ساخت خطوط رسانای نقره به روش پوشش دهی پاششی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 14، شماره 53، آبان 1402، صفحه 91-102   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2024.33208.2037

نویسندگان

علیرضا قهرمانی؛ علی مشرقی^*

دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

تاریخ دریافت: 24 اسفند 1402،  تاریخ بازنگری: 05 اردیبهشت 1403،  تاریخ پذیرش: 10 اردیبهشت 1403 

چکیده

چکیده
مقدمه: خطوط رسانای نقره کاربرد وسیعی در الکترونیک و اپتوالکترونیک دارند. روش‌های مختلفی برای لایه‌نشانی خطوط رسانای نقره گزارش شده است. در این مقاله، به لایه‌نشانی خطوط رسانای نقره به روش پاشیدن جوهر نقره پرداخته شده است. ابتدا جوهر نقره به روش لویس-واکر سنتز و سپس به منظور حصول قابلیت پاشش، با اتانول رقیق گردید. از آنجایی که در حین پاشش دمای زیر لایه بالاست، هر دو مرحله لایه‌نشانی و آنیل یکجا انجام شد.
روش: برای سنتز جوهر نقره از استات نقره به عنوان منبع نقره، از هیدروکسید آمونیوم به عنوان عامل پایدار کننده و از فرمیک اسید به عنوان عامل کاهنده استفاده شد. در آخر جوهر حاصل با اتانول رقیق شد، که قابلیت پاشش بر روی زیرلایه را داشته باشد. پاشیدن جوهر بر روی زیرلایه با استفاده از قلم رنگ‌پاش و دمش گاز نیتروژن انجام شد. در حین پاشش زیر لایه در دمای بالا بود که همزمان فرآیند آنیل هم انجام شود.
یافته­ ها: پارامتر های مختلف فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا نسبت بهینه جوهر به اتانول برابر با 1 به 10 تعیین گردید. مشاهده شد که 60 بار سیکل 3 ثانیه پاشش و 5 ثانیه توقف، لایه نقره با ضخامت 3 μm  حاصل می‌کند. با بررسی تاثیر دمای زیرلایه در حین پاشش، دمای بهینه180 ˚C بدست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که پوشش حاصل در دمای 40 ˚C گسسته و جزیره‌ای است، پوشش حاصل در دمای 280 ˚C گسسته و ورقه ورقه‌ای بوده، اما پوشش حاصل در دمای 180 ˚C پیوسته می باشد. نتایج پراش پرتو ایکس نیز نشان داد که پوشش لایه نشانی شده در دمای 40 ˚C حاوی مخلوطی از فازهای نقره و استات نقره است، اما پوشش اعمال شده در دماهای 180 ˚C و 280 ˚C تنها حاوی فاز نقره است.
نتیجه­ گیری: نشان داده شد که با پاشیدن جوهر رقیق شده نقره بر روی زیر لایه می‌توان لایه نقره مناسب ایجاد کرد. در نهایت مقاومت ویژه لایه نقره اعمال شده تحت شرایط بهینه برابر باΩm   1.4 × 10^-7بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

لایه رسانای نقره؛ پوشش دهی پاششی؛ مقاومت الکتریکی

عنوان مقاله [English]

Fabrication of silver conductive lines by spray deposition method

نویسندگان [English]

AliReza Ghahremani؛ Ali Mashreghi

Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: Silver conductive lines are used extensively in electronics and optoelectronics. These lines are deposited by different methods. In this work, silver lines were deposited by spraying diluted silver ink. Silver ink was synthesized by Lewis-Walker method. Then, it was diluted by ethanol for spray deposition. Since substrate is at high temperature, both the deposition and annealing are performed at one step.
Methods: For synthesis, silver acetate, ammonium hydroxide and formic acid were used as silver source, stabilizing agent and reducing agent, respectively. Finally, the obtained ink was diluted by ethanol. Spray deposition was done with nitrogen using air brush.
Findings: Different parameters were investigated. First, ink to ethanol volume ratio of 1 to 10 was determined as optimized value. It was observed that 60 cycles of spraying gives layer thickness of 3 μm. Substrate temperature of 180˚C was determined as optimized value. Scanning electron microscopic (SEM) image showed that deposition at 40˚C led to discontinuous layer with island-like microstructure and deposition at 280˚C led to porous plate-like microstructure. But deposition at 180˚C led to continuous layer. X-ray diffraction patterns showed that silver layers deposited at 40˚C have a mixture of silver acetate and elemental silver phases, but layers deposited at 180 ˚C and 280 ˚C have pure elemental silver phase.
Conclusion: It was observed that low resistance silver layer can be obtained by spray deposition of diluted silver ink. The silver layer deposited at optimized condition showed resistivity of 1.4 × 10^-7 Ωm.

کلیدواژه‌ها [English]

Silver conductive line, Spray deposition, electrical resistance

مراجع

[1]   Yang Y, Yuan W, Zhang X, Ke Y, Qiu Z, Luo J, Tang Y, Wang C, Yuan Y,  Huang Y. A review on structuralized current collectors for high-performance lithium-ion battery anodes. Applied Energy. 2020; 276 : 115464.

[2] Chu H C, Tuan H Y. High-performance lithium-ion batteries with 1.5 μm thin copper nanowire foil as a current collector. Journal of Power Sources. 2017; 346: 40-48.

[3] Yüce C, König M, Willenbacher N. Rheology and screen-printing performance of model silver pastes for metallization of Si-solar cells. Coatings. 2018; 8: 406.

[4] سجاد کشاورز، علی مشرقی، سنتز جوهر نقره و چاپ مستقیم آن به عنوان جمع‌کننده جریان در سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگینه ، مجله مواد نوین/ جلد 13/شماره 49 /پاییز ١401، صفحه 41-56.

[5] Wu P C, Lai Y C, Lee P I, Chiang M T, Chou J, Chuang T H. Sputtering of Ag (111) nanotwinned films on Si (100) wafers for backside metallization of power devices. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2021; 32: 7319-7329.

[6] Kim, H, Kim J G, Park J W, Chu C N. Selective copper metallization of nonconductive materials using jet-circulating electrodeposition. Precision Engineering. 2018; 51: 153-159.

[7] Walker S B, Lewis J A. Reactive Silver Inks for Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures. Journal of the American Chemical Society. 2012; 134: 1419-1421.

[8] Walker S B, Lewis JA. Ink Composition for Making A Conductive Silver Structure. U.S. Patent Application. 2012; 14:368,202.

[9] Pawlek F, Rogalla D. The electrical resistivity of silver, copper, aluminium, and
zinc as a function of purity in the range 4–298° K. Cryogenics. 1966; 6: 14-20.