Einstufiges Photolithografie-Verfahren für druckbare Elektronik
Belichtung eines Silberkomplexes erzeugt strukturierte Leiterbahnen mit nur einem einzigen Verfahrensschritt.
Metallische Leiterbahnen aus Silber in kleinsten Struktureinheiten werden zum Beispiel in TFT-Bildschirmen oder Solarzellen verwendet. Üblicherweise erfolgt die Herstellung durch ein vielschrittiges Lithographie-Verfahren. Forscher am Leibniz-Institut für Neue Materialien INM in Saarbrücken haben nun ein Verfahren entwickelt, bei dem sie durch Belichtung eines Silberkomplexes mit nur einem einzigen Verfahrensschritt solche strukturierten Leiterbahnen erzeugen. Das INM stellt diese Entwicklung als „Live-Demonstrator“ auf der Materialica in München aus.
Abb.: Direktdruck von TCO-Strukturen auf Kunststofffolie. (Bild: INM)
„Für dieses Verfahren stellen wir zuerst ein Substrat her, das mit einer photoaktiven Schicht aus Metall-Nanopartikeln versehen ist“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. „Anschließend bringen wir einen farblosen Silberkomplex auf und behandeln diese Schichtfolge mit UV-Licht“, so de Oliveira weiter. Durch die Belichtung werde der Silber-Komplex an der photoaktiven Schicht zersetzt und die Silber-Ionen zu Silber reduziert. Wenn beim Belichten eine Photomaske verwendet werde, erhalte man kleinste elektrische leitfähige Strukturen mit einer Größe von wenigen Mikrometern. Auch ein individuelles Schreiben der Strukturen mittels Laser ist möglich.
Dieses Verfahren birgt mehrere Vorteile: Es ist schnell, flexibel und ungiftig. In nur einem Schritt und anschließendem Spülen mit Wasser ist der lithographische Prozess in nur wenigen Minuten abgeschlossen. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfallen. Selbst eine Temperaturbehandlung ist nicht unbedingt notwendig. „Das macht vor allem die Anwendung auf sehr vielen dünnen und biegsamen oder temperaturempfindlichen Substraten interessant“, sagt der Physiker de Oliveira. Dazu zählen zum Beispiel Polyethylenfolien, Polycarbonatfolien und sogar Papier.
Bei einer Silber-Schichtdicke von rund 100 Nanometern erhalten die Forscher am INM eine spezifische Leitfähigkeit, die rund einem Viertel der spezifischen Leitfähigkeit von Bulk-Silber entspricht. Eine Wärmebehandlung bei 150 Grad Celisus steigert die Leitfähigkeit sogar auf die Hälfte von Silber. Zur Zeit arbeiten die Forscher noch im Labormaßstab mit Testgrößen im Postkarten Format. Sie sind sich jedoch einig, dass zukünftig auch der Druck über das klassische Rolle-zu-Rolle Verfahren möglich sein wird, wenn erst einmal die Feinheiten für das Up-Scaling austariert sind.
INM / OD
