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Engineering

उच्च प्रदर्शन, लचीले, एंबेडेड मेटल मेश के साथ पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए स्केलेबल सॉल्यूशन-प्रोसेसेड फ़ैब्रिकेशन स्ट्रेटजी

Published: June 23, 2017 doi: 10.3791/56019
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 1,5, 4, 2,3, 1,5
1Department of Mechanical Engineering, University of Hong Kong, 2Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, 3Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, 4Department of Chemistry, University of Hong Kong, 5HKU-Shenzhen Institute of Research and Innovation

Summary

इस प्रोटोकॉल में उच्च-निष्पादन, लचीला, पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए पूरी तरह से एम्बेडेड, मोटी धातु जाल के लिए समाधान-आधारित निर्माण रणनीति का वर्णन किया गया है। इस प्रक्रिया द्वारा निर्मित लचीला पारदर्शी इलेक्ट्रोड अल्ट्रा-लो शीट प्रतिरोध, उच्च ऑप्टिकल ट्रांसमीटरेशन, झुकने के तहत यांत्रिक स्थिरता, मजबूत सब्सट्रेट आसंजन, सतह चिकनाई, और पर्यावरणीय स्थिरता सहित उच्चतम प्रदत्त प्रदर्शनों में प्रदर्शित होता है।

Abstract

यहां, लेखक एक मिश्रित धातु-जाल पारदर्शी इलेक्ट्रोड (ईएमटीई) की रिपोर्ट करते हैं, एक नया पारदर्शी इलेक्ट्रोड (टीई) जिसमें एक पॉलिमर फिल्म में पूरी तरह से एम्बेडेड धातु जाल होता है। यह पत्र इस उपन्यास ते के लिए एक कम लागत वाली, वैक्यूम मुक्त निर्माण पद्धति भी प्रस्तुत करता है; दृष्टिकोण में लिथोग्राफी, इलेक्ट्रोप्लेटिंग, और छाप हस्तांतरण (एलआईआईटी) प्रोसेसिंग को जोड़ती है। ईएमटीई की एम्बेडेड प्रकृति कई फायदे प्रदान करती है, जैसे उच्च सतह चिकनाई, जो कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस उत्पादन के लिए आवश्यक है; झुकने के दौरान बेहतर यांत्रिक स्थिरता; रसायनों और नमी के लिए अनुकूल प्रतिरोध; और प्लास्टिक की फिल्म के साथ मजबूत आसंजन LEIT निर्माण में वैक्यूम मुक्त धातु बयान के लिए एक विद्युत प्रसंस्करण की सुविधा है और औद्योगिक द्रव्यमान उत्पादन के लिए अनुकूल है। इसके अलावा, LEIT धातु के जाल के निर्माण के लिए एक उच्च पहलू अनुपात ( यानी , लाइनविड्थ की मोटाई) के साथ-साथ ऑप्टिकल ट्रंक को खोने के बिना अपने विद्युत प्रवाहकत्त्व को काफी बढ़ाता है।ansmittance। हम लचीली ईएमटीई के कई प्रोटोटाइप प्रदर्शित करते हैं, 1 Ω / स्क्वायर से कम शीट रिक्तियां और 9 0% से अधिक ट्रांसमिट के साथ, मेरिट (एफओएम) के बहुत उच्च आंकड़े - 1.5 x 10 4 तक - जो कि सर्वोत्तम मूल्यों में से हैं प्रकाशित साहित्य

Introduction

दुनिया भर में, भविष्य में लचीला / लचीला टीएस बनाने के लिए कठोर पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड (टीसीओ), जैसे कि ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड और फ्लोरीन-डीपीड टिन ऑक्साइड (एफटीओ) फाई एलएमएस, के लिए जगह लेने के लिए अध्ययन किया जा रहा है, खिंचाव योग्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस 1 इस नए निर्माण विधियों के साथ उपन्यास सामग्री की आवश्यकता होती है

3 , 4 , कार्बन नैनोट्यूब 5 , और रेन्डल मेटल नैनोवायर नेटवर्क 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 का संचालन करने वाले नैनोमिटेरियल्स का अध्ययन किया गया है और इन्हें लचीला टीईएस में अपनी क्षमताओं का प्रदर्शन किया है, जो की कमियों को संबोधित करते हुए मौजूदा टीसीओ-आधारित टीईएस, फाईएमएम कमजोरी 12 , कम इन्फ्रारेड ट्रांसमिशन 13 , और कम बहुतायत 14 इस क्षमता के साथ भी, निरंतर झुकाव के दौरान गिरावट के बिना उच्च विद्युत और ऑप्टिकल प्रवाहकत्त्व प्राप्त करने के लिए अभी भी चुनौतीपूर्ण है।

इस रूपरेखा में, 15 , 16 , 17 , 18 , 1 9 , 20 के नियमित धातु के मेमोशियल एक आशाजनक उम्मीदवार के रूप में विकसित हो रहे हैं और उन्होंने उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता और कम चादर प्रतिरोध हासिल किया है, जो मांग पर ट्यून करने योग्य हो सकता है। हालांकि, कई चुनौतियों के चलते धातु जाल आधारित टीई के व्यापक उपयोग को रोक दिया गया है। सबसे पहले, निर्माण अक्सर धातुओं 16 , 17 , की महंगी, वैक्यूम आधारित बयान शामिल है , 18 , 21 दूसरा, मोटाई आसानी से पतली-फिल्म कार्बनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में 22 , 23 , 24 , 25 के विद्युत शॉर्ट सर्किट का कारण हो सकता है। तीसरा, सब्सट्रेट सतह परिणामों के साथ कमजोर आसंजन खराब लचीलेपन 26 , 27 में । उपर्युक्त सीमाओं ने अपने निर्माण के लिए उपन्यास धातु जाल आधारित ते संरचनाओं और स्केलेबल दृष्टिकोण की मांग की है।

इस अध्ययन में, हम एक लचीली टीई के एक उपन्यास संरचना की रिपोर्ट करते हैं जिसमें एक पॉलिमर फिल्म में पूरी तरह से एम्बेडेड एक धातु जाल होता है। हम एक अभिनव, समाधान-आधारित, और निम्न-लागत निर्माण दृष्टिकोण का भी वर्णन करते हैं जो लिथोग्राफी, इलेक्ट्रोड की स्थिति और छाप हस्तांतरण को जोड़ती है। नमूना ईएमटीई पर 15k के रूप में उच्च एफओएम मूल्यों को प्राप्त किया गया है। की एम्बेडेड प्रकृति के कारणईएमटीई, उल्लेखनीय रासायनिक, यांत्रिक, और पर्यावरण स्थिरता मनाया गया। इसके अलावा, इस काम में स्थापित समाधान-संसाधित निर्माण तकनीक संभवतः प्रस्तावित ईएमटीई के कम लागत और उच्च-थ्रुपुट उत्पादन के लिए इस्तेमाल की जा सकती है। यह निर्माण तकनीक बेहतर धातु-जाल लाइनविड्थ, बड़े क्षेत्रों और धातुओं की एक सीमा के लिए स्केल योग्य है।

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Protocol

सावधानी: कृपया इलेक्ट्रॉन बीम सुरक्षा पर ध्यान दें। कृपया सही सुरक्षात्मक चश्मा और कपड़े पहनें साथ ही, सभी ज्वलनशील सॉल्वैंट्स और समाधान को सावधानीपूर्वक संभालना

1. ईएमटीई के फोटोलिथोग्राफ़ी आधारित निर्माण

  1. जाल पैटर्न के निर्माण के लिए फोटोलिथोग्राफ़ी
    1. कपास झाड़ू का उपयोग करते हुए तरल डिटर्जेंट के साथ स्वच्छ एफटीओ कांच substrates (3 सेमी x 3 सेमी)। साफ कपास झाड़ू का उपयोग करके विआयनीकृत (डीआई) पानी के साथ अच्छी तरह से कुल्ला। इसके अलावा उन्हें संपीड़ित हवा के साथ सुखाने से पहले 30 एस के लिए आइसोप्रोपील अल्कोहल (आईपीए) में अल्ट्रा-बायोकेशन (आवृत्ति = 40 किलोहर्ट्ज़, तापमान = 25 डिग्री सेल्सियस) का उपयोग करें।
      सावधानी: संपीड़ित हवा को सावधानी से संभाल लें।
    2. स्पिनकोट ने साफ-सुथरे एफटीओ ग्लास पर 4,000 आरपीएम (लगभग 2 2 सेमी त्रिज्या के साथ 350 एक्सजी नमूनों के लिए) के लिए 1.8 माइक्रोन-मोटी, वर्दी फिल्म प्राप्त करने के लिए 100 डिग्री सेल्सियस तक फोटोसिसिस्ट का स्पिनकोट।
    3. 50 सेकंड के लिए एक हॉटप्ले पर फोटो्रेसिस्ट फिल्म बनाओ100 डिग्री सेल्सियस
    4. फोटोमास्ट फिल्म के माध्यम से 20 एमजे / सेमी 2 की खुराक के लिए यूवी मुखौटा संरेखण का उपयोग करके एक जाम पैटर्न (3 सुक्ष्ममापी लाइनविड्थ, 50 माइक्रूपी पिच) के साथ एक फोटोमास्ट फिल्म का पर्दाफाश करें।
    5. 50 एस के लिए डेवलपर समाधान में नमूना को डुबोकर फोटो्रेसिस्ट विकसित करें
    6. डि पानी में नमूना कुल्ला और इसे संपीड़ित हवा के साथ सूखा।
      सावधानी: संपीड़ित हवा को सावधानी से संभाल लें।
  2. धातुओं की इलेक्ट्रोड की स्थिति
    1. 250 एमएल बीकर में 100 एमएल तांबे के जलीय चढ़ाना समाधान डालें।
      नोट: संबंधित धातुओं के साथ ईएमटीई के निर्माण के लिए अन्य जलीय चढ़ाना समाधान ( जैसे, चांदी, सोना, निकल, और जस्ता) का उपयोग किया जा सकता है।
      सावधानी: रासायनिक सुरक्षा पर ध्यान दें
    2. दो-इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोडपथ के सेटअप के नकारात्मक टर्मिनल के लिए फोटोरिसिस्ट-कवर एफटीओ कांच से कनेक्ट करें और काम करने वाले इलेक्ट्रोड के रूप में चढ़ाना समाधान में विसर्जित करें।
    3. कॉपर मेटल बार से कनेक्ट करेंकाउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में दो इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोडपेज सेटअप के सकारात्मक टर्मिनल पर
    4. वोल्टेज / वर्तमान सोर्सिंग और मापन साधन ( उदाहरण के लिए सोर्समीटर) का इस्तेमाल करके लगातार 5 एमए की वर्तमान (वर्तमान घनत्व: ~ 3 एमए / सेमी 2 ) आपूर्ति करें, जिससे धातु को लगभग 1.5 माइक्रोन की मोटाई में जमा कर सकते हैं।
    5. डी पानी के साथ photoresist-coated FTO गिलास नमूना कुल्ला और संपीड़ित हवा के साथ इसे सूखा।
      सावधानी: संपीड़ित हवा को सावधानी से संभाल लें।
    6. एफटीओ ग्लास के ऊपर बेअर मेटल मेष के साथ, फोटोरिसिस्ट फिल्म को भंग करने के लिए 5 मिनट के लिए एसीटोन में फोटोरेसिस्ट-लेपित एफटीओ गिलास नमूना रखें।
  3. लचीला सब्सट्रेट के लिए धातु के जाल के थर्मल छाप हस्तांतरण
    1. मेटल मेष-कवर एफटीओ ग्लास नमूना को तापीय छाप के विद्युत गरम प्लेटों पर रखें और नमूने के शीर्ष पर एक 100 माइक्रोन-मोटी लचीला चक्रीय ओलीफ़िन कॉपोलीमर (सीओसी) फिल्म डालेंधातु जाल पक्ष
    2. गर्म प्रेस की प्लेटें 100 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें
    3. छाप के दबाव के 15 एमपीए को लागू करें और इसे 5 मिनट के लिए रखें।
      सावधानी: गरम प्रेस का उपयोग करते समय सुरक्षा पर ध्यान दें।
      नोट: छपाई स्थानांतरण निम्न दबाव में किया जा सकता है; यहां दर्ज की गई दबाव मूल्य (15 एमपीए) अपेक्षाकृत अधिक है इस उच्च दबाव का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया गया था कि धातु जाल सीओसी फिल्म में पूरी तरह से एम्बेडेड था।
    4. 40 डिग्री सेल्सियस के डेमॉल्डिंग तापमान के लिए गरम प्लेटें कूल करें
    5. छाप दबाव जारी करें
    6. सीओसी फिल्म में पूरी तरह से एम्बेडेड मेटल जाल के साथ, एफटीओ ग्लास से सीओसी फिल्म को छीलो।

2. उप माइक्रोन ईएमटीई के निर्माण

  1. इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (ईबीएल) का उपयोग करते हुए उप माइक्रोन ईएमटीई का निर्माण
    1. 60 एस के लिए साफ एफटीओ ग्लास पर स्पिनकोट पॉलीमेथिल मेथैक्लीनेट (पीएमएमए) समाधान (15 एम मेगावाट, एनीसोल में 4%%) के 100 μLएक 150 एनएम-मोटी, एकसमान फिल्म प्राप्त करने के लिए 2,500 आरपीएम (लगभग 2 सेमी त्रिज्या के साथ नमूने के लिए लगभग 140 xg)
    2. पीएमएमए फिल्म को एक गर्म पट्ट पर 170 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट के लिए सेंकना
    3. ईबीएल प्रणाली को चालू करें और एक पैटर्न जेनरेटर 29 का उपयोग करके जाल पैटर्न (400-एनएम लाइनविड्थ, 5 सुक्ष्ममापी पिच) को डिजाइन करें।
    4. पैटर्न जनरेटर से जुड़े एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में नमूना रखें और लेखन प्रक्रिया निष्पादित करें 29 ।
    5. 1: 3 अनुपात में मिथाइल isopropyl केटोोन और isopropanol के एक मिश्रित समाधान में 60 के लिए विरोध का विकास।
    6. डि पानी के साथ नमूना कुल्ला और संपीड़ित हवा के साथ इसे सूखा।
      सावधानी: संपीड़ित हवा को सावधानी से संभाल लें।
    7. मध्यम आकार के बीकर में 100 एमएल तांबे के जलीय चढ़ाना समाधान रखें।
      नोट: अन्य जलीय चढ़ाना समाधान ( जैसे, रजत, सोना, निकल और जस्ता चढ़ाना समाधान) का उपयोग संबंधित धातुओं के साथ ईएमटीई के निर्माण के लिए किया जाना चाहिए।/ Li>
    8. पीएमएमए लेपित एफटीओ गिलास दो इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोडपेज सेटअप के नकारात्मक टर्मिनल को संलग्न करें, यह काम कर रहे इलेक्ट्रोड के रूप में चढ़ाना समाधान में डुबकी, और कॉपर मेटल बार को सर्किट को पूरा करने के लिए सकारात्मक टर्मिनल से कनेक्ट करें।
      नोट: अन्य मेटल बार ( यानी, रजत, सोना, निकल, और जस्ता) का इस्तेमाल धातु के इलेक्ट्रोडों के लिए किया जाना चाहिए।
    9. लगभग 3 एमए / सेंटीमीटर 2 की वर्तमान घनत्व के साथ, 2 मिनट के लिए जाल पैटर्न क्षेत्र में लगभग 200 एनएम (वास्तविक मोटाई को एसईएम या एएफएम द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए) की मोटाई के लिए धातु जमा करने के लिए लागू करें।
    10. डीआई पानी के साथ नमूना को ध्यान से धो लें और पीएमएमए फिल्म को भंग करने के लिए इसे 5 मिनट के लिए एसीटोन में रखें।
    11. तापीय छाप के विद्युत गरम प्लेटों पर मेटल मेष-कवर युक्त एफटीओ गिलास नमूना रखो और नमूना के ऊपर सीओसी फिल्म (100 माइक्रोन-मोटा) रखो।
    12. 100 डिग्री सेल्सियस के लिए प्लेटें गरम करें, 15 को लागू करेंएमपीए छाप दबाव, और 5 मिनट के लिए इसे पकड़ो
    13. 40 डिग्री सेल्सियस के डेमॉल्टिंग तापमान के लिए गरम प्लेटें कूल करें और छाप दबाव जारी करें।
    14. सीओसी फिल्म में पूरी तरह से एम्बेड किए गए थैब-माइक्रोन धातु के जाल के साथ, एफटीओ ग्लास से सीओसी फिल्म को छीलकर।

3. ईएमटीई के निष्पादन मापन

  1. शीट प्रतिरोध माप
    1. स्क्वायर नमूने के दो विपरीत किनारों पर चांदी का पेस्ट फैलाएं और जब तक यह सूख न हो जाए
    2. उपकरणों के निर्देशों के बाद, चांदी पैड पर प्रतिरोध माप डिवाइस की चार जांच सावधानीपूर्वक रखें।
    3. शक्ति स्रोत / माप लिखत के प्रतिरोध माप मोड पर स्विच करें और प्रदर्शन पर मूल्य रिकॉर्ड करें।
  2. ऑप्टिकल संचरण माप
    1. यूवी-विज़ माप सेटअप चालू करें और स्पेक्ट्रोमीटर को जांचें ( यानी, रीडिंग बुद्धि को सहसंबंधित करेंहे मानक नमूने को उपकरण की सटीकता की जांच करने के लिए)।
    2. स्पेक्ट्रोमीटर नमूना धारक पर ईएमटीटीई नमूना रखें और ऑप्टिकल दिशा को ठीक से संरेखित करें
    3. स्पेक्ट्रोमीटर को 100% संप्रेषण के लिए समायोजित करें
      नोट: यहां प्रस्तुत सभी संप्रेषण मूल्य नंगे सीओसी फिल्म सब्सट्रेट के माध्यम से पूर्ण संप्रेषण के लिए सामान्यीकृत हैं।
    4. नमूना के संप्रेषण को मापें
    5. माप को बचाने और सेटअप के लॉग आउट करें।

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Representative Results

चित्रा 1 ईएमटीई नमूनों की योजनाबद्ध और निर्माण प्रवाह संचित्र प्रदर्शित करता है। जैसा कि चित्रा 1 ए में प्रस्तुत किया गया है, ईएमटीई में एक पॉलिमर फिल्म में पूरी तरह से एम्बेडेड एक धातु जाल शामिल है। जाल के ऊपरी चेहरे सब्सट्रेट के समान स्तर पर हैं, बाद में डिवाइस उत्पादन के लिए एक सामान्य रूप से चिकनी मंच प्रदर्शित करते हैं। निर्माण तकनीक चित्रा 1 बी में निर्दिष्ट है - ई । एफटीओ ग्लास सब्सट्रेट पर एक फोटो्रेसिस्ट फिल्म को स्पिनकोटिंग करने के बाद, फोटोलिथोग्राफी का उपयोग यूवी एक्सपोजर और डेवलपमेंट ( चित्रा 1 बी ) द्वारा फोटोरिसिस्ट में जाल पैटर्न बनाने के लिए किया जाता है, खाई में गिलास के प्रवाहकीय सतह का खुलासा करता है। निम्नलिखित चरण में, इलेक्ट्रोडेपोज़ी द्वारा खाइयों के भीतर संबंधित धातु उत्पन्न होती है, जो एक नियमित धातु मेष ( चित्रा 1 सी) बनाने के लिए खाइयों को भरता है चित्रा 1 डी ) की सतह पर कमजोर जुड़ा हुआ धातु का जाल है। इसके बाद, एक बहुलक फिल्म नमूने पर तैनात होती है और उसके गिलास संक्रमण तापमान से अधिक तापमान में गर्म होती है। एक समान दबाव ( चित्रा 1 ए ) के आवेदन के माध्यम से धातु जाल नरम पॉलिमर फिल्म में धकेल दिया जाता है। अंत में, कमरे के तापमान पर ढेर को ठंडा करके और प्रवाहकीय कांच से बहुलक फिल्म को छीलने से, धातु जाल को पूरी तरह से एम्बेडेड रूप ( चित्रा 1f ) में प्लास्टिक की फिल्म में स्थानांतरित कर दिया जाता है। संपूर्ण निर्माण प्रक्रिया समाधान-आधारित है और इसे परिवेश वातावरण में लागू किया जाता है; इसलिए, यह आसानी से बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

चित्रा 2 परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) प्रस्तुत करता है और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) आईएमएलीट प्रक्रिया के विभिन्न निर्माण चरणों में ईएमटीटी के आकारिकी के जीई चित्रा 2 ए फोटोओलिस्टोग्राफ़ी द्वारा की गई फोटो्रेसिस्ट फिल्म में खाई चित्र दिखाती है। इस विशिष्ट नमूने में, फोटो्रेसिस्ट खाई की चौड़ाई लगभग 4 माइक्रोन है, जबकि गहराई करीब 2 माइक्रोन है। चित्रा 2 बी एफटीओ ग्लास पर इलेक्ट्रोप्लेटेड कॉपर जाल को दर्शाता है। परिणाम से स्पष्ट रूप से, तांबा जाल में क्रमशः 1.8 और 4 माइक्रोन की मोटाई और लाइनविड्थ है। चित्रा 2 सी सीओसी फिल्म 28 पर स्थानांतरित तांबा जाल प्रदर्शित करता है एएफएम चित्र पुष्टि करते हैं कि निपुण ईएमटीई (1.8 माइक्रोन मोटाई) की सतह खुरदरापन 50 एनएम से कम है, इसकी एम्बेडेड कॉन्फ़िगरेशन की पुष्टि। विभिन्न मोटाई के तांबा ईएमटीई बनाने के लिए इलेक्ट्रोड पक्ष के समय को अलग करके LEIT विधि का और अध्ययन किया जा सकता है। धातु की मोटाई और इलेक्ट्रोड पोजीशन समय का सहसंबंध हैचित्रा 2 डी में नलिका। चित्रा 2 डी में दिखाए गए वक्र से पता चलता है कि धातु की मोटाई बिना विद्युत् रूप से विद्युत्-विद्युत समय में वृद्धि के साथ बदलती है। यह तस्वीर-रसीच खाई ( चित्रा 2 ए ) के गैर-आयताकार क्रॉस-सेक्शन के कारण है, जिसमें एक संकुचित तल है लेकिन एक व्यापक शीर्ष है। इस प्रकार, इलेक्ट्रोडपथ (निरंतर चालू) के दौरान, धातु मोटाई के विकास की दर समय के साथ घट जाती है। इसलिए, जाल के उच्च हिस्से में एक बड़ी चौड़ाई है, जो छपाई के हस्तांतरण के लिए फायदेमंद है क्योंकि इसे प्लास्टिक की फिल्म में यांत्रिक रूप से लंगर किया जा सकता है।

चित्रा 3 ए -सी ईआईएल-नमूनों वाली ईएमटीई विनिर्माण के संरचनात्मक लक्षण वर्णन को अपने आयामी स्केलबिलिटी को मान्य करने के लिए LEIT प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में दर्शाता है। चित्रा 3 ए टैन के एएफएम और एसईएम चित्र दिखाता हैईएमबी द्वारा पीएमएमए फिल्म में बनाई गई चीज खाई की गहराई और चौड़ाई क्रमशः करीब 150 और 400 एनएम है। चित्रा 3 बी एफटीओ गिलास पर विद्युत तांबा जाल को दर्शाता है, और चित्रा 3 सी सीओसी फिल्म पर छाप-स्थानांतरित तांबा जाल प्रस्तुत करता है। सीओसी सब्सट्रेट पर धातु जाल पूरी तरह से एम्बेडेड रूप में है, प्लास्टिक सब्सट्रेट के साथ मजबूत आसंजन और स्थिरता प्रदान करता है।

चित्रा 4 ए 300-850 एनएम की तरंग दैर्ध्य सीमा में 600 एनएम, 1 माइक्रोन, और 2 माइक्रोन मोटाई के तांबे ईएमटीई के संप्रेषण को दर्शाता है। जब 600 मेगावाट से 2 माइक्रोन तक धातु जाल की मोटाई बढ़ी तो ट्रांसमिशन में केवल एक न्यूनतम कमी हुई, और इस बूंद को फोटो्रेसिस्ट में खराबी के गैर-स्थायी नक्षत्र प्रोफाइल और मेटल ओवरप्लेटिंग में जिम्मेदार ठहराया गया है। दूसरी ओर, धातु मोटाई जब ईएमटीई की चादर प्रतिरोध काफी कम हो सकती हैबढ़ जाती है, जैसा कि चित्रा 4 बी में दिखाया गया है। 0.07 Ω / वर्ग के एक असाधारण कम शीट प्रतिरोध को तांबा ईएमटीई के लिए 2-माइक्रोन मोटाई के साथ दर्ज किया गया है, जबकि ऑप्टिकल संप्रेषण 70% से अधिक है।

चित्रा 4 बी ऑप्टिकल प्रवाहकत्त्व (σ डीसी / σ ऑप्ट ) के लिए विद्युत प्रवाहकत्त्व के अनुपात को प्रदर्शित करता है, एक एफओएम सामान्यतः टीएस के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए इस्तेमाल होता है। चित्रा 4 बी में दिखाए गए एफओएम मानों को इस काम में किए गए विभिन्न ईएमटीई के लिए गणना की गई थी, जो निम्नलिखित सामान्यतः 4 , 7 , 17 , 18 की अभिव्यक्ति को लागू करते हैं:
समीकरण 1
जहां आर शीट प्रतिरोध है और टी 550-एनएम लहर पर ऑप्टिकल ट्रांसमीटरेशन हैलंबाई। चित्रा 4 बी के इनसेट एफओएम और धातु की मोटाई के बीच के संबंध को प्रदर्शित करता है। दी गई साजिश से पता चलता है कि धातु की मोटाई शीट प्रतिरोध पर काफी प्रभाव डालती है और इसलिए एफएम के मूल्य पर मोटा धातु के जाल की चालकता को बढ़ाकर काफी नुकसान पहुंचाता है। प्रोटोटाइप ईएमटीई ने एफओएम मूल्य 1.5 एक्स 10 4 , जो कि साहित्य में दर्ज श्रेष्ठ मूल्यों में से हैं

चित्रा 5 ए सीओसी फिल्म (5 x 5 सेंटीमीटर 2 ) पर एक उच्च पारदर्शी कॉपर ईएमटीटी के शीट प्रतिरोध और यूवी-विज़ स्पेक्ट्रा को दर्शाती है जिसमें क्रमशः 150, 4 और 1 माइक्रोन की पिच, लाइनविड्थ और मोटाई होती है, जो कि स्केलेबिलिटी का प्रदर्शन करते हैं हमारे ईएमटीई संरचना और LEIT निर्माण रणनीति का कुल आकार। अपेक्षाकृत बड़ी पिच के कारण, नमूना उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण (94%) प्रदर्शित करता है जबकि मीनिचले शीट प्रतिरोध (0.93 Ω / वर्ग) को कम करना इसी तरह, ईएमटीई की मुख्य ज्यामितीय विशेषताओं को समायोजित करके विभिन्न उपकरणों के लिए शीट प्रतिरोध और ऑप्टिकल संप्रेषण की कई व्यवस्था प्राप्त की जा सकती है।

चित्रा 5 बी हमारे ईएमटीई के साथ भौतिक विकल्प की बहुमुखी प्रतिभा का प्रदर्शन करने के लिए चांदी, सोना, निकल और जस्त समेत विभिन्न धातुओं के ईएमटीई के शीट प्रतिरोध और ऑप्टिकल संप्रेषण स्पेक्ट्रा को दर्शाता है। संप्रेषण स्पेक्ट्रा पूरी तरह से दृश्यमान रेंज पर लगभग फ्लैट और बेकार है, जो डिस्प्ले डिवाइस और सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है। जस्ता, चांदी, और निकल आधारित ईएमटीई की तुलना में धातु की मोटाई होती है, इसलिए सभी नमूनों में लगभग समान ट्रांसमीटर (लगभग 78%) होते हैं, जबकि चादर रेजिस्ट्रेट्स क्रमशः 1.02, 0.52, और 1.40 Ω / वर्ग हैं। विभिन्न धातु की मोटाई के कारण, सोना- और तांबा आधारित ईएमटीई (लगभग 2 माइक्रोन और 600 एनएम, क्रमशः) 0.20 और 0.70 Ω / वर्ग और ट्रांसमिशन के अनुपूरक 72% और 82% की शीट प्रतिस्थापन है। इन ईएमटीई के सफल उत्पादन ने सामग्री की बहुमुखी प्रतिभा की पुष्टि की है, इसलिए विभिन्न उपकरणों में रासायनिक संगतता और कंडक्टर के कामकाज के लिए विभिन्न आवश्यकताओं को संतोषजनक है।

चित्रा 6 ए और बी 3, 4, और 5 मिमी की त्रिज्या में संकुचित और तन्यता लोडिंग के लिए झुकने वाले चक्र के साथ शीट प्रतिरोध को संबोधित करते हुए हमारे ईएमटीई के बेहतर लचीलेपन को पेश करते हैं। चित्रा 6 ए में दिखाए गए परिणाम दिखाते हैं कि 4 और 5 मिमी त्रिज्या के साथ सम्पीडन झुकने के लिए, शीट प्रतिरोध (0.07 Ω / वर्ग) में कोई स्पष्ट भिन्नता 1000 बेंडिंग के लिए नहीं होती है। इसके अलावा, शीट प्रतिरोध में भिन्नता 3 मिमी झुकाव त्रिज्या के लिए प्रारंभिक मूल्य (0.07 Ω / वर्ग से 0.13 Ω / वर्ग) के 100% के भीतर है। इसी तरह, तन्यता बी के लिएअंत में, झुकने वाले चक्रों के खिलाफ शीट प्रतिरोध में भिन्नताएं चित्रा 6 बी में दिखायी जाती हैं, जो दर्शाती हैं कि 3, 4, और 5 मिमी त्रिज्या के 1,000 चक्रों के लिए क्रमशः 350%, 150%, और 30% से बदल दिया गया है। चित्रा 6 सी डी पानी और आईपीए में विसर्जन के बाद तांबा ईएमटीई की पर्यावरणीय स्थिरता और एक गर्म और नम वातावरण (60 डिग्री सेल्सियस, 85% सापेक्ष आर्द्रता) के संपर्क में दर्शाता है। यह परिणाम से स्पष्ट है कि 24 घंटे के बाद, एएमटीई के रूपिकी संरचना और शीट प्रतिस्थापन अप्रभावित रहे।

आकृति 1
चित्रा 1: ईएमटीई संरचना और LEIT निर्माण प्रक्रिया के योजनाबद्ध आरेख। ( ए ) एक ईएमटीई एक धातु जाल के साथ एक पारदर्शी प्लास्टिक की फिल्म में एम्बेडेड। ( बी ) एक रिज में बने मेष पैटर्नसेंट फिल्म लिथोग्राफी का उपयोग कर एक प्रवाहकीय ग्लास सब्सट्रेट पर स्तरित है। ( सी ) एक समान धातु जाल तैयार करने के लिए विरोध के खाइयों के अंदर धातु की इलेक्ट्रोडपोजीशन। ( डी ) नंगे धातु के जाल को प्राप्त करने के लिए प्रतिरोध को छिन्नवत् करना। ( ई ) धातु के जाल को ताप और एक प्लास्टिक की फिल्म में दबाने। ( च ) पूरी तरह से एम्बेडेड रूप में प्लास्टिक की फिल्म और धातु के जाल को अलग करना। यह आंकड़ा संदर्भ 29 से संशोधित किया गया है इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र 2
चित्रा 2: प्रोटोटाइप 50 μm- पिच कॉपर ईएमटीई के निर्माण। ( ए - सी ) एसईएम (ज़ूम इन-इमेज दिखाए गए इंसेट के साथ बाएं,) और एएफएम (सही) LEIT के विभिन्न चरणों में एक नमूना ईएमटीई के लक्षण वर्णन: ( ए ) Photoresist में मेष पैटर्न। ( बी ) फोटो रसीस को भंग करने के बाद एफटीओ गिलास पर कॉपर जाल। ( सी ) सीओसी सब्सट्रेट में पूरी तरह से एम्बेडेड कॉपर जाल। ( डी ) धातु मोटाई और इलेक्ट्रोड पोजीशन समय के बीच एक निरंतर विद्युत्पादन वर्तमान घनत्व (3 मा / 2 सेंटीमीटर) के बीच संबंध। छाप हस्तांतरण के बाद असफल और सफल मामलों को क्रमशः लाल और काले रंग से चिह्नित किया गया है। यह आंकड़ा संदर्भ 2 9 से संशोधित किया गया है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3: एक पी के एसईएम (बाएं) और एएफएम (दाएं) लक्षणएलआईटी के विभिन्न चरणों में रोटोटाइप उप-माइक्रोमीटर-लाइनविड्थ ईएमटीटी। ( ए ) ईएनबीएल का उपयोग करते हुए एक पीएमएमए फिल्म में बनाई गई नैनोमेश पैटर्न। ( बी ) पीएमएमए फिल्म को भंग करने के बाद एफटीओ गिलास पर कॉपर नैनोमेश ( सी ) सीओसी सब्सट्रेट में पूरी तरह से एम्बेडेड कॉपर नैनोमेश। यह आंकड़ा संदर्भ 29 से संशोधित किया गया है इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 4
चित्रा 4: प्रोटोटाइप 50 μm- पिच कॉपर ईएमटीई के प्रदर्शन विशेषता। ( ए ) ठेठ तांबा ईएमटीई के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा इनसेट: लचीला कॉपर ईएमटीई की ऑप्टिकल छवि ( बी ) तांबा ईएमटीई के लिए ट्रांसमिशन और शीट प्रतिरोध के बीच संबंध विभिन्न जाल मोटाई की; संबंधित एफओएम मूल्यों को इनसेट में प्रदर्शित किया जाता है यह आंकड़ा संदर्भ 29 से संशोधित किया गया है इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 5
चित्रा 5: कॉपर ईएमटीई की आयामी स्केलेबिलिटी और मटेरियल वर्टिलेटिलिटी। ( ए ) शीट प्रतिरोध और एक बड़े सीओसी सब्सट्रेट (5 x 5 सेमी 2 ) पर 150 माइक्रोन की पिच के साथ एक उच्च पारदर्शी कॉपर ईएमटीई के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा। इनसेट: बड़े क्षेत्र ईएमटीई की ऑप्टिकल छवि ( बी ) शीट रिसाइस्टेंस और 50 माइक्रू-पिच ईएमटीई के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा विभिन्न धातुओं से बना है। यह आंकड़ा संदर्भ 29 से संशोधित किया गया हैP_upload / 56019 / 56019fig5large.jpg "target =" _ blank "> कृपया इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
6 चित्रा: कॉपर ईएमटीई के यांत्रिक और पर्यावरण स्थिरता। ( ए ) बार-बार संपीड़ित झुका चक्र के साथ शीट प्रतिरोध में परिवर्तन की कव ( बी ) बार-बार तन्य झुका चक्र के साथ शीट प्रतिरोध में परिवर्तन की कव ( सी ) पर्यावरण और रासायनिक परीक्षणों में शीट प्रतिरोध में परिवर्तन। असफल: परीक्षणों के बाद SEM चित्र। यह आंकड़ा संदर्भ 29 से संशोधित किया गया है इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

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Discussion

फीचर आकार और नमूने के क्षेत्रों और विभिन्न सामग्रियों के उपयोग के लिए स्केलेबिलिटी की अनुमति देने के लिए हमारी निर्माण विधि को और संशोधित किया जा सकता है। ईबीएल का उपयोग करते हुए उप-माइक्रोमीटर-लाइनविड्थ ( चित्रा -3 ए -3 सी ) तांबा ईएमटीई का सफल निर्माण साबित होता है कि ईएमटीई संरचना और इलेक्ट्रोलेटिंग और इम्प्रिंट ट्रांसफर सहित एलआईटी के निर्माण में महत्वपूर्ण कदमों को एक उप-माइक्रोमीटर श्रेणी से विश्वसनीय रूप से बढ़ाया जा सकता है इसी तरह, अन्य बड़े क्षेत्र लिथोग्राफी प्रक्रियाएं, जैसे कि चरण-शिफ़्ट फोटोोलिथोग्राफी 30 , नैनोमप्रिंट लिथोग्राफी 31 , और चार्ज-कण बीम लिथोग्राफी 32 , फिल्म का विरोध करने में उच्च-रिज़ॉल्यूशन पैटर्न बनाने के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। हमारे प्रदर्शन में उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोडपॉज़ी प्रक्रिया एक प्रयोगशाला पैमाने पर सेटअप पर आधारित है। हालांकि, हमारी पद्धति को आसानी से औद्योगिक पैमाने पर, बड़े-थ्रूपुट इलेक्ट्रोप्लेटिंग बाथ के उत्पादन के लिए संशोधित किया जा सकता है। हम वहां थेप्रदूषण में छापों का स्थानांतरण, लेकिन अन्य सामग्री जो पराबैंगनी या अन्य तरीकों से ठीक हो सकती है, को हस्तांतरण प्रक्रिया पर भी लागू किया जा सकता है।

हमारे विधि को पूरा करते समय, कुछ समस्याएं हो सकती हैं धातु जाल मोटाई, साथ ही इसकी ज्यामितीय प्रोफाइल, ईएमटीई के अनुरूप LEIT निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं। चित्रा 2 डी में दिखाए गए वक्र से पता चलता है कि स्थानांतरण केवल मोटा मेस ( यानी, 500 एनएम से अधिक मोटाई) के लिए सफल रहे। असफल स्थानान्तरण का कारण यह है कि ऊपरी सतह पर सीओसी फिल्म के लागू होने वाली फंसाने वाली शक्ति और पतले धातु के टुकड़ों के तलवों को आसानी से धातु और एफटीओ ग्लास के बीच आसंजन बल का मुकाबला नहीं किया जा सकता था।

हमारी वर्तमान पद्धति के लिए सीमाएं हैं हालांकि ईआईएमटीई के निर्माण के लिए एक विद्युत प्रसंस्करण प्रक्रिया के साथ वैक्यूम-आधारित धातु जमाव को बदलने के लिए LEIT एक लागत प्रभावी तरीका है, इसमें एक अनिवार्य लिथोग्रारा शामिल हैप्रत्येक नमूना बनाने के दौरान phy कदम। यह उच्च-थ्रुपुट और बड़े मात्रा के औद्योगिक उत्पादन के लिए इसकी उपयुक्तता को सीमित करता है। हमारे भविष्य का काम इस महत्वपूर्ण मुद्दे को संबोधित करने पर केंद्रित होगा।

कम लागत और उच्च-थ्रूपुट निर्माण रणनीति पर बेहतर प्रदर्शन के साथ, हमारे ईएमटीई में लचीला ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला होती है, जैसे कार्बनिक सौर कोशिका 33 , कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड 34 , जैविक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर 35 , लचीला पारदर्शी स्पर्श पैनल 10 , आदि इसके अलावा, कृत्रिम त्वचा में इसे लम्बाई सब्सट्रेट्स में स्थानांतरित करके जाल का इस्तेमाल किया जा सकता है। वर्तमान में, हम विस्तार योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इसकी उपयुक्तता की जांच कर रहे हैं। वास्तव में, इस तरह के अनुप्रयोगों में इसके प्रदर्शन का वादा किया जा रहा है

संक्षेप में, हम उपन्यास ईएमटीई पेश करते हैं जिसमें धातु के जाल को यंत्रवत् एक बहुलक फिल्म में लंगर दिया जाता है। comparमौजूदा धातु जाल इलेक्ट्रोड के लिए एड, इस ईएमटीई संरचना का मुख्य लाभ यह है कि यह सतह के उदासीनता को खोए बिना, उच्च विद्युत चालकता के लिए एक मोटी धातु जाल का उपयोग करता है। ईएमटीईएस विद्युत के अनुपात को 10 से अधिक 4 के ऑप्टिकल प्रवाहकत्त्व को पूरा करने के लिए तैयार किया जाता है, जो साहित्य में रिपोर्ट की गई टीई 29 में से सबसे अधिक है। इसके अलावा, एम्बेडेड संरचना परिवेश वातावरण में ईएमटीई के रासायनिक स्थिरता और झुकने तनाव के तहत यांत्रिक स्थिरता को बढ़ाता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

यह काम आंशिक रूप से हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र (पुरस्कार नं 17246116), नेशनल नॅचरल साइंस फाउंडेशन ऑफ़ चाइना (61306123) के युवा विद्वान कार्यक्रम, बेसिक रिसर्च प्रोग्राम- के अनुसंधान अनुदान परिषद के जनरल रिसर्च फंड द्वारा समर्थित था। शेन्ज़ेन नगरपालिका के विज्ञान और प्रौद्योगिकी नवाचार आयोग (जेसीवायजे 20140903112959 9 5 9) से सामान्य कार्यक्रम, और विज्ञान और प्रौद्योगिकी के Zhejiang प्रांतीय विभाग (2017C01058) से प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम। लेखकों को शुक्रिया अदा करना चाहूंगा- टी। ऑप्टिकल मापन के साथ उनकी सहायता के लिए हुआंग और सपा फेंग

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Sigma-Aldrich W332615 Highly flammable
Isopropanol Sigma-Aldrich 190764 Highly flammable
FTO Glass Substrates South China Xiang S&T, China
Photoresist Clariant, Switzerland 54611L11 AZ 1500 Positive tone resist (20cP)
UV Mask Aligner Chinese Academy of Sciences, China URE-2000/35
Photoresist Developer Clariant, Switzerland 184411 AZ 300 MIF Developer
Cu, Ag, Au, Ni, and Zn Electroplating solutions Caswell, USA Ready to use solutions (PLUG N' PLATE)
Keithley 2400 SourceMeter Keithley, USA 41J2103
COC Plastic Films TOPAS, Germany F13-19-1 Grade 8007 (Glass transition temperature: 78 °C)
Hydraulic Press Specac Ltd., UK GS15011 With low tonnage kit ( 0-1 ton guage)
Temperature Controller Specac Ltd., UK GS15515 Water cooled heated platens and controller
Chiller Grant Instruments, UK T100-ST5
Polymethyl Methacrylate (PMMA) Sigma-Aldrich 200336
Anisole Sigma-Aldrich 96109 Highly flammable
EBL Setup Philips, Netherlands FEI XL30 Scanning electron microscope equipped with a JC Nabity pattern generator  
Isopropyl Ketone Sigma-Aldrich 108-10-1
Silver Paste Ted Pella, Inc, USA 16031
UV–Vis Spectrometer Perkin Elmer, USA L950

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References

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इंजीनियरिंग अंक 124 एम्बेडेड धातु जाल लचीला पारदर्शी इलेक्ट्रोड समाधान-संसाधित लिथोग्राफी इलेक्ट्रोडपेशेज थर्मल इंपिक्स ट्रांसफर
उच्च प्रदर्शन, लचीले, एंबेडेड मेटल मेश के साथ पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए स्केलेबल सॉल्यूशन-प्रोसेसेड फ़ैब्रिकेशन स्ट्रेटजी
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