Создание оптически прозрачного проводящего покрытия на основе самоорганизованного шаблона Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Дальнейшее исследование в данной области позволит получать пленки с заданной магнитной структурой, что дает возможность их использования для создания дешевых элементов спинтроники.

Библиографические ссылки

1. Квеглис Л. И., Волочаев М. Н., Паничкин Ю. В. и др. Структура, магнитные свойства и трехмерное моделирование мартенсита деформации в сплаве Ре86Мп13С // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2012. № 4(57). С. 111-114.

2. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М. : Мир, 1968. 575 с.

References

1. Kveglis L. I., Volochaev M. N., Panichkin Yu. V. et al. Structure, magnetic properties, and three-dimensional modeling of martensite deformation in the Fe86Mn13C alloy // Processing of metals: technology, equipment and tools. 2012. № 4 (57). P. 111-114

2. P. Hirsch, A. Howie, R. Nicholson, D. Pashley, M. Whelan, Electron microscopy of thin crystals. Moscow, Mir, 1968. 575 p.

© Волочаев М. Н., Квеглис Л. И., Логинов Ю. Ю., 2014

УДК 620.3

СОЗДАНИЕ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ САМООРГАНИЗОВАННОГО ШАБЛОНА

А. С. Воронин1,2,3, Ф. С. Иванченко1,2, С. В. Хартов2,3

1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: office@sfu-kras.ru

2ООО «ФанНано»

Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: stas_f1@list.ru 3Отдел молекулярной электроники КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: cnb@ksc.krasn.ru

Впервые продемонстрирована возможность формирования микросетчатого прозрачного проводящего покрытия на основе самоорганизованного шаблона. Шаблон формируется за счет квазиупорядоченного растрескивания гелевой пленки в процессе высыхания. Метод позволяет варьировать параметры сетки за счет изменения толщины первоначальной жидкой пленки. Предложенная методика является низкозатратной альтернативой традиционным методам литографии в задачах создания прозрачных проводящих покрытий.

Ключевые слова: прозрачные проводящие покрытия, самоорганизация, золь-гель переход.

CREATING OPTICALLY TRANSPARENT CONDUCTIVE COATING BASED ON SELF-ORGANIZED TEMPLATE

A. S. Voronin123, F. S. Ivanchenko12, S. V. Khartov23

1 Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: office@sfu-kras.ru

2 Ltd. "FanNano"

50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: stas_f1@list.ru 3 Department of Molecular Electronics KSC SB RAS, 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: cnb@ksc.krasn.ru

For the first time the possibility of developing a micro mesh transparent conductive coating based on the self-organized pattern is demonstrated. Template is formed by the quasi-ordered cracking of the gel film in the drying process. The method allows to change the parameters of the mesh by changing the thickness of the initial liquid film. The proposed technique is a low-cost alternative to traditional methods of lithography in the task of creating transparent conductive coatings.

Keywords: Transparent conductive coating, self-organization, the sol-gel transition.

Проводящие покрытия, обладающие оптической прозрачностью, а также прозрачностью в других диапазонах спектра, имеют существенное практическое значение. Они находят своё применение при изготов-

лении таких объектов техники, как электрообогревае-мые и электрохромные стёкла, панели для дисплеев, в том числе сенсорные (тачскрины), электроды для органических светодиодов, электронной бумаги, сол-

Решетневскуе чтения. 2014

нечных батарей, различных оптоэлектронных приборов, защита от электростатики и системы экранировании электромагнитных полей и др. [1].

Задача, на решение которой направлена настоящая работа, заключается в создании микро- и наноструктуры и, в основе которых лежали бы процессы самоорганизации и которые позволили бы не использовать дорогостоящие методы литографии для создания микро- и нано- структурированных покрытий, востребованных в ряде практических задач, в частности в задаче создания оптически прозрачных проводящих покрытий.

В ряде работ было показано, что при золь-гель-переходе тонкие пленки коллоидных растворов за счет испарения растворителя упорядоченно растрескиваются, образуя массив полигональных ячеек [2]. Трещины в данной системе образуют перколированную сетку, а шириной трещины и размером ячейки можно управлять посредством варьирования первоначальной толщины пленки прекурсора.

Процесс формирования оптически прозрачного проводящего покрытия, состоит из четырех этапов: 1 -нанесение прекурсора на подложку. Прекурсор наносится на подложку при помощи дозирующего стержня (Mayer rod); 2 - образование геля. На данной стадии происходит формирование пространственной сетки геля. При этом наблюдается резкое увеличение вязкости раствора. Причиной развития трещин в тонкой пленке геля является развитие механических деформаций в результате его сжатия при высыхании, с одной

стороны, и прочной адгезии к подложке - с другой. На рисунке представлены изображения и сколы самоорганизованных шаблонов с толщинами первоначального слоя прекурсора 50 и 35 мкм соответственно.

Полученные шаблоны имеют среднюю ширину трещины 4,6 и 2,2 мкм соответственно, также при уменьшении толщины слоя прекурсора уменьшается средний размер кластера, в процессе золь-гель перехода толщина слоя уменьшается в 7-10 раз, таким образом, при варьировании толщины превоначально-го слоя прекурсора появляется возможность управлять оптическими параметрами покрытий.

Формирование проводящего слоя осуществлялось средствами магнетронного напыления на установке «Шунгит», формировался слой меди толщиной 70, 150 и 200 нм. После напыления металлического слоя на шаблон, излишки металла на поверхности шаблона селективно удалялись липкой лентой вместе с шаблоном, оставляя на подложке связанную систему металлических дорожек. Оптические параметры полученных покрытий представлены на рис. 2, спектральная зависимость оптического пропускания (рис 2, а) для покрытия на основе шаблона Б с толщиной металлического слоя 70 нм демонстрирует плоский спектр в диапазоне 400-1600 нм, Это является важной характеристикой покрытия, так как основное современное технологическое решение, индий-оловянный оксид имеет крутой спад прозрачности после 1200 нм, что ограничивает его использование в устройствах, работающих в инфракрасном диапазоне.

Рис. 1. Самоорганизованные шаблоны: а - шаблон А (толщина первоначального слоя 50 мкм); б - шаблон Б (толщина первоначального слоя 35 мкм); в - скол шаблона А; г - скол шаблона Б

з щ

'Л

I

Й- и

5

£ 70

Еш

Е

_____

нин'мпк i>. Gl < '«/кв

1Н 5JO (Ж ICO 300 Ю !QOO 11 CD 12D0 ¡300 МГЦ. 15<ю 1600

.VIIHI.i 1IO.HILI. |WL<

J5 у

90 ■

35 ■

30 ■ 75

70 ■ SS

i0 I

О

Уд«

-(JSini'H А

20 40 ео 30

чиас нонркногтое conpoimifHW, O^/ifs

■■ g if ш * л Л, А

У ■ 70мм »IMHW л 200 на*

20 W

ВрН?А*Я, (ДНИ^

в

а

б

Рис. 2. Оптические параметры покрытий: а - спектральная зависимость оптического пропускания сетчатого прозрачного покрытия; б - зависимость оптической прозрачности покрытий от величины удельного поверхностного сопротивления; в - временная стабильность покрытий с различной толщиной медного слоя

При увеличении толщины проводящего слоя, удельное электрическое сопротивление пропорционально уменьшается приблизительно в 1,5-2 раза, теряя при этом 3-5 % от величины оптического пропускания, однако дальнейшее увеличение толщины проводящего слоя приведет к нелинейному падению коэффициента оптического пропускания при линейном уменьшении поверхностного сопротивления.

Библиографические ссылки

1. Hecht D. S., Hu L., Irvin G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures // Advanced Materials. 2011. № 23(13). P. 1482-1513. Doi: 10.1002/adma.201003188.

2. Яхно Т. А., Яхно В. Г. Основы структурной эволюции высыхающих капель биологических жид-

костей // Журнал технической физики. 2009. Т. 79, вып. 8. С. 133-141.

References

1. Hecht D. S., Hu L., Irvin G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures (2011) Advanced Materials, 23(13), p. 1482-1513. Doi: 10.1002/adma. 201003188.

2. Yakhno T. A., Yakhno V. G. Osnovy strukturnoy evolyuzii vysychayuschich kapel' biologicheskich zhidkostey// Zhurnal technicheskoy fiziki. 2009. № 79, vyp. 8, p. 133-141.

© Воронин А. С., Иванченко Ф. С., Хартов С. В., 2014