CN106229080A - 用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜及其制备方法 - Google Patents

用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体制造技术领域，公开了用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜及其制备方法。所述方法为：a.在衬底上沉积第一金属层，并将金属层图形化为金属导电网格；b.涂覆负性光刻胶，从衬底侧对负性光刻胶进行曝光处理，形成导电网格模具；c.使用电镀方法，在金属导电网格上沉积第二金属层，并通过导电网格模具形成导电网格；d.在第二金属层和导电网格模具上沉积透明导电层；e.在透明导电层上制作有机保护层，形成低阻值透明导电网络膜。本发明通过引入电镀法，并结合埋入式结构，在不增加金属网格线宽的同时，尽量增厚金属层的厚度，实现超厚、超细的金属网格，满足了柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。

Description

用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别是涉及一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜及其制备方法。
背景技术
透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜。现有常用的透明导电膜有：透明导电氧化物，如ITO；银纳米线；碳纳米管；石墨烯等。但是这些材料在透光性与导电性上都存在相互制约的情况。在大尺寸透明电极的应用中，由于压降问题，需要制作低阻值且具有良好透明性的导电薄膜。通常的解决方法是引入金属网格(metal mesh)。利用金属网格提供低阻值的导电网络。金属网格导电性与金属层线宽以及薄膜厚度密切正相关。但是线宽越宽，光学透过率影响严重。另一方面，如使用传统的真空镀膜工艺，金属网格的膜层厚度，由于应力等问题，无法超过500nm。不能满足低阻、透明的更高需求。
因此，针对现有技术不足，提供一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法以制备低阻、高透明的导电网络以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，该方法能够制备超厚、超细的金属网格，满足柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。
本发明的再一目的在于提供由上述制备方法得到的用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现：
一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，包括如下步骤：
a.在衬底上沉积第一金属层，并将金属层图形化为超细的金属导电网格；
b.制备导电网格模具：涂覆负性光刻胶，从衬底侧对负性光刻胶进行曝光处理，形成导电网格模具；
c.使用电镀方法，在金属导电网格上沉积第二金属层，并通过导电网格模具形成导电网格；
d.在第二金属层和导电网格模具上沉积透明导电层；
e.在透明导电层上制作有机保护层，形成低阻值透明导电网络膜。
步骤a中所述第一金属层的材料为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni单质；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金。
步骤a中所述第一金属层为单层或者多层结构。
步骤a中所述金属导电网格的线宽为0.1至50μm；优选的，步骤a中所述金属导电网格的线宽为1至16μm。
步骤b中所述涂覆的负性光刻胶的厚度为1um至10um。
步骤c中所述第二金属层的材料为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W或者Ni；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金。
步骤c中所述第二金属层的厚度为1至10um。
优选地，步骤c中所述第二金属层和第一金属层的厚度之和大于负性光刻胶厚度，且所超出的厚度不超过500nm。
步骤d中所述透明导电层厚度为0.1nm至200nm；所述透明导电层的材料为透明氧化物材料、银纳米线、碳纳米管或石墨烯中的一种以上。
步骤e中所述有机保护层材料为聚酰亚胺，光刻胶，苯丙环丁烯或聚甲基丙烯酸甲酯，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜，厚度为1000nm～5000nm。
步骤a中所述衬底透明材料，优选为超薄玻璃、聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮或聚甲基丙烯酸甲酯。
所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜由上述制备方法得到。
所述低阻值透明导电网络膜用于柔性电子器件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明通过引入电镀法，并结合埋入式结构，在不增加金属网格线宽的同时，尽量增厚金属层的厚度，实现超厚、超细的金属网格，满足了柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。
附图说明
图1是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤a的示意图；
图2是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤b的负性光刻胶曝光处理示意图；
图3是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤b的金属导电网格模具完成时示意图；
图4是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤c的示意图；
图5是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤d的示意图；
图6是实施例2的一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法中步骤e的示意图；
在图1至图6中，包括：衬底-100、第一金属层形成的金属导电网格-200、负性光刻胶-300、导电网格模具-400、导电网格-500、透明导电膜-600、有机保护层-700。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法的制备方法，包括如下步骤：
a.在衬底上沉积第一金属层，并图形化为超细的金属导电网格；
b.制备导电网格模具：在金属导电网格和未被金属覆盖的衬底上涂覆负性光刻胶，从衬底侧对负性光刻胶进行曝光处理，形成导电网格模具；光刻胶的厚度为1um至10um；
c.使用电镀方法，在金属导电网格上沉积第二金属层，同时通过导电网格模具形成导电网格；
d.在第二金属层和导电网格模具上沉积透明导电层；
e.在透明导电层上制作有机保护层，形成低阻值透明导电网络。
其中，上述步骤a中的第一金属层的材料可为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni单质；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金。第一金属层为单层或者多层结构。金属导电网格的线宽为0.1至50μm，优选为1至16μm。
上述步骤c中第二金属层的材料为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W或者Ni；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金。第二金属层的厚度为1至10um。
上述步骤d沉积的透明导电层厚度为0.1nm至200nm；透明导电层的材料为透明氧化物材料、银纳米线、碳纳米管或石墨烯中至少一种。
所述透明导电层的材料为透明氧化物材料时，透明氧化物材料可以为InSnO(ITO)、InZnO、AlZnO或者GaZnO。透明导电层的材料为银纳米线时，银纳米线的线径优选为20至100nm。步骤d可使用真空成膜法，转印，印刷、旋涂等方法进行成膜。
该方法能够制备超厚、超细的金属网格，满足柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。
实施例2
一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法的制备工艺，具体包括如下步骤：
a.在衬底(100)上沉积第一金属层，并图形化为超细的金属导电网格(200)，如图1所示；
所述衬底(100)选择透明柔性衬底，可以是超薄玻璃、聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮或聚甲基丙烯酸甲酯；
所述第一金属层采用物理溅射法(溅射压力5mTorr，溅射气体Ar，溅射功率1000W)沉积在衬底(100)上，所述第一金属层为100nm的Ag薄膜；并采用稀HCl(HCl:H2O＝20:1)刻蚀Ag膜形成线宽为5um的金属导电网络(200)；
b.制备导电网格模具(400)；具体是，使用旋涂法在金属导电网格和未被金属覆盖的衬底上(100)涂布负性光刻胶SU8，厚度3um；并且从透明柔性衬底(100)侧照射UV光(UV照射强度都100mJ)，利用Ag网格图形作为掩模，在负性光刻胶(300)上形成导电网格模具(400)，如图2和3所示；
c.利用电镀法，在金属导电网格上沉积约3um厚的第二金属层——Ag，并通过导电网格模具形成导电网格(500)，如图4所示；(电镀的条件为：使用硝酸银AgNO3作为电解液，然后在4A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间60s，镀液温度保持30C)；
d.在导电网格(500)和导电网格模具上使用溅射法(溅射法的条件为：溅射压力5mTorr，溅射气体Ar/O2＝50SCCM/0.5SCCM，溅射功率800W)制备50nm的AZO薄膜作为透明导电膜(600)，如图5所示；
e.使用永光电子光刻胶EOC130，涂覆厚度1.5um作为保护层(700)，如图6所示。
该方法能够制备超厚、超细的金属网格，满足柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。
实施例3
一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络的制备方法的制备工艺，具体包括如下步骤：
a.在PEN衬底(100)上采用物理溅射方法(溅射条件为溅射压力4mTorr，溅射气体Ar，溅射功率500W，溅射时间20s)沉积100nm的Cu膜(第一金属层)然后使用H2O2\H2SO4溶液，对Cu膜刻蚀形成线宽为3um的金属导电网格(200)；
b.制备导电网格模具(400)；具体是，使用旋涂法在金属导电网格和未被金属覆盖的衬底上(100)涂布负性光刻胶SU8，厚度2um；并且从透明柔性衬底(100)侧照射UV光(强度为80mJ)，利用Cu网格图形作为掩模，在负性光刻胶(300)上形成导电网格模具(400)；
c.利用电镀法，在金属导电网格上沉积约2.3um厚的第二金属层—Cu，并通过导电网格模具形成导电网格(500)；所述电镀条件为：使用CuSO4作为电解液，在2A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间45s，镀液温度保持30℃；
d.在导电网格(500)和导电网格模具(400)上使用溅射法，溅射压力2mTorr，溅射气体Ar/O2＝50SCCM/1SCCM，溅射功率800W，制备120nm的ITO薄膜作为透明导电膜(600)；
e.使用东丽光刻胶DL1000，涂覆厚度2um作为保护层(700)。
该方法能够制备超厚、超细的金属网格，满足柔性电子器件对低阻值、高透明导电网络的要求。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.在衬底上沉积第一金属层，并将金属层图形化为超细的金属导电网格；
b.制备导电网格模具：涂覆负性光刻胶，从衬底侧对负性光刻胶进行曝光处理，形成导电网格模具；
c.使用电镀方法，在金属导电网格上沉积第二金属层，并通过导电网格模具形成导电网格；
d.在第二金属层和导电网格模具上沉积透明导电层；
e.在透明导电层上制作有机保护层，形成低阻值透明导电网络膜。
2.根据权利要求1所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤a中所述金属导电网格的线宽为0.1至50μm；步骤c中所述第二金属层的厚度为1至10um。
3.根据权利要求2所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤a中所述金属导电网格的线宽为1至16μm；步骤c中所述第二金属层和第一金属层的厚度之和大于负性光刻胶厚度，且所超出的厚度不超过500nm。
4.根据权利要求1所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤b中所述涂覆的负性光刻胶的厚度为1um至10um。
5.根据权利要求1所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤a中所述第一金属层的材料为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni单质；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金；
步骤c中所述第二金属层的材料为Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W或者Ni；或者为含有Mo、Ag、Al、Ti、Ta、Au、Cr、W、Ni中至少一种元素的合金。
6.根据权利要求1所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤d中所述透明导电层厚度为0.1nm至200nm；步骤e中所述有机保护层的厚度为1000nm～5000nm。
7.步骤d中所述透明导电层的材料为透明氧化物材料、银纳米线、碳纳米管或石墨烯中的一种以上；
步骤e中所述有机保护层材料为聚酰亚胺，光刻胶，苯丙环丁烯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种以上；
步骤a中所述衬底材料为超薄玻璃、聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮或聚甲基丙烯酸甲酯。
8.根据权利要求1所述用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜的制备方法，其特征在于：步骤a中所述第一金属层为单层或者多层结构；步骤e中所述有机保护层为单层或者多层薄膜。
9.一种由权利要求1～8任一项所述制备方法得到的用于柔性电子器件的低阻值透明导电网络膜。
10.根据权利要求9所述低阻值透明导电网络膜的应用，其特征在于：所述用于低阻值透明导电网络膜柔性电子器件。
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