Summary
Этот протокол описывает стратегию изготовления на основе решений для высокопроизводительных, гибких, прозрачных электродов с полностью встроенной толстой металлической сеткой. Гибкие прозрачные электроды, изготовленные по этому процессу, демонстрируют самые высокие показатели, включая сверхнизкое сопротивление листа, высокую оптическую проходимость, механическую стабильность при изгибе, прочную адгезию подложки, плавность поверхности и стабильность окружающей среды.
Abstract
Здесь авторы сообщают о внедренном прозрачном электроде из металлической сетки (EMTE) - новом прозрачном электроде (TE) с металлической сеткой, полностью встроенной в полимерную пленку. В этом документе также представлен недорогой, без вакуума способ изготовления этого нового ТЕ; Подход сочетает обработку литографии, гальванизации и переноса отпечатков (LEIT). Встроенный характер EMTE предлагает множество преимуществ, таких как высокая гладкость поверхности, что важно для производства органических электронных устройств; Превосходная механическая стабильность при изгибе; Благоприятное сопротивление химическим веществам и влаге; И прочная адгезия с пластиковой пленкой. Производство LEIT представляет собой процесс гальванизации для вакуумного осаждения металлов и благоприятствует промышленному массовому производству. Кроме того, LEIT позволяет изготавливать металлическую сетку с высоким соотношением сторон ( т. Е. Толщиной до ширины линии), значительно увеличивая ее электропроводность, не отрицая потери оптического transmittance. Мы демонстрируем несколько прототипов гибких EMTE с сопротивлением листа менее 1 Ω / sq и коэффициентами пропускания более 90%, что приводит к очень высоким показателям достоинства (FoM) - до 1,5 x 10 4 - которые являются одними из лучших значений в Опубликованная литература.
Introduction
Во всем мире проводятся исследования по замене жестких прозрачных проводящих оксидов (ТСО), таких как оксид индия-олова и пленки с оксидом олова (FTO), легированные фтором, для изготовления гибких / растяжимых ТЭ, которые будут использоваться в будущих гибких / Растяжимые оптоэлектронные устройства 1 . Это требует новых материалов с новыми методами изготовления.
Изучены наноматериалы, такие как графен 2 , проводящие полимеры 3 , 4 , углеродные нанотрубки 5 и случайные металлические нанопроволочные сети 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 и продемонстрировали свои возможности в гибких ТЭ, устраняя недостатки Существующие ТСО на основе ТСО, Включая хрупкость пленки 12 , коэффициент пропускания инфракрасного диапазона 13 и низкий уровень 14 . Даже при таком потенциале все еще сложно достичь высокой электрической и оптической проводимости без ухудшения при непрерывном изгибе.
В этих рамках регулярные металлические сетки 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 эволюционируют как перспективный кандидат и обладают удивительно высокой оптической прозрачностью и низким сопротивлением листа, которые могут быть настроены по требованию. Тем не менее, широкое использование TE на основе металлической сетки было затруднено из-за многочисленных проблем. Во-первых, изготовление часто связано с дорогостоящим осаждением металлов 16 , 17 , 18 , 21 . Во-вторых, толщина может легко вызвать электрическое короткое замыкание 22 , 23 , 24 , 25 в тонкопленочных органических оптоэлектронных устройствах. В-третьих, слабая адгезия с поверхностью подложки приводит к плохой гибкости 26 , 27 . Вышеупомянутые ограничения создали спрос на новые TE-структуры на основе металлической сетки и масштабируемые подходы для их изготовления.
В этом исследовании мы сообщаем о новой структуре гибких ТЭ, которая содержит металлическую сетку, полностью встроенную в полимерную пленку. Мы также описываем инновационный подход, основанный на решениях и недорогой технологии, который сочетает в себе литографию, электроосаждение и передачу отпечатка. Значения FoM, достигающие 15k, были достигнуты на образцах EMTE. Из-за встроенного характераНаблюдались EMTE, замечательная химическая, механическая и экологическая стабильность. Кроме того, технология изготовления обработанного решения, установленная в этой работе, потенциально может быть использована для недорогого и высокопроизводительного производства предлагаемых EMTE. Эта технология изготовления масштабируется до более тонких линий сетки металлической сетки, больших площадей и ряда металлов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ВНИМАНИЕ: Пожалуйста, обратите внимание на безопасность электронного луча. Пожалуйста, надевайте защитные очки и одежду. Также тщательно обрабатывайте все легковоспламеняющиеся растворители и растворы.
1. Изготовление на основе фотолитографии EMTE
- Фотолитография для изготовления сетчатой структуры.
- Очистите подложки из стекловолокна FTO (3 см х 3 см) с помощью жидкого моющего средства с использованием ватного тампона. Промойте их тщательно деионизированной (DI) водой, используя чистый ватный тампон. Затем очистите их с помощью ультразвука (частота = 40 кГц, температура = 25 ° C) в изопропиловом спирте (IPA) в течение 30 с, прежде чем высушить их сжатым воздухом.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Обращайтесь с сжатым воздухом осторожно. - Spincoat 100 мкл фоторезиста на очищенном FTO-стекле в течение 60 с при 4000 об / мин (приблизительно 350 xg для образцов с радиусом 2 см), чтобы получить однородную пленку толщиной 1,8 мкм.
- Выпекать пленку фоторезиста на конфорке в течение 50 с при100 ° C.
- Экспозиция фоторезистской пленки через фотомаску с сетчатым рисунком (ширина линии 3 мкм, шаг 50 мкм) с использованием выравнивателя УФ-маски для дозы 20 мДж / см 2 .
- Разработайте фоторезист, погрузив образец в раствор для проявителя в течение 50 с.
- Промойте образец водой DI и высушите его сжатым воздухом.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Обращайтесь с сжатым воздухом осторожно.
- Очистите подложки из стекловолокна FTO (3 см х 3 см) с помощью жидкого моющего средства с использованием ватного тампона. Промойте их тщательно деионизированной (DI) водой, используя чистый ватный тампон. Затем очистите их с помощью ультразвука (частота = 40 кГц, температура = 25 ° C) в изопропиловом спирте (IPA) в течение 30 с, прежде чем высушить их сжатым воздухом.
- Электроосаждение металлов.
- Налейте 100 мл водного раствора для покрытия меди в стакане емкостью 250 мл.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для изготовления EMTE с соответствующими металлами могут использоваться другие водные растворы для покрытия ( например, серебро, золото, никель и цинк).
ВНИМАНИЕ: Обратите внимание на химическую безопасность. - Подсоедините стекло FTO, покрытое фоторезистом, к отрицательной клемме двухэлектродной установки электроосаждения и погрузите ее в раствор для покрытия в качестве рабочего электрода.
- Подключите медный металлический стерженьК положительной клемме двухэлектродной установки электроосаждения в качестве противоэлектрода.
- Подавайте постоянный ток 5 мА (плотность тока: ~ 3 мА / см 2 ) с помощью источника питания и измерительного прибора ( например, Sourcemeter) в течение 15 минут, чтобы осадить металл до толщины приблизительно 1,5 мкм.
- Тщательно промойте покрытый фоторезистом образец FTO-стекла водой DI и высушите его сжатым воздухом.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Обращайтесь с сжатым воздухом осторожно. - Поместите образец FTO-стекла с покрытием из фоторезиста в ацетон в течение 5 минут, чтобы растворить фоторезистентную пленку, с голыми металлическими сетками поверх стекла FTO.
- Налейте 100 мл водного раствора для покрытия меди в стакане емкостью 250 мл.
- Передача металлической сетки на гибкую подложку.
- Поместите образец стекла FTO с металлической сеткой на пластины с электрическим нагревом термопринтера и нанесите на слой образца гибкую пленку с циклическим олефиновым сополимером (COC) толщиной 100 мкм, обращенную к поверхностиМеталлическая сетчатая сторона.
- Нагрейте пластины нагретого пресса до 100 ° C.
- Нанесите 15 МПа давления отпечатка и удерживайте его в течение 5 мин.
ВНИМАНИЕ: При использовании нагретого пресса обратите внимание на безопасность.
ПРИМЕЧАНИЕ. Передача отпечатка может выполняться при более низком давлении; Приведенное здесь значение давления (15 МПа) относительно велико. Это высокое давление было использовано для обеспечения полной интеграции металлической сетки в пленку COC. - Охладите нагретые плиты до температуры выталкивания 40 ° C.
- Отпустите давление отпечатка.
- Слейте пленку COC из стекла FTO, с металлической сеткой, полностью встроенной в пленку COC.
2. Изготовление субмикронных EMTE
- Изготовление субмикронных EMTE с использованием электронно-лучевой литографии (EBL).
- Spinkoat 100 мкл раствора полиметилметакрилата (ПММА) (15 тыс. МВт, 4 мас.% В анизоле) на очищенном FTO-стекле на 60 саT 2500 об / мин (приблизительно 140 xg для образцов с радиусом 2 см) для достижения однородной пленки толщиной 150 нм.
- Выпекать ПММА-пленку на конфорке в течение 30 мин при температуре 170 ° С.
- Включите систему EBL и создайте сетчатый рисунок (ширина линии 400 нм, шаг 5 мкм) с использованием генератора шаблонов 29 .
- Поместите образец в сканирующий электронный микроскоп, подключенный к генератору шаблонов, и выполните процесс записи 29 .
- Разработайте резист в течение 60 с в смешанном растворе метилизопропилкетона и изопропанола с соотношением 1: 3.
- Промойте образец водой DI и высушите его сжатым воздухом.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Обращайтесь с сжатым воздухом осторожно. - Поместите 100 мл водного раствора для нанесения меди в стакан среднего размера.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для изготовления EMTE с соответствующими металлами следует использовать другие водные растворы для покрытия ( например, растворы серебра, золота, никеля и цинка) </ Li> - Прикрепите стекло FTO с покрытием PMMA к отрицательной клемме двухэлектродной установки электроосаждения, окуните ее в раствор для нанесения покрытия в качестве рабочего электрода и соедините медный металлический стержень с положительной клеммой для завершения цепи.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для соответствующих металлических электроосаждений следует использовать другие металлические стержни ( например, серебро, золото, никель и цинк). - Примените подходящий ток, соответствующий плотности тока приблизительно 3 мА / см 2 , к области сетчатой структуры в течение 2 мин для осаждения металла до толщины приблизительно 200 нм (фактическая толщина должна определяться SEM или AFM).
- Осторожно промойте образец водой DI и поместите его в ацетон в течение 5 минут, чтобы растворить ПММА-пленку.
- Поместите образец металлического сетчатого стекла FTO на электрически нагреваемые плиты термопринтера и поместите пленку COC (толщиной 100 мкм) поверх образца.
- Нагрейте плиты до 100 ° C, нанесите 15MPa, и удерживайте его в течение 5 мин.
- Охладите нагретые плиты до температуры выталкивания 40 ° C и отпустите давление отпечатка.
- Слейте пленку COC из стекла FTO вместе с металлической сеткой из микробита, полностью встроенной в пленку COC.
3. Измерение эффективности EMTE
- Измерение сопротивления листа.
- Распределите серебряную пасту на двух противоположных краях квадратного образца и подождите, пока она не высохнет.
- Осторожно поместите четыре датчика измерения сопротивления на серебряные колодки, следуя инструкциям по оборудованию.
- Переключитесь в режим измерения сопротивления источника питания / измерительного прибора и запишите значение на дисплее.
- Измерение оптической передачи.
- Включите настройку измерения UV-Vis и откалибруйте спектрометр ( т. Е. Сравните показания с остроумиемГа стандартного образца для проверки точности прибора).
- Поместите образец EMTE на держатель образца спектрометра и правильно выровняйте оптическое направление.
- Отрегулируйте спектрометр на 100% коэффициент пропускания.
ПРИМЕЧАНИЕ. Все значения пропускания, представленные здесь, нормализуются к абсолютному пропусканию через голый субстрат пленки COC. - Измерьте коэффициент пропускания образца.
- Сохраните измерение и выйдите из системы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
На рисунке 1 показана схематическая и производственная блок-схема образцов EMTE. Как показано на рисунке 1a , EMTE состоит из металлической сетки, полностью встроенной в полимерную пленку. Верхняя грань сетки находится на том же уровне, что и подложка, отображая в целом гладкую платформу для последующего производства устройства. Техника изготовления схематически поясняется на рисунке 1b- e . После разбрызгивания фоторезистской пленки на подложке из FTO-стекла фотолитография используется для создания сетчатой структуры в фоторезисте путем воздействия и развития УФ-излучения ( рисунок 1b ), показывающего проводящую поверхность стекла в траншее. На следующем этапе соответствующий металл выращивают внутри окопов путем электроосаждения, которое заполняет траншеи, образуя обычную металлическую сетку ( фиг. 1c рис. 1d ). Затем полимерную пленку помещают на образец и нагревают до температуры, превышающей температуру стеклования. Металлическую сетку вставляют в размягченную полимерную пленку посредством приложения равномерного давления ( рис. 1е ). Наконец, охлаждая стек до комнатной температуры и отрывая полимерную пленку от проводящего стекла, металлическая сетка переносится в пластиковую пленку в полностью внедренной форме ( рис. 1f ). Вся процедура изготовления основана на решениях и реализуется в окружающей атмосфере; Поэтому его можно легко адаптировать для массового производства.
На рисунке 2 представлена атомно-силовая микроскопия (АФМ) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) imaGes морфологии EMTE на разных этапах изготовления LEIT-процесса. На рис. 2, а представлены изображения траншей в фоторезистской пленке, сделанные фотолитографией. В этом конкретном образце ширина траншеи фоторезиста составляет около 4 мкм, а глубина - около 2 мкм. На рисунке 2b показана гальванизированная медная сетка на стекле FTO. Как видно из результатов, медная сетка имеет толщину и ширину линии около 1,8 и 4 мкм, соответственно. На фигуре 2c показана перенесенная медная сетка на пленке 28 КОК. Изображения AFM подтверждают, что шероховатость поверхности выполненной EMTE (толщина 1,8 мкм) меньше 50 нм, что подтверждает ее встроенную конфигурацию. Метод LEIT может быть дополнительно изучен путем изменения времени электроосаждения для изготовления медных EMTE различной толщины. Корреляция толщины металла и времени электроосажденияНа рисунке 2d показана кривая, показанная на рисунке 2d, показывает, что толщина металла изменяется нелинейно с увеличением времени электроосаждения. Это связано с непрямоугольным поперечным сечением траншеи фоторезиста ( рис. 2а ), которая имеет более узкое дно, но более широкую вершину. Таким образом, во время электроосаждения (постоянный ток) скорость роста толщины металла уменьшается со временем. Следовательно, сетка имеет большую ширину в верхней части, что выгодно для переноса отпечатка, поскольку она может быть механически закреплена в пластиковой пленке.
На рисунке 3a -c показана структурная характеристика производства EMTE с EBL-образным рисунком на разных этапах процесса LEIT для проверки его размерной масштабируемости. На рисунке 3a показаны AFM и SEM-изображения trenChes в пленке ПММА через EBL. Глубина и ширина траншеи составляют около 150 и 400 нм соответственно. На рис. 3b показана медная сетка, покрытая гальваническим покрытием на FTO-стекле, а на фигуре 3c представлена медная сетка с отпечатком, нанесенная на пленку COC. Металлическая сетка на субстрате COC полностью заполнена, что обеспечивает прочную адгезию и стабильность с пластиковой подложкой.
На рисунке 4а показана пропускаемость медных EMTE с толщиной 600 нм, 1 мкм и 2 мкм в диапазоне длин волн 300-850 нм. Когда толщина металлической сетки увеличилась с 600 нм до 2 мкм, было обнаружено только минимальное уменьшение коэффициента пропускания, и это падение объясняется непрямоугольным профилем траншеи в фоторезисте и металлическим перекрытием. С другой стороны, сопротивление листа ЕМТЭ может быть значительно уменьшено, когда толщина металлаУвеличивается, как показано на рисунке 4b . Исключительно низкое сопротивление листа 0,07 Ом / кв. Было зарегистрировано для медной EMTE с толщиной 2 мкм, при этом оптический коэффициент пропускания еще превышает 70%.
На рисунке 4b показано отношение электрической проводимости к оптической проводимости (σ dc / σ opt ), FoM, обычно используемое для сравнения характеристик TE. Значения FoM, показанные на рисунке 4b, были рассчитаны для различных EMTE, сделанных в этой работе, путем применения следующего широко используемого выражения 4 , 7 , 17 , 18 : 
Где R s - сопротивление листа, а T - оптический коэффициент пропускания при 550 нм волнедлина. Вставка на рисунке 4b показывает взаимосвязь между FoM и толщиной металла. Данный график показывает, что толщина металла оказывает значительное влияние на сопротивление листа и, следовательно, на величину FoM за счет усиления проводимости более толстой металлической сетки без значительного снижения коэффициента пропускания. Прототипы EMTE достигли значений FoM выше 1,5 x 10 4 , которые являются одними из лучших значений, указанных в литературе.
На фиг.5а показаны стойкость листа и спектры ультрафиолетового излучения высокопрозрачной медной EMTE на пленке COC (5 × 5 см 2 ) с шагом, шириной линии и толщиной 150, 4 и 1 мкм, соответственно, демонстрируя масштабируемость Общий размер нашей структуры EMTE и стратегия производства LEIT. Из-за относительно большого шага образец показывает более высокий коэффициент оптического пропускания (94%), в то время как mЧто соответствует сопротивлению нижнего листа (0,93 Ом / кв). Аналогичным образом, многочисленные устройства сопротивления листа и оптического пропускания могут быть достигнуты для разных устройств путем регулировки ключевых геометрических характеристик EMTE.
На рис. 5b показаны сопротивления листа и спектры оптического пропускания EMTE различных металлов, в том числе серебра, золота, никеля и цинка, чтобы продемонстрировать универсальность выбора материала в нашем EMTE. Спектры пропускания почти плоские и безликие во всем видимом диапазоне, что выгодно для устройств отображения и применений солнечных элементов. Цементные, серебряные и никелевые ЭМТ имеют сравнимую толщину металла, поэтому все образцы имеют приблизительно одинаковые коэффициенты пропускания (около 78%), а сопротивление листа составляет 1,02, 0,52 и 1,40 Ом / кв. Из-за различной толщины металла, EMTE на основе золота и меди (около 2 мкм и 600 нм соответственно) имеют сопротивление листа 0,20 и 0,70 Ом / кв и коэффициент пропускания 72% и 82% соответственно. Успешное производство этих EMTE подтвердило универсальность материалов, поэтому удовлетворяет разнообразные требования к химической совместимости и функции работы проводника в различных устройствах.
На рис. 6a и b представлена превосходная гибкость наших EMTE путем корреляции сопротивления листа с циклами изгиба для сжимающих и растягивающих нагрузок при радиусах 3, 4 и 5 мм. Результаты, показанные на рис. 6а, демонстрируют, что для сжимающих изгибов с радиусами 4 и 5 мм не наблюдается очевидного изменения сопротивления листа (0,07 Ом / кв) для 1000 изгибов. Кроме того, изменение сопротивления листа находится в пределах 100% от его первоначального значения (от 0,07 Ом / кв. До 0,13 Ом / кв.) Для радиуса изгиба 3 мм. Аналогично, для растяжения bОкончание, отклонения сопротивления листа от циклов изгиба показаны на рисунке 6b , что указывает на то, что за 1000 циклов радиусов 3, 4 и 5 мм сопротивление листа изменилось почти на 350%, 150% и 30% соответственно. На рисунке 6c показана экологическая стабильность медных EMTE после погружения в воду DI и IPA и воздействие горячей и влажной атмосферы (60 ° C, относительная влажность 85%). Из результатов видно, что через 24 часа морфологические структуры и сопротивление листа ЕМТЭ остаются неизменными.
Рисунок 1: Схематические диаграммы структуры EMTE и процедуры изготовления LEIT. (A) EMTE с металлической сеткой, встроенной в прозрачную пластиковую пленку. ( B ) Модели сетки, сделанные вПленка, нанесенная на проводящую стеклянную подложку с использованием литографии. ( C ) Электроосаждение металла внутри траншей резиста для изготовления однородной металлической сетки. ( D ) Растворение резиста для достижения пустой металлической сетки. ( E ) Нагрев и прессование металлической сетки в пластиковую пленку. ( F ) Разделение пластиковой пленки и металлической сетки в полностью внедренной форме. Эта цифра была изменена из ссылки 29 . Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Изготовление прототипных медных EMTE 50 мкм. ( A - c ) SEM (слева, с вставкой, показывающей увеличенное изображение) и AFM (Правые) характеристики образца EMTE на разных этапах LEIT: ( a ) сетчатый рисунок в фоторезисте. ( B ) Медная сетка на FTO-стекле после растворения фоторезиста. ( C ) Медная сетка, полностью внедренная в субстрат COC. ( D ) Связь между толщиной металла и временем электроосаждения при постоянной плотности тока электроосаждения (3 мА / см 2 ). Неудачные и успешные случаи после переноса отпечатка обозначаются соответственно красным и черным цветами. Эта цифра была изменена из ссылки 29 . Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: SEM (слева) и AFM (справа). Характеристики PРототип. Ширина подмикрометров EMTE на разных этапах LEIT. (A) Наномеш-шаблоны, выполненные в ПММА-пленке с использованием EBL. ( Б ) Медный наномеш на FTO-стекле после растворения ПММА-пленки. ( C ) Медный наномеш полностью внедрен в субстрат COC. Эта цифра была изменена из ссылки 29 . Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Характеристика производительности прототипов медных EMTE 50 мкм. (A) Оптические спектры типичных медных EMTE. Вставка: оптическое изображение гибкой меди EMTE. ( B ) Связь между коэффициентом пропускания и сопротивлением листа для медных EMTE Различной толщины сетки; Соответствующие значения FoM отображаются во вставке. Эта цифра была изменена из ссылки 29 . Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Масштабируемость размеров и универсальность материалов медных EMTE. (А) Листостойкость и оптические спектры высокопрозрачной медной ЭМТЕ с шагом 150 мкм на большой подложке COC (5 х 5 см 2 ). Вставка: оптическое изображение EMTE большой площади. ( Б ) сопротивления листа и оптические спектры ЭМТЭ размером 50 мкм, изготовленные из разных металлов. Эта цифра была изменена из ссылки 29 .P_upload / 56019 / 56019fig5large.jpg "target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Механическая и экологическая стабильность медных EMTE. (A) Кривая изменений сопротивления листа с повторяющимися циклами сгибания. ( B ) Кривая изменений сопротивления листа с повторяющимися циклами изгибания при растяжении. ( C ) Изменения сопротивления листа в экологических и химических испытаниях. Ввод: снимки SEM после испытаний. Эта цифра была изменена из ссылки 29 . Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Наш метод изготовления может быть дополнительно модифицирован, чтобы обеспечить масштабируемость размеров и областей выборки и для использования различных материалов. Успешное изготовление ширины линии субмикрометра ( рис. 3a-3c ) с использованием EBL доказывает, что структура EMTE и ключевые этапы производства LEIT, включая гальванизацию и передачу отпечатка, могут быть надежно уменьшены до диапазона субмикрометра. Аналогично, для создания образцов с высоким разрешением в пленке резиста также могут использоваться другие процессы литографии большой площади, такие как фотолитография с фазовым сдвигом 30 , нанометрическая литография 31 и литография 32 заряженных частиц. Процесс электроосаждения, используемый в нашей демонстрации, основан на лабораторной установке. Однако наш метод может быть легко модифицирован в промышленную гальваническую ванну с большой пропускной способностью для производства. Мы использовалиОтпечаток на демонстрации, но другие материалы, которые могут быть отверждены ультрафиолетом или другими средствами, также могут быть применены к процессу переноса.
При выполнении нашего метода могут возникнуть некоторые проблемы. Толщина металлической сетки, так же как и ее геометрический профиль, имеет решающее значение для последовательного производства ЛИТЭ EMTE. Кривая, показанная на рисунке 2d, показывает, что передачи были успешными только для более толстых сеток ( т. Е. Толщины более 500 нм). Причиной неудачных передач является то, что применяемая сила захвата пленки КОК на верхней поверхности и боковине более тонких металлических сеток просто не могла противостоять адгезионной силе между металлом и стеклом FTO.
Существуют ограничения для нашего текущего метода. Хотя LEIT является экономически эффективным подходом к замене осаждения металла на основе вакуума с процессом гальванизации для изготовления EMTE, он включает обязательную литографиюPhy шаг при создании каждого образца. Это ограничивает его пригодность для высокопроизводительного и крупномасштабного промышленного производства. Наша будущая работа будет сосредоточена на решении этой важной проблемы.
Благодаря лучшей производительности по более низкой цене и высокопроизводительной стратегии изготовления наша EMTE имеет широкий спектр применений в гибких оптоэлектронных устройствах, таких как органические солнечные элементы 33 , органические светоизлучающие диоды 34 , органические тонкопленочные транзисторы 35 , гибкие Прозрачные сенсорные панели 10 и т . Д. Кроме того, сетку можно использовать в искусственной коже путем переноса ее на растяжимые субстраты. В настоящее время мы изучаем его пригодность в растяжимых электронных устройствах. Действительно, его производительность многообещающая в таких приложениях.
Таким образом, мы представляем новые EMTE, в которых металлическая сетка механически закреплена в полимерной пленке. ComparК существующим металлическим сетчатым электродам, ключевым преимуществом этой структуры EMTE является то, что она использует толстую металлическую сетку для более высокой электропроводности без потери поверхностной плоскостности. EMTE изготовлены для достижения соотношения электрической и оптической проводимости более 10 4 , что является одним из самых высоких из данных ТЭ 29, о котором сообщается в литературе. Кроме того, внедренная структура повышает химическую стабильность EMTE в окружающей атмосфере и механическую стабильность при изгибном напряжении.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа была частично поддержана Фондом общих исследований Совета по грантам исследований Специального административного района Гонконга (Премия № 17246116), Программа молодых ученых Национального фонда естественных наук Китая (61306123), Программа фундаментальных исследований - (JCYJ20140903112959959), а также ключевую программу исследований и разработок в Областном департаменте науки и технологий провинции Чжэцзян (2017C01058). Авторы хотели бы поблагодарить Y.-T. Хуан и С. П. Фэн за помощь в оптических измерениях.
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 |
References
- Hecht, D. S., Hu, L., Irvin, G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures. Adv Mater. 23 (13), 1482-1513 (2011).
- Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. Graphene photonics and optoelectronics. Nat Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).
- Kirchmeyer, S., Reuter, K. Scientific importance, properties and growing applications of poly(3,4-ethylenedioxythiophene). J Mater Chem. 15 (21), 2077-2088 (2005).
- Vosgueritchian, M., Lipomi, D. J., Bao, Z. Highly Conductive and Transparent PEDOT:PSS Films with a Fluorosurfactant for Stretchable and Flexible Transparent Electrodes. Adv Funct Mater. 22 (2), 421-428 (2012).
- Zhang, M., et al. Strong, Transparent, Multifunctional, Carbon Nanotube Sheets. Science. 309 (5738), 1215-1219 (2005).
- De, S., et al. Silver Nanowire Networks as Flexible, Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical Conductivity Ratios. ACS Nano. 3 (7), 1767-1774 (2009).
- van de Groep, J., Spinelli, P., Polman, A. Transparent Conducting Silver Nanowire Networks. Nano Lett. 12 (6), 3138-3144 (2012).
- Hong, S., et al. Highly Stretchable and Transparent Metal Nanowire Heater for Wearable Electronics Applications. Adv Mater. 27 (32), 4744-4751 (2015).
- Bari, B., et al. Simple hydrothermal synthesis of very-long and thin silver nanowires and their application in high quality transparent electrodes. J Mater Chem A. 4 (29), 11365-11371 (2016).
- Hyunjin, M., Phillip, W., Jinhwan, L., Seung Hwan, K. Low-haze, annealing-free, very long Ag nanowire synthesis and its application in a flexible transparent touch panel. Nanotechnol. 27 (29), 295201 (2016).
- Lee, H., et al. Highly Stretchable and Transparent Supercapacitor by Ag-Au Core-Shell Nanowire Network with High Electrochemical Stability. ACS Appl Mater Interfaces. 8 (24), 15449-15458 (2016).
- Cairns, D. R., et al. Strain-dependent electrical resistance of tin-doped indium oxide on polymer substrates. Appl Phys Lett. 76 (11), 1425-1427 (2000).
- Bel Hadj Tahar, R., Ban, T., Ohya, Y., Takahashi, Y. Tin doped indium oxide thin films: Electrical properties. J Appl Phys. 83 (5), 2631-2645 (1998).
- Kumar, A., Zhou, C. The Race To Replace Tin-Doped Indium Oxide: Which Material Will Win? ACS Nano. 4 (1), 11-14 (2010).
- Hong, S., et al. Nonvacuum, Maskless Fabrication of a Flexible Metal Grid Transparent Conductor by Low-Temperature Selective Laser Sintering of Nanoparticle Ink. ACS Nano. 7 (6), 5024-5031 (2013).
- Wu, H., et al. A Transparent Electrode Based on a Metal Nanotrough Network. Nat Nanotechnol. 8 (6), 421-425 (2013).
- Han, B., et al. Uniform Self-Forming Metallic Network as a High-Performance Transparent Conductive Electrode. Adv Mater. 26 (6), 873-877 (2014).
- Kim, H. -J., et al. High-Durable AgNi Nanomesh Film for a Transparent Conducting Electrode. Small. 10 (18), 3767-3774 (2014).
- Kwon, J., et al. Low-Temperature Oxidation-Free Selective Laser Sintering of Cu Nanoparticle Paste on a Polymer Substrate for the Flexible Touch Panel Applications. ACS Appl Mater Interfaces. 8 (18), 11575-11582 (2016).
- Suh, Y. D., et al. Nanowire reinforced nanoparticle nanocomposite for highly flexible transparent electrodes: borrowing ideas from macrocomposites in steel-wire reinforced concrete. J Mater Chem C. 5 (4), 791-798 (2017).
- Bao, C., et al. In Situ Fabrication of Highly Conductive Metal Nanowire Networks with High Transmittance from Deep-Ultraviolet to Near-Infrared. ACS Nano. 9 (3), 2502-2509 (2015).
- van Osch, T. H. J., Perelaer, J., de Laat, A. W. M., Schubert, U. S. Inkjet Printing of Narrow Conductive Tracks on Untreated Polymeric Substrates. Adv Mater. 20 (2), 343-345 (2008).
- Ahn, B. Y., et al. Omnidirectional Printing of Flexible, Stretchable, and Spanning Silver Microelectrodes. Science. 323 (5921), 1590-1593 (2009).
- Khan, A., Rahman, K., Hyun, M. -T., Kim, D. -S., Choi, K. -H. Multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing of silver colloidal solution for the fabrication of electrically functional microstructures. Appl Phys A. 104 (4), 1113-1120 (2011).
- Khan, A., Rahman, K., Kim, D. S., Choi, K. H. Direct printing of copper conductive micro-tracks by multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing process. J Mater Process Technol. 212 (3), 700-706 (2012).
- Ellmer, K. Past achievements and future challenges in the development of optically transparent electrodes. Nat Photonics. 6 (12), 809-817 (2012).
- Choi, H. -J., et al. Uniformly embedded silver nanomesh as highly bendable transparent conducting electrode. Nanotechnol. 26 (5), 055305 (2015).
- Khan, A., Li, S., Tang, X., Li, W. -D. Nanostructure Transfer Using Cyclic Olefin Copolymer Templates Fabricated by Thermal Nanoimprint Lithography. J Vac Sci Technol B. 32 (6), (2014).
- Khan, A., et al. High-Performance Flexible Transparent Electrode with an Embedded Metal Mesh Fabricated by Cost-Effective Solution Process. Small. 12 (22), 3021-3030 (2016).
- Moon Kyu, K., Jong, G. O., Jae Yong, L., Guo, L. J. Continuous phase-shift lithography with a roll-type mask and application to transparent conductor fabrication. Nanotechnol. 23 (34), 344008 (2012).
- Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. Imprint of sub-25 nm vias and trenches in polymers. Appl Phys Lett. 67 (21), 3114-3116 (1995).
- Manfrinato, V. R., et al. Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
- Khan, A., et al. Solution-processed Transparent Nickel-mesh Counter Electrode with In-situ Electrodeposited Platinum Nanoparticles for Full-Plastic Bifacial Dye-sensitized Solar Cells. ACS Appl Mater Interfaces. 9 (9), 8083-8091 (2017).
- Lee, J., et al. A dual-scale metal nanowire network transparent conductor for highly efficient and flexible organic light emitting diodes. Nanoscale. 9 (5), 1978-1985 (2017).
- Khan, S., et al. Direct patterning and electrospray deposition through EHD for fabrication of printed thin film transistors. Current Appl Phys. 11 (1), S271-S279 (2011).
