一种图形化精细导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种图形化精细导电薄膜，其包括基底和图形化精细电极，图形化精细电极放置于基底上或嵌入到基底中，图形化精细电极的电极的宽度在50nm‑10μm之间，高度在10nm‑10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。本发明专利技术同时还公开了一种图形化精细导电薄膜的制作方法。本发明专利技术实现具有精细、高透过率、低方阻、高绕曲性能的图案化电极；不存在刻蚀工艺，绿色环保，电极分辨率能达到100nm，操作简单，适合大面积、低成本生产，可以用于触控屏，太阳能电池，LCD显示，OLED显示，QLED显示等应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性电子制造领域，具体涉及一种图形化精细导电薄膜及其制作方法。
技术介绍
柔性电子是将有机电子器件或者无机薄膜器件制作在柔性基板上形成电路的技术。由于柔性电子器件性能与传统微电子器件相当，且具有便携性、透明、轻质、伸展/弯曲，以及易于快速大面积打印等特点，越来越受到科研界和产业界的关注。其潜力已经在柔性显示和照明、电子纸、电子肌肤、印刷RFID、薄膜太阳能电池板等领域得到了验证，对于信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。柔性电极或者柔性透明电极对于柔性电子器件的实现及性能优劣起着关键性作用。ITO导电膜以其低电阻率、高可见光透射率、与玻璃基体结合牢固、抗擦伤，良好的化学稳定性等优点是现今世界上主流的导电薄膜。但是随着技术的发展，ITO导电膜在柔性电子的应用显得日益乏力。首先其机械性能很差，经不住折绕，无法满足现在柔性器件在折绕性能的要求。其次大多数实际应用需要图案化电极，这往往需要通过曝光、显影、蚀刻及清洗等工艺对ITO导电膜进行处理，因此生产效率低下，存在大量蚀刻污染，最后ITO导电膜的电极线宽很难做到2微米以下，这对于精细电子微胞元件的集成和互联形成了巨大的阻碍。在此背景下，以纳米金属材料为基础的图案化电极受到了人们的关注：将掺有金属纳米材料的导电墨水印刷在柔性基底表面，通过烧结形成所需的导电网络。但是所得电极的分辨率在15μm以上，无法制作高分辨率电极图案。另一方面随着研究的深入和工艺的成熟，透明柔性电极材料的研究向多元化发展，国内外已有多家高校和研究机构对导电高分子材料、碳纳米管和石墨烯等材料进行了广泛研究，获得了精细(100nm)、低方阻(10欧/方)、高透过率(90％)，且具有高绕曲性(厚度60nm)的电极，但由于目前制作成本、材料稳定性、工艺等诸多因素的限制，仅停留在实验阶段。因此，工业界亟需一种能实现精细、高透过率、低方阻、图案化柔性电极的方法，需要符合高效率、低成本绿色制造的要求，来满足日益发展的柔性电子产业对高性能柔性电极的需求。中国专利技术专利ZL201010533228.9描述了一种基于纳米压印和纳米涂布方法实现的图案化透明导电膜，通过纳米压印形成沟槽，在沟槽中填充纳米导电材料，再烧结形成高性能导电膜，卷对卷制程实现了图案化导电膜的低成本制造。但是，在纳米导电材料烧结过程中，有机溶剂挥发，造成沟槽内导7材料凹陷，电极表面极不平整。另外受制于纳米导电材料的填充特性，该方法制备电极线宽很难达到2微米以下。中国专利技术专利201310165411.1采用电场驱动纳米导电材料填充图形化导电网络沟槽，实现纳米级别宽透明导电薄膜制备，但目前用于填充的纳米导电浆料中的技术颗粒在100nm以上，因此难以实现线宽小于1微米沟槽的填充。即便有无颗粒型(粒径小于10nm)导电浆料，其金属纳米颗粒的固含量较低(20％以下)，固化后导电性难以满足器件要求。中国专利技术专利201510696751.6采用纳米转印技术，制作图案化柔性透明导电电极或功能元件。采用电沉积的选择性沉积工艺，在导电图案的表面生长功能材质层，然后通过施加适当的压力和加热，将图案化功能材料转印到基板表面，形成电极或者功能区，重复该过程，可以制作多功能电极或者器件。由于采用了电沉积的方法，所以电极表面平整度高、填充不受沟槽宽度影响、形成的电极材质致密。图形模具在光刻胶上通过光刻技术获得，有着分辨率高的优点，但是光刻胶图案无法重复使用，无法满足大规模工业生产的需求。中国专利CN201510906030.3采用光掩膜对涂布在金属基板上的光刻胶进行光刻，形成图案，并在线栅沟槽部分露出基板，通过电沉积生长电极层，去除光刻胶后，在金属基板涂布固化胶，固化后脱模，获得柔性导电电极，所得电极具有高平整度、优导电性的优点。该方法缓减了沉积法制作电极对于光刻技术的依赖，降低了成本，提高了产量，但是掩膜光刻的分辨率无法达到1微米以下，难以制作精细电极。中国专利CN201510104835.6公布了一种高密度覆铜线路板的制作方法，结合微纳米压印技术和电镀方法，能够卷对卷、低成本的生产高密度铜线路版，用压印工艺替代现有技术中的黄光工艺，降低了生产成本。但是该方法只针对线宽在2微米到50微米的铜电极制作，存在不绿色环保的刻蚀工艺，另外对于成型层处理过程复杂，应用领域有限。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种图形化精细导电薄膜及其制作方法，实现具有精细、高透过率、低方阻、高绕曲性能的图案化电极。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种图形化精细导电薄膜，其包括基底和图形化精细电极，图形化精细电极放置于基底上或嵌入到基底中，图形化精细电极的电极的宽度在50nm-10μm之间，高度在10nm-10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。进一步地，上述电极的材料为金、银、铜、锌或可电沉积的导电材料。进一步地，上述基底为柔性衬底或具有透过率的刚性基底。进一步地，上述柔性衬底为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PS(聚苯乙烯系塑料)或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。进一步地，上述刚性基底为石英玻璃或K9玻璃。进一步地，上述图形化精细电极嵌入到基底中时，图形化精细电极的上表面和基底的上表面的高度差在100nm以下。一种图形化精细导电薄的制备方法，其包含以下步骤：1)根据应用领域设计并确定电极图案的三维结构；2)利用光刻工艺或者机械精密加工工艺制作模板；3)通过一次或者多次图形转移到压印模板；4)通过特殊纳米压印技术，将图案转移到位于导电衬底上方的胶质层中，新图案沟槽位置露出导电衬底；5)用电沉积工艺，在沟槽表面生长电极材料，电极高度小于或者略高于槽深；6)将沉积电极转移到承印衬底上。进一步地，上述步骤2)中，光刻工艺为电子束光刻，离子束光刻，激光直写光刻，干涉光刻或极紫外光刻等常用光刻技术；机械精密加工工艺为金刚石切削或刻划。进一步地，上述步骤3)中，图形转移方式为微电铸、PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性转移、纳米压印或刻蚀技术。进一步地，上述步骤4)中，导电衬底为铜、镍、铬或镀有金属的柔性或刚性衬底，或镀有导电氧化物的柔性或者刚性衬底。进一步地，上述步骤4)中，纳米压印技术为紫外纳米压印技术，其中胶质层为固化的高分子材料。进一步地，上述步骤4)中，压印后图案凹槽露出导电衬底包括以下操作的一个或多个：步骤41)：基于软模板的纳米压印技术选择胶质材料，对软模板施加适当压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，图案转移到胶质层中，在模板和衬底直接接触区域，会露出导电衬底层；步骤42)：反纳米压印技术：将胶质层预聚物刮入到模板的凹槽中，预聚物选择性填充，对模板进行表面适当修饰或者加热或者特殊图案形状设计，将凹槽以外的预聚物刮去，施加一定压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，凹槽位置的胶质材料转移到导电衬底上，其它位置仍然是导电衬底表面；步骤43)：纳米压印混合紫外光刻：制作混合掩膜模板，将该模板压印到涂布有光固化材料的导电衬底上，对其进行曝光，一方面模板图案会转移到胶质层中，另一方面，在模板平台位置，也即是新图案底部位置的光固化材料不会吸收到光，不会固化成胶质层，利用该差异性，可将该位置的光固化材料去除，露出导电衬底；步骤44)：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，包括基底和图形化精细电极，所述图形化精细电极放置于所述基底上或嵌入到所述基底中，所述图形化精细电极的电极的宽度在50nm‑10μm之间，高度在10nm‑10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。

【技术特征摘要】
1.一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，包括基底和图形化精细电极，所述图形化精细电极放置于所述基底上或嵌入到所述基底中，所述图形化精细电极的电极的宽度在50nm-10μm之间，高度在10nm-10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。2.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述电极的材料为金、银、铜、锌或可电沉积的导电材料。3.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述基底为柔性衬底或具有透过率的刚性基底。4.根据权利要求3所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述柔性衬底为PMMA，PS或PEN。5.根据权利要求3所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述刚性基底为石英玻璃或K9玻璃。6.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述图形化精细电极嵌入到所述基底中时，所述图形化精细电极的上表面和所述基底的上表面的高度差在100nm以下。7.一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：1)根据应用领域设计并确定电极图案的三维结构；2)利用光刻工艺或者机械精密加工工艺制作模板；3)通过一次或者多次图形转移到压印模板；4)通过纳米压印技术，将图案转移到位于导电衬底上方的胶质层中，新图案沟槽位置露出导电衬底；5)用电沉积工艺，在沟槽表面生长电极材料，电极高度小于或者略高于槽深；6)将沉积电极转移到承印衬底上。8.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述光刻工艺为电子束光刻，离子束光刻，激光直写光刻，干涉光刻或极紫外光刻等常用光刻技术；所述机械精密加工工艺为金刚石切削或刻划。9.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述图形转移方式为微电铸、PDMS柔性转移、纳米压印或刻蚀技术。10.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述导电衬底为铜、镍、铬或镀有金属的柔性或刚性衬底，或镀有导电氧化物的柔性或者刚性衬底。11.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述纳米压印技术为紫外纳米压印技术，其中胶质层为固化的高分子材料。12.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文彬，陈林森，刘艳花，周小红，方宗豹，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32