以聚氧化乙烯（PEO）為直寫溶液,光澤柔性絕緣相紙作為基板材料,采用自主研制的電流體動力學近場直寫（ENDW）設備直寫微圖案。研究了工作電壓、直寫高度和直寫溶液的質量分數(shù)等參數(shù)對PEO溶液的直寫微圖案寬度的影響。結果表明在使用質量分數(shù)3%的PEO溶液在進行直寫時,噴嘴與基底之間的工作電壓從1.1 kV增大到2.6 kV,PEO微圖案的平均寬度從35.61μm下降到23.3μm,并且圖案寬度的工藝誤差從8.24μm下降到2.21μm。隨著工作電壓的增大,噴嘴處的射流形態(tài)變化依次為:液滴狀、彎液面、穩(wěn)定射流、多股射流。同時研究發(fā)現(xiàn),通過降低直寫高度和增加PEO溶液的質量分數(shù),能進一步減小微圖案的寬度,并且能夠提高微圖案寬度的均勻性。 

【文章來源】：微納電子技術. 2019,56(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１電流體動力學近場直寫實驗設備原理圖Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐX鄄Y軸

李鵬等：電流體動力學近場直寫工藝參數(shù)對微圖案的影響X鄄Y軸控制系統(tǒng)CCD相機噴嘴基底LEDZ軸注射泵高壓直流電源圖１電流體動力學近場直寫實驗設備原理圖Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ圖２自主研制的電流體動力學近場直寫實驗設備Ｆｉｇ．２ＳｅｌｆｄｅｖｅｌｏｐｅｄＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ２結果與討論２．１工作電壓對微圖案寬度的影響在進行電流體動力學近場直寫過程中，由于直寫高度較小，高壓電源所施加的工作電壓產生的電場對微圖案的特征會產生重要影響，通過實驗研究電壓的變化對直寫微圖案寬度的影響規(guī)律。實驗所采用的直寫溶液為質量分數(shù)３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作電壓的作用下，ＰＥＯ溶液可電離出離子，離子在外加電場的作用下，向下拉出“絲”狀射流，沉積在光澤相紙的柔性絕緣基板上，基板固定在移動平臺上，在直寫過程中運動平臺同時進行移動，從而在基板上形成預期的微圖案。實驗條件１：注射泵流量為１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直寫高度為０．５ｍｍ，當移動平臺靜止時，施加不同的工作電壓，噴嘴處射流形態(tài)的變化如圖３所示。在不施加外加電場時，液體受到注射泵的驅動力和重力的作用，在驅動力和溶液自身重力的作用下產生了較大的液滴（圖３（ａ）），在這種情況下液滴會一滴一滴地沉積在光澤相紙的柔性絕緣基板上，由于液滴不連續(xù)，無法保證沉積圖案的連續(xù)性和均勻性。在工作電壓Ｕ＝６００Ｖ時，噴嘴頂端產生的液面形狀如圖３（ｂ）所?

寫微圖案寬度的影響規(guī)律。實驗所采用的直寫溶液為質量分數(shù)３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作電壓的作用下，ＰＥＯ溶液可電離出離子，離子在外加電場的作用下，向下拉出“絲”狀射流，沉積在光澤相紙的柔性絕緣基板上，基板固定在移動平臺上，在直寫過程中運動平臺同時進行移動，從而在基板上形成預期的微圖案。實驗條件１：注射泵流量為１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直寫高度為０．５ｍｍ，當移動平臺靜止時，施加不同的工作電壓，噴嘴處射流形態(tài)的變化如圖３所示。在不施加外加電場時，液體受到注射泵的驅動力和重力的作用，在驅動力和溶液自身重力的作用下產生了較大的液滴（圖３（ａ）），在這種情況下液滴會一滴一滴地沉積在光澤相紙的柔性絕緣基板上，由于液滴不連續(xù)，無法保證沉積圖案的連續(xù)性和均勻性。在工作電壓Ｕ＝６００Ｖ時，噴嘴頂端產生的液面形狀如圖３（ｂ）所示，噴嘴處溶液開始積聚并產生彎曲液面，隨著工作電壓的逐步增加，彎曲液面處電荷密度逐步增大，噴嘴處形成穩(wěn)定的泰勒錐。隨著電壓的繼續(xù)增加，當工作電壓Ｕ＝１１００Ｖ時，電場力大于噴嘴處溶液表面張力，在泰勒錐頂端將會產生穩(wěn)定的射流，如圖３（ｃ）所示。當施加的工作電壓過大，工作電壓Ｕ＝３０００Ｖ時，在泰勒錐頂端會產生多股射流（圖３（ｄ）），多股射流將在柔性絕緣基底上沉積不確定的微圖案，并且影響微圖案的寬度及其均勻性，不利于電流體動力學近場直寫設備直寫微圖案。（c）U=1100V（d）U=3000V（a）U=0V（b）U=600V圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]電流體動力學近場直寫射流成形的數(shù)值模擬[J]. 戴姚波,張禮兵,黃風立,左春檉,吳婷.  包裝工程. 2017(05)
[2]柔性電子噴印制造:材料、工藝和設備[J]. 尹周平,黃永安,布寧斌,王小梅,熊有倫.  科學通報. 2010(25)



本文編號：3525868