한 그리드 패턴으로 제작되었습니다.

550나노미터에서 구리 EMTE의 전기 전도도 대 광학 전도도의 비율은 1.5배의 10 대 4배 이상이었습니다. 더 두꺼운 메쉬는 더 낮은 광학 투과율과 시트 저항에 해당했습니다. 더 큰 피치는 더 큰 시트 저항과 투과율에 해당합니다.

EMTE는 50미크론 피치 메쉬를 사용하여 다양한 금속으로 제작되었으며, 모두 평평하고 특징이 없는 투과율 스펙트럼을 보여주었습니다. 메쉬 두께와 투과율 사이의 동일한 관계로, 투과율과 시트 저항은 먼저 메쉬의 형상과 구성을 조정하여 조정할 수 있습니다. 구리 EMTE의 면저항은 압축 및 인장 굽힘 시험과 관련하여 평가되었습니다.

4mm 및 5mm 압축 굽힘 테스트에서는 큰 변화가 관찰되지 않았습니다. 면저항은 인장 굽힘 시험을 통해 점진적으로 증가합니다. 물, 이소프로판올 또는 덥고 습한 대기에 노출된 지 24시간 동안 열화 및 면저항이 관찰되지 않았습니다.

신입생은 며칠 안에 이 기술을 배울 수 있습니다. 일단 마스터하면 전체 제작 프로세스를 2-3시간 안에 완료할 수 있으며 장비가 준비됩니다. 이 기술은 확장 가능한 해결책 가공 방법을 가동 가능한 기질에서 끼워넣어진 우리의 각자 정박한, 높은 종횡비 마이크로 금속 메시와 같은 비발한 마이크로와 nano 구조화된 장치를 개발하기 위하여 방법을 포장합니다.

터치 패널, 변위 센서 및 태양 전지와 같은 많은 응용 분야는 당사의 고성능 임베디드 금속 메쉬 투명 전극의 이점을 누릴 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 이 솔루션 기반 제작 프로세스를 사용하여 금속 메쉬 투명 실제 데이터를 생성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 시청해 주셔서 감사드리며, 저희는 협업에 열려 있습니다.