Лазерно-индуцированное осаждение металлов из глубоких эвтектических растворов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шестаков Дмитрий Сергеевич

• Шестаков Дмитрий Сергеевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Шестаков Дмитрий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1. Вакуумные методы получения покрытий для ЭУ

1.1.2 PVD технологии

1.1.3. CVD технологии

1.1.4. Применение литография для создания электронных устройств

1.2. Безфотолиграфические методы получения пленок для электронных устройств

1.2.1. Методы печати с применением валов

1.2.2. Струйная печать

1.2.3 Методы лазерного осаждения

1.2.4 Сравнение методов печати

Выводы по главе

2 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.1 Технологическое оборудование

2.1.1 Установка для проведения лазерно-индуцированного осаждения металлов

2.1.2 Центрифуга для нанесения глубоких эвтектических растворов

2.1.3 Механический дозатор

2.1.4. Установка магнетронного напыления

2.2 Измерительное оборудование

2.2.1 Сканирующая электронная микроскопия

2.2.2 Измерение электрического сопротивления на постоянном токе

2.2.3 Спектроскопия

2.2.4 Профилометрия

2.2.5 Оптическая микроскопия

Выводы по главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Описание техпроцесса лазерного осаждения

3.2 Оптимизация состава раствора

3.3 Методы нанесения рабочего раствора на поверхность подложки

3.4 Оптимизация физических параметров лазерного осаждения с целью получения медных структур с минимальным удельным сопротивлением на стеклянных подложках

3.4.1 Влияние толщины ГЭР и плотность мощности облучения на удельное сопротивление структуры

3.4.2 Оптимизация скорости сканирования и количества проходов

3.5 Получение сплошных медных пленок методом ЛХО

3.6 Особенности лазерного осаждения на гибкую подложку

3.6.1 Введение фотоактивных добавок в глубокий эвтектический раствор81

3.6.2 Оптимизация физических параметров лазерного осаждения для осаждения медных структур с минимальным удельным сопротивлением на полиимидных подложках

3.7 Осаждение структур на криволинейную поверхность

3.7.1 Методика нанесения ГЭР на криволинейной поверхности

3.7.2 Оценка влияния центрального угла на изменение геометрии осаждаемой структуры

3.7.3 Получение функциональных структур на криволинейной поверхности

3.8 Применение лазерного осаждения для создания компонентов электронных

устройств

3.8.1 Комбинированный электрод ^ЛТО на стеклянной подложке

3.8.2 Нагревательные элементы

3.8.3 Металлизация внутренних поверхностей прозрачных подложек с криволинейной поверхностью

3.8.4 Сенсорные структуры на стеклянных и полиимидных подложках

3.8.5 Формирование электропроводящих цепей на диэлектрических подложках

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерно-индуцированное осаждение металлов из глубоких эвтектических растворов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования и степень разработанности. Основой конструкции различных электронных устройств являются токопроводящие покрытия или тонкие пленки, которые формируются на поверхностях различных подложек. Традиционно для создания проводящих слоев для устройств применяются технологии, протекающие в высоком вакууме (физическое или химическое осаждение из газовой фазы и пр.) или фольгирования для материалов совместимых с технологией печатных плат с последующим применением литографии. Однако, номенклатура электронных устройств постоянно расширяется, что приводит к расширению спектра используемых материалов, так и требований к специфическим свойствам подложек.

Для изготовления проводящих структур широко используются различные металлы N1, А1, Au, Ag), и покрытия на основе сложных соединений (оксид цинка, оксид олова) и твердых растворов !ТО (оксида индия олова). Однако из-за сложности и высокой стоимости процессов нанесения таких материалов особо актуальными становятся задачи упрощения технологического процесса и снижения затрат на их проведение. Медь является наиболее распространенным материалом в электронике благодаря более низкой стоимости и отличной электропроводности. Электросопротивление меди (16,8 нОм-м) немного выше, чем у серебра (15 нОм-м), но стоимость в 100 раз меньше. Применение меди осложняется ее крайне слабой адгезией с большинством материалов подложек, без применения адгезионных подслоев (как правило хрома или титана).

Таким образом, использование дорогостоящих методов осаждения проводящих покрытий и фотолитографии значительно усложняют производство единичных экспериментальных изделий и малых опытных партий, а также использование гибких и криволинейных подложек и подложек с большими геометрическими размерами.

Зачастую для решения подобного рода задач наиболее перспективными становятся так называемые печатные технологии. Они не только значительно более дешевы, но позволяют значительно расширить диапазон используемых подложек.

Основное их преимущество над традиционными методами в том, что они позволяют сразу получать необходимые структуры, т.е. они не нуждаются в применении литографии при создании элементов электронных устройств. Кроме того, при необходимости, изготавливаемые структуры могут обладать развитой морфологией, что востребовано при изготовлении различных сенсоров и датчиков и чего очень сложно достигнуть, используя вакуумные технологии.

В настоящее время развиты различные типы технологий: флексографская, гравюрная, офсетная, струйная печать, а также разнообразные виды лазерного осаждения. Анализ (см. рис. 1.1) активности научно-исследовательской деятельности ученых по данной тематике на платформе Scopus, однозначно дает понять то, что с каждым годом заинтересованность в этом вопросе неуклонно возрастает.

3530-

я -

к 20-,-,|- Г

р

га И

§ 15"

ю С 1050 -I-1-1-^-1-^-I-^-I-11-1-1-^-1-^-I-^-1-М-1-Ц

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

Годы

Рисунок 1.1 - Публикационная активность по теме печатной электроники

проводящих покрытий Однако необходимо отметить, что существуют значительные ограничения по получению медных структур печатными методами. В данном случае основными проблемами для печатной электроники являются синтез стабильных медных

чернил, их хранение и использование. Таких недостатков лишены методы лазерного осаждения, в частности, лазерно-химическое осаждение (ЛХО) из раствора. Лазерно-химическое осаждение из растворов солей исследовалось в работах Кочемировского В.А., Тумкина И.И. и др.

В настоящее время вместо растворов солей металлов используются глубокие эвтектические растворы (ГЭР). ГЭР обладают рядом уникальных свойств, делающих их привлекательными для лазерно-индуцированного осаждения:

•Во-первых, ГЭР относятся к классу "зеленых" растворителей, поскольку при их получении используются только экологически безопасные исходные вещества.

•Во-вторых, ГЭР характеризуются высокой электрохимической и термической стабильностью, что выражается в их широком рабочем диапазоне температур в отличие от водных растворов солей металлов.

•В-третьих, ГЭР обладают значительно более высокой растворимостью по сравнению с водными средами, что позволяет добиваться значительно более высоких скоростей лазерного осаждения. Кроме того, ГЭР характеризуются высокой вязкостью и позволяют создавать пленки рабочих растворов малой толщины на поверхности подложек, что способствует минимизации расхода реагентов.

В данной работе приведены результаты исследования метода лазерного осаждения металлов из глубоких эвтектических растворов, которые позволяют ускорить внедрение этой технологии для получения проводящих структур на подложках с различными физико-химическими свойствами.

Целью работы является разработка и оптимизация технологических режимов метода ЛХО для получения проводящих структур на диэлектрических подложках различного тип, а также оценка возможности практического применения разработанной технологии при изготовлении электронных устройств.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

•Проведен анализ современных безфотолитографических методов формирования проводящих структур;

•Оптимизированы параметры синтеза ГЭР, содержащих ацетат меди, и методов их нанесения;

•Разработан метод формирования медных структур на термостойких подложках с низкими значениями удельного сопротивления (0,6 мкОм-м);

•Разработана методика формирования топологии проводящих структур на поверхности термически нестойких подложек за счет использования фотопоглощающих добавок (красителей), позволяющих добиться существенного снижения плотности мощности лазерного излучения;

•Разработка технологии металлизации подложек с низкой температурной стойкостью (поиск способов снижения плотности мощности излучения);

•Разработка технологии металлизации подложек с криволинейной поверхностью;

•Разработана модель комбинированного полупрозрачного электрода ^ЛТО (оптимизирован размер ячейки, проведено сравнение распределений потенциала в структурах).

Объектом исследования является процесс лазерного осаждения металлов из глубоких эвтектических растворов.

Предмет исследования - совокупность технологических параметров синтеза и нанесения ГЭР, а также лазерно-химического осаждения, которые влияют на морфологию, химический состав и электрические свойства получаемых структур.

Методология и методы изучения включают в себя теоретические и экспериментальные исследования. Теоретическая часть работы посвящена: установлению взаимосвязи между качеством, разрешением осаждаемых структур и технологическими параметрами лазерного осаждения, составом ГЭР; определению способов снижения плотности мощности лазерного излучения; разработке метода нанесения покрытий на криволинейную поверхность; разработке конструкции комбинированных структур Cu/ITO.

Для проведения экспериментальных исследований был разработан комплекс лабораторного оборудования, включающий в себя установку синтеза, нанесения

ГЭР, а также установку лазерного осаждения на базе источника пикосекундного излучения PX110

Научная новизна. В данной работе были проведены исследования основных закономерностей лазерного осаждения из ГЭР. Среди наиболее значимых результатов можно выделить:

•Впервые разработана методика нанесения ГЭР контролируемой толщины на различные подложки;

•Впервые продемонстрирована эффективность применения фотопоглощающих добавок, позволяющих кратно снизить необходимую плотность мощности лазерного излучения при осаждении медных покрытий;

•Впервые установлена взаимосвязь между технологическими параметрами (плотности мощности, скорости сканирования, количества проходов) лазерного осаждения и морфологическими, электрическими свойствами медных покрытий;

•Впервые продемонстрирована возможность металлизации из ГЭР на внешней и внутренней поверхности криволинейной подложки, прозрачной для лазерного излучения, не требующая ее перемещения и вращения.

Теоретическая значимость работы. Установлена взаимосвязь между качеством, разрешением осаждаемых структур и технологическими параметрами лазерного осаждения, составом ГЭР. Определены способы снижения плотности мощности лазерного излучения. Разработаны методы нанесения покрытий на криволинейную поверхность. Разработана конструкция структур Cu/ITO.

Полученные результаты позволяют: определить развитие технологии лазерного осаждения из ГЭР для увеличения разнообразия применяемых подложек (с различными физико-технологическими параметрами); в перспективе, получать структуры из других материалов.

Практическая значимость работы заключается в оптимизации технологии лазерного осаждения меди из ГЭР для получения топологических элементов с высокой степенью однородностью свойств, разрешением и контролируемой морфологией, что может быть востребовано в СВЧ устройствах, элементах гибкой электроники и сенсорики, а также в оптоэлектронных устройствах. заключается в

оптимизации технологии лазерного осаждения меди из ГЭР для получения топологических элементов с высокой степенью однородностью свойств, разрешением и контролируемой морфологией, что может быть востребовано в СВЧ устройствах, элементах гибкой электроники и сенсорики, а также в оптоэлектронных устройствах. На базе разработанных комбинированных прозрачных электродов была изготовлена серия перовскитных светодиодов, продемонстрировавших при рабочем напряжении равном 7 В, яркость - 700 Кд/м2. Результаты работы внедрены в производственный процесс ООО "Инзарус".

Все изложенные в диссертации результаты получены лично соискателем, либо при его непосредственном участии.

Диссертационная работа изложена на 116 страницах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, заключения и списка литературы. Работа содержит 51 рисунок, 2 формулы, 6 таблиц и 111 ссылок на литературные источники.

Апробация работы. Материал работы представлен на 4 международных конференциях. По теме работы опубликованы 4 статьи в российских и международных журналах.

Список опубликованных работ по теме:

Shestakov D. S. et al. Copper Grid/ITO Transparent Electrodes Prepared by Laser Induced Deposition for Multifunctional Optoelectronic Devices //Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2022. - Т. 86. - №. Suppl 1. - С. S201-S206. https://doi.org/10.3103/S1062873822700691

• Shestakov D. et al. Picosecond laser writing of highly conductive copper microcontacts from deep eutectic solvents //Optics & Laser Technology. - 2023. - Т. 167. - С. 109777. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109777

• Logunov L. et al. High speed laser-assisted copper microstructures synthesis from deep eutectic solutions //Advanced Laser Processing and Manufacturing VII. -SPIE, 2023. - Т. 12762. - С. 58-61. https://doi.org/10.1117/12.2690631

Д.С. Шестаков, Л.С. Логунов, А.Е. Комлев. Лазерная металлизация криволинейных поверхностей из глубоких эвтектических растворов // Письма в Журнал технической физики. 2024. - Т. 50, - Вып. 24. Статья в печати.

Результаты представлены на следующих конференциях:

•Logunov L., Shestakov D. Spin-coating of deep eutectic solvent for film formation for fabrication of copper patterns using picosecond laser irradiation //Сборник трудов конференции «International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT)». - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. АМ Прохорова Российской академии наук», 2022. - №. 22. - С. 144-144.

• Shestakov D., Logunov L. Laser deposition of electrically conductive structures from a deep eu-tectic solvent on dielectric substrates //Сборник трудов конференции «International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT)». - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. АМ Прохорова Российской академии наук», 2023. - №. 23. - С. 43-43.

•Logunov L. et al. Direct laser metallization from deep eutectic solvents on polymer substrates //Сборник трудов конференции «International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT)». - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. АМ Прохорова Российской академии наук», 2024. - №. 24. - С. 132-132.

• Шестаков Д. С., Логунов Л. С., Комлев А.Е. Металлизация криволинейных поверхностей // Тезисы докладов международной конференции PhysicA.SPb/2024. - СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024. - С. 98-99.

Положения, выносимые на защиту:

• Осаждение проводящих структур из ГЭР на основе ацетата меди при плотности мощности излучения 14-38 кВт/см2, скорости сканирования 15-22 мм/с позволяет сформировать проводящих структуры с минимальным разрешением 10 мкм и удельным 0,6 мкОм/м на поверхности диэлектрических температуростойких подложек любого геометрического размера.

• Использование фотопоглощающего слоя красителя ET-25 на поверхности пленок глубоких эвтектических растворов, позволяет снизить в 2,5 раза необходимую для протекания химической реакции плотность мощности лазерного излучения что позволяет формировать металлические проводящие структуры на подложках с низкой температурной стойкостью.

• Использование технологии ЛХО при изготовлении разработанной конструкции прозрачных комбинированных электродов Cu/ITO позволяет снизить их поверхностное сопротивление на 30 %, при ухудшении коэффициент их пропускания менее чем на 8 %.

• Метод ЛХО позволяет металлизировать внешние и внутренние (прозрачные для лазерного излучения) криволинейные поверхности без осевого перемещения подложки; для цилиндрической поверхности при соблюдении соотношения фокусное расстояния/радиус кривизны как 3/1, отклонение геометрического размера топологического элемента не превышает 10 % при любом значении центрального угла от 0 до 160о.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1. Вакуумные методы получения покрытий для ЭУ

Электронные устройства преобразуют электрический сигнал основываясь на различных физических явлениях: электрических, оптических, тепловых, вибрационных и пр. Растущая с каждым годом потребность в подобных приборах стимулирует развитие науки и техники в различных направлениях. Так для создания современных электронных устройств необходимо использовать огромный перечень материалов, которые, в свою очередь, делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Получение электрически проводящих слоев на различные подложки остается одной из основных задач в электронике. Главные материалы, применяемые для этого - Ag, Cu, Al и пр. Кроме того, использование химически соединений и твердых растворов или сплавов нескольких материалов позволяет расширить диапазон их свойств, а соответственно и области применения.

Функционирование современных электронных устройств часто требует того, чтобы их структура состояла из покрытий, которые, в зависимости от задач, могут обладать принципиально различными свойствами даже при применении одного и того же материала. Это может достигнуто за счёт развития морфологии покрытия, изменения геометрических размеров, фазового состава, кристаллической структуры и пр. В промышленности для создания пленочных структур наиболее часто применяют вакуумные технологии.

Вакуумные технологии получения покрытий можно разделить на две большие группы: физическое осаждение из газовой фазы (physical vapour deposition, PVD), химическое осаждение из газовой фазы (chemical vapour deposition, CVD). Ключевое различие в этих методах в том, что в PVD процессах, осаждаемая пленка переходит из твердой фазы в газовую и осаждается на подложке, вновь переходя в твердую фазу, а в CVD технологиях подложка находится в среде высокотекучего прекурсора, который в ходе химической реакции взаимодействует с ней, в результате чего подложка покрывается продуктом реакции.

1.1.2 РУБ технологии

РУО для получения покрытий на подложке предполагает распыление или испарение материала из источника, обычно называемого мишенью. Используя эти методы возможно получать покрытия в широком диапазоне толщин: от тонких пленок, которые обычно имеют слои толщиной от нескольких атомных слоев до пленок толщиной в несколько микрометров. Процесс осаждения может осуществляться в вакууме, газовой, плазменной среде. На свойства пленок могут влиять как особенности технологии, так и параметры подложки. Достижение высокого вакуума в камере напыления снижает десорбцию газов и опасность химического загрязнения покрытий во время процесса осаждения до очень низкого уровня [1]. Процессы РУО позволяют наносить однослойные и многослойные покрытия, а также различные твердые растворы и сплавы.

РУО технологии можно разделить на 2 большие группы по принципу получения пленки на подложке: испарение или распыление материала. К методам, основывающимся на принципе испарения относятся: электронно-лучевое напыление (е-Ьеат), резистивное, лазерное и др. Технологии распыления включают в себя: магнетронное, ионное распыление и др.

Технологии базирующиеся на процессе испарения, требуют высокого вакуума. Обычно они характеризуются меньшей энергией испаренных атомов и меньшей адсорбцией газов в осаждаемых покрытиях. Кроме того, подобные технологии чаще всего образуют крупные зерна в напыляемой пленке, что приводит к меньшей адгезии покрытия к подложке по сравнению с методами распыления. Таким образом, процесс испарения обычно используется для более толстых пленок и покрытий с меньшими требованиями к морфологии поверхности, хотя этот метод обеспечивает более высокие скорости осаждения по сравнению с процессом распыления.

С другой стороны, методы распыления подходят для применений, для которых необходима высококачественная контролируемая морфология поверхности, а именно: шероховатость, размер зерна, стехиометрия и др. Однако скорость напыления покрытий значительно меньше по сравнению с методами

испарения. Кроме того, напряжения в напыляемом покрытии, возникающие в процессе охлаждения и невысокие температуры плавления некоторых подложек (полимеров), накладывают ограничения на процесс распыления для некоторых применений [1, 2, 3, 4]. Сравнения технологий испарения и распыления приведены ниже (см. табл. 1.1)

Таблица 1.1 - Сравнение параметров методов распыления и испарения [4]

Параметры Распыление Испарение

Вакуум Низкий Высокий

Скорость напыления Низкая Высокая

Адгезия Высокая Низкая

Абсорбция Высокая Низкая

Энергия распыленных Высокая (1-100 эВ) Низкая (0,1-0,5 эВ)

частиц

Однородность пленки Больше Меньше

Размер зерен Меньше Больше

1.1.3. СУБ технологии

CVD методы позволяют получать покрытия на подложках в ходе или по результату химической реакции прекурсора, данный этап свойственен всему разнообразию данных технологий, однако их другие этапы могут значительно отличаться. Классифицировать методы возможно по нескольким категориям: По направлению потока вещества в реакторе: вертикальный или горизонтальный поток газа прекурсора. Из-за простоты конструкции реактора наиболее распространен горизонтальный, хотя вертикальный поток обеспечивает большую равномерность. По давлению в реакторе: низковакуумное или атмосферное CVD. Атмосферное характеризуется низкими скоростями потока газа.

По температуре стенок реактора: холодное и горячее. В холодном, в отличии от горячего, нагреваются только подложка и ближайшее пространство к ней.

Ассистирование в процессе CVD возможно с помощью различных внешних воздействий: плазмы, света, лазерного излучения, температуры. Ассистирование необходимо для того, чтобы сообщить химической реакции дополнительную энергию, ее источниками могут быть или ионизированные атомы (при плазменном ассистировании) или высокоэнергетические фотоны (при фото/лазерном

ассистировании). При температурном ассистировании, нагретая до высоких температур проволока приводит к разложению прекурсора в потоке газа.

Фундаментальным ограничением для методов СУО является то, что часто требуется высокая температура (обычно> 400°С) для расщепления прекурсоров до реакционноспособных веществ, которые могут образовывать тонкие пленки (особенно для графена).

СУО является наиболее широко используемым методом для крупномасштабного синтеза продвинутых низкоразмерных материалов, таких как нанопроволоки, нанотрубки и, в последнее время, 2О-материалы, и особенное применение СУО технологий - крупномасштабный синтез графена [5].

Сравнение технологий РУО и СУО приведено таблице 1.2. Данные, приведенные в таблице, наглядно свидетельствуют о том, что для производства современных электронных устройств необходимо использование комбинации различных методов, т.к. для получения различных бездефектных покрытий не существует одного универсального метода. Кроме того, для создания устройств недостаточно получать высококачественные пленки, но также необходимо получать структуры сложной топологии, что требует применения фотолитографии на полученных пленках.

Таблица 1.2 - Сравнение параметров методов распыления и испарения [6]

Физическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ) Химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ)

Определение Физическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ) - это серия методов вакуумного осаждения, используемых для получения пленок и покрытий. ФОГФ характеризуется процессом, при котором материал переходит из конденсированной фазы в газовую, а затем обратно в конденсированную фазу пленки (физический процесс). Наиболее распространенными процессами ФОГФ являются распыление и испарение. нескольких летучих прекурсоров, которые реагируют и/или разлагаются на поверхности подложки, образуя желаемый слой. Также обычно образуются летучие побочные продукты, которые удаляются потоком газа через реакционную камеру.

Продолжение таблицы 1.2

Применение ФОГФ используется для ХОГФ используется для производства

изготовления изделий, в которых высококачественных,

требуются пленки для выполнения высокопроизводительных твердых

механических, оптических, материалов. Этот процесс обычно

химических или электронных используется в промышленности тонких

функций. полупроводников для производства

Например, полупроводниковых тонких пленок.

приборов, пленочных солнечных

панелей, покрытий для стекла и т.д.

Температура Относительно низкая Температура процесса очень высока.

процесса

Требования к Высокое Низкое

очистке

Толщины около 2.5 мкм около 7.5 мкм

пленок

Поверхность Покрытие ФОГФ обладает низкой Поверхность ХОГФ-покрытия немного

шероховатостью и может иметь более шероховатая, чем поверхность

хорошо отражающую поверхность подложки.

Особенности В установке ФОГФ необходимо ХОГФ происходит в низковакуумной

процесса снижать плотность загрузки, чтобы газовой среде и имеет хорошие

избежать образования зон характеристики покрытия. Поэтому, за

неравномерного напыления, а исключением опорных точек, все

загрузка и крепление усложняются. поверхности резцов, запечатанных в реакторе, даже глубокие отверстия и внутренние стенки, могут быть полностью покрыты.

Стоимость Высокая стоимость Низкая стоимость

Безопасность ФОГФ - вид "зеленой инженерии", Реактивный газ и постреакционный газ

которая производит мало ХОГФ могут обладать определенной

загрязнений во время процесса, т.к. коррозионной активностью,

он "физический". воспламеняемостью и токсичностью.

1.1.4. Применение литография для создания электронных устройств

В настоящее время известны и широко применяются различные виды литографии, к ним относятся: фотолитография, экстремальная ультрафиолетовая литография, электронно-лучевая литография, рентгеновская литография и ионно-лучевая литография. Интерес к литографическим методам поддерживается на высоком уровне (см. рис. 1.2).

Оптическая литография стала самым мощным и высокопроизводительным методом получения структур. Она широко используется для производства интегральных схем, полупроводниковых приборов, толсто- и тонкопленочных пассивных компонентов. Оптическая литография используется для создания структур размером более 100 нм.

Для размеров менее 100 нм используются более совершенные методы литографии, которые улучшают разрешение за счет своих индивидуально уникальных особенностей.

С помощью новых масочных материалов "резистов" различных концентраций стало возможно получение структур в масштабе десятков нанометров.

При использовании экстремальной ультрафиолетовой литографии (ЭУФЛ) стало возможно достижение разрешения 28 нм при длине волны около 13 нм. Литография на основе рентгеновского луча позволяет достигать разрешения до 15 нм с помощью новой рентгенодифракционной оптики. Следующим шагом стало использование электронно-лучевой литографии, благодаря чему был достигнут минимальная ширина одиночной дорожки менее 10 нм. Электронный луч - метод безмасковой литографии, сокращающий этапы формирования рисунка на подложке. Элементы менее 10 нм стало возможно получить, основываясь на ионно-лучевой литографии.

Литография тонких пленок сильно усложняет любые технологические циклы вне зависимости от техпроцесса изделия. Подсчитано, что около 30% затрат на изготовление чипа приходится на литографию, что делает ее основной частью производства [7].

Для целого ряда промышленных применений нет необходимости во всеобъемлющей минимизации структур. Окончательный выбор наиболее подходящей технологии литографии будет зависеть не только от технических характеристик, разрешения и точности размещения, но и от затрат, связанных с производством структур для интегральных схем. Кроме того, развиваются

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шестаков Дмитрий Сергеевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Mattox D. M. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing. -William Andrew, 2010.

2. Holmberg K., Matthews A. Coatings tribology: properties, mechanisms, techniques and applications in surface engineering. - Elsevier, 2009.

3. Tracton A. A. Coatings technology handbook. - CRC press, 2005.

4. Baptista A. et al. Sputtering physical vapour deposition (PVD) coatings: A critical review on process improvement and market trend demands //Coatings. - 2018. -Т. 8. - №. 11. - С. 402.

5. Sun L. et al. Chemical vapour deposition //Nature Reviews Methods Primers. - 2021. - Т. 1. - №. 1. - С. 5.

6. Chaudhari M. N., Ahirrao R. B., Bagul S. D. Thin film deposition methods: A critical review //Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. - 2021. - Т. 9. - №. 6. - С. 52155232.

7. Sharma E. et al. Evolution in lithography techniques: microlithography to nanolithography //Nanomaterials. - 2022. - Т. 12. - №. 16. - С. 2754.

8. Cano-Raya C. et al. Chemistry of solid metal-based inks and pastes for printed electronics-A review //Applied Materials Today. - 2019. - Т. 15. - С. 416-430.

9. Kamyshny A., Steinke J., Magdassi S. Metal-based inkjet inks for printed electronics //The Open applied physics journal. - 2011. - Т. 4. - №. 1.

10. Rajan K. et al. Silver nanoparticle ink technology: state of the art //Nanotechnology, science and applications. - 2016. - С. 1-13.

11. Karthik P. S. et al. Copper conductive inks: synthesis and utilization in flexible electronics //RSC advances. - 2015. - Т. 5. - №. 79. - С. 63985-64030.

12. Cui W. et al. Gold nanoparticle ink suitable for electric-conductive pattern fabrication using in ink-jet printing technology //Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2010. - Т. 358. - №. 1-3. - С. 35-41.

13. Li W. et al. The rise of conductive copper inks: challenges and perspectives //Applied Materials Today. - 2020. - Т. 18. - С. 100451.

14. Cano-Raya C. et al. Chemistry of solid metal-based inks and pastes for printed electronics-A review //Applied Materials Today. - 2019. - T. 15. - C. 416-430.

15. Li W. et al. The rise of conductive copper inks: challenges and perspectives //Applied Materials Today. - 2020. - T. 18. - C. 100451.

16. Khan S., Lorenzelli L., Dahiya R. S. Technologies for printing sensors and electronics over large flexible substrates: A review //IEEE Sensors Journal. - 2014. - T. 15. - №. 6. - C. 3164-3185.

17. Izdebska-Podsiadly J., Thomas S. (ed.). Printing on polymers: fundamentals and applications. - William Andrew, 2015.

18. Li M. et al. Recent developments and applications of screen-printed electrodes in environmental assays—A review //Analytica chimica acta. - 2012. - T. 734.

- C. 31-44.

19. Magdassi S., Kamyshny A. (ed.). Nanomaterials for 2D and 3D Printing. -John Wiley & Sons, 2017.

20. Yin Z. P. et al. Inkjet printing for flexible electronics: Materials, processes and equipments //Chinese Science Bulletin. - 2010. - T. 55. - C. 3383-3407.

21. S0ndergaard R. et al. Roll-to-roll fabrication of polymer solar cells //Materials today. - 2012. - T. 15. - №. 1-2. - C. 36-49.

22. Kipphan H. (ed.). Handbook of print media: technologies and production methods. - Springer, 2014.

23. Deganello D. et al. Patterning of micro-scale conductive networks using reel-to-reel flexographic printing //Thin Solid Films. - 2010. - T. 518. - №. 21. - C. 61136116.

24. S0ndergaard R. R., Hösel M., Krebs F. C. Roll-to-Roll fabrication of large area functional organic materials //Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics.

- 2013. - T. 51. - №. 1. - C. 16-34.

25. Fang Y. et al. Flexography Printed Pattern Based on Nano-Copper Conductive Ink //Applied Sciences in Graphic Communication and Packaging: Proceedings of 2017 49th Conference of the International Circle of Educational Institutes

for Graphic Arts Technology and Management & 8th China Academic Conference on Printing and Packaging. - Springer Singapore, 2018. - C. 417-422.

26. Lepak-Kuc S. et al. Conductive Layers on a Shrinkable PET Film by Flexographic Printing //Materials. - 2022. - T. 15. - №. 10. - C. 3649.

27. Dimitriou E., Michailidis N. Printable conductive inks used for the fabrication of electronics: an overview //Nanotechnology. - 2021. - T. 32. - №. 50. - C. 502009.

28. Hrehorova E. et al. Gravure printing of conductive inks on glass substrates for applications in printed electronics //Journal of Display Technology. - 2011. - T. 7. -№. 6. - C. 318-324.

29. Huang Q., Zhu Y. Printing conductive nanomaterials for flexible and stretchable electronics: A review of materials, processes, and applications //Advanced Materials Technologies. - 2019. - T. 4. - №. 5. - C. 1800546.

30. Hrehorova E. et al. Gravure printing of conductive inks on glass substrates for applications in printed electronics //Journal of Display Technology. - 2011. - T. 7. -№. 6. - C. 318-324.

31. A de la Fuente Vornbrock A. et al. Fully gravure and ink-jet printed high speed pBTTT organic thin film transistors //Organic Electronics. - 2010. - T. 11. - №. 12. - C. 2037-2044.

32. Shin K. H. et al. Roll-to-roll gravure printing of thick-film silver electrode micropatterns for flexible printed circuit board //Journal of Coatings Technology and Research. - 2017. - T. 14. - C. 95-106.

33. Fan X. et al. Synthesis of nano-copper particles for conductive ink in gravure printing //The 8th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. - IEEE, 2013. - C. 775-778.

34. Kusaka Y., Fukuda N., Ushijima H. Recent advances in reverse offset printing: an emerging process for high-resolution printed electronics //Japanese journal of applied physics. - 2020. - T. 59. - №. SG. - C. SG0802.

35. Kang D. et al. Investigation on synchronization of the offset printing process for fine patterning and precision overlay //Journal of Applied Physics. - 2014. - T. 115. - №. 23.

36. Park K. et al. High-resolution and large-area patterning of highly conductive silver nanowire electrodes by reverse offset printing and intense pulsed light irradiation //ACS applied materials & interfaces. - 2019. - T. 11. - №. 16. - C. 14882-14891.

37. Kusaka Y., Koutake M., Ushijima H. Fabrication of embedded electrodes by reverse offset printing //Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2015. - T. 25. - №. 4. - C. 045017.

38. Han Y. H. et al. High performance metal oxide field-effect transistors with a reverse offset printed Cu source/drain electrode //ACS applied materials & interfaces. -2016. - T. 8. - №. 2. - C. 1156-1163.

39. Chung S., Cho K., Lee T. Recent progress in inkjet-printed thin-film transistors //Advanced science. - 2019. - T. 6. - №. 6. - C. 1801445.

40. Zavanelli N., Yeo W. H. Advances in screen printing of conductive nanomaterials for stretchable electronics //ACS omega. - 2021. - T. 6. - №. 14. - C. 9344-9351.

41. S0ndergaard R. et al. Roll-to-roll fabrication of polymer solar cells //Materials today. - 2012. - T. 15. - №. 1-2. - C. 36-49.

42. Suikkola J. et al. Screen-printing fabrication and characterization of stretchable electronics //Scientific reports. - 2016. - T. 6. - №. 1. - C. 25784.

43. Teo B. H. et al. Development of nanoparticle copper screen printing pastes for silicon heterojunction solar cells //Solar Energy. - 2019. - T. 189. - C. 179-185.

44. J.W. Kang, W.I. Jeong, J.J. Kim, H.K. Kim, D.G. Kim, G.H. Lee, Highperformance flexible organic light-emitting diodes using amorphous indium zinc oxide anode, Electrochem. Solid-State Lett. 10 (2007) 75

45. L. Hou, F. Huang, W. Zeng, J. Peng, Y. Cao, High-efficiency inverted top-emitting polymer light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 87 (2005).

46. V. Shamanna, S. Das, Z. Celik-Butler, K.L. Lawrence, Micromachined integrated pressure-thermal sensors on flexible substrates, J. Micromech. Microeng. 16 (2006).

47. F. Jiang, G.B. Lee, Y.C. Tai, C.M. Ho, A flexible micromachine-based shear-stress sensor array and its application to separation-point detection, Sens. Actuators A 79 (2000) 194.

48. S.A. Day, D.P. Butler, Z. Celik-Bulter, Micromachined infrared bolometers on flexible polyimide substrates, Sens. Actuators A 118 (2005) 49.

49. S. Tung, S.R. Witherspoon, L.A. Roe, A. Silano, D.P. Maynard, N. Ferraro, AMEMSbased flexible sensor and actuator system for space inflatable structures, Smart Mater. Struct. 10 (2001) 1230.

50. Caglar U. Studies of inkjet printing technology with focus on electronic materials. - 2010.

51. Zhang Z. et al. Synthesis of monodisperse silver nanoparticles for ink-jet printed flexible electronics //Nanotechnology. - 2011. - T. 22. - №. 42. - C. 425601.

52. Perelaer J. et al. Inkjet-printed silver tracks: low temperature curing and thermal stability investigation //Journal of Materials Chemistry. - 2008. - T. 18. - №2. 27.

- C. 3209-3215.

53. Chung S., Cho K., Lee T. Recent progress in inkjet-printed thin-film transistors //Advanced science. - 2019. - T. 6. - №. 6. - C. 1801445.

54. Kosmala A. et al. Synthesis of silver nano particles and fabrication of aqueous Ag inks for inkjet printing //Materials Chemistry and Physics. - 2011. - T. 129.

- №. 3. - C. 1075-1080.

55. Jiang Q., Zhang S., Zhao M. Size-dependent melting point of noble metals //Materials Chemistry and Physics. - 2003. - T. 82. - №. 1. - C. 225-227.

56. Kamyshny A., Sowade E., Magdassi S. Inkjet Ink Formulations: Overview and Fundamentals //Inkjet Printing in Industry: Materials, Technologies, Systems, and Applications. - 2022. - T. 1. - C. 93-124.

57. Lim, J. H., Kuk, K., Shin, S. J., Baek, S. S., Kim, Y. J., Shin, J. W., & Oh, Y. S. Failure mechanisms in thermal inkjet printhead analyzed by experiments and numerical simulation. Microelectronics Reliability. -2005- 45(3-4) - C. 473-478.

58. Gruene, M., Unger, C., Koch, L., Deiwick, A., & Chichkov, B. Dispensing pico to nanolitre of a natural hydrogel by laser-assisted bioprinting. Biomedical engineering online - 2011- 10 - C. 1-11.

59. Salary, R. R., Lombardi III, J. P., Weerawarne, D. L., Rao, P. K., & Poliks, M. D. A state-of-the-art review on aerosol jet printing (AJP) additive manufacturing process. In International Manufacturing Science and Engineering Conference, American Society of Mechanical Engineers - 2019, June- Vol. 58745 - p. V001T01A03).

60. Gao, D., & Zhou, J. G., Designs and applications of electrohydrodynamic 3D printing. International journal of bioprinting - 2019 - 5(1).

61. Fu, C., Quan, A. J., Luo, J. T., Pang, H. F., Guo, Y. J., Wu, Q., ... & Fu, Y. Q. Vertical jetting induced by shear horizontal leaky surface acoustic wave on 36° YX LiTaO3, Applied Physics Letters - 2017- 110(17).

62. Li, H., Liu, J., Li, K., & Liu, Y. Piezoelectric micro-jet devices: A review. Sensors and Actuators A: Physical - 2019 - 111552 C - 297.

63. Phung, T. H., & Kwon, K. S. How to manipulate droplet jetting from needle type jet dispensers. Scientific reports - 2019 - 9(1) - 19669.

64. Modak, C. D., Kumar, A., Tripathy, A., & Sen, P. Drop impact printing. Nature communications - 2020 -11(1) - 4327.

65. Wijshoff H. The dynamics of the piezo inkjet printhead operation //Physics reports. - 2010. - T. 491. - №. 4-5. - C. 77-177.

66. Sekine T. et al. Highly stable flexible printed organic thin-film transistor devices under high strain conditions using semiconducting polymers //Japanese Journal of Applied Physics. - 2015. - T. 54. - №. 4S. - C. 04DK10.

67. Nakayama K. et al. Patternable solution-crystallized organic transistors with high charge carrier mobility //Advanced Materials. - 2011. - T. 23. - №. 14. - C. 16261629.

68. Ko S. H. et al. All-inkjet-printed flexible electronics fabrication on a polymer substrate by low-temperature high-resolution selective laser sintering of metal nanoparticles //Nanotechnology. - 2007. - T. 18. - №. 34. - C. 345202.

69. Gundlach D. J. et al. Contact-induced crystallinity for high-performance soluble acene-based transistors and circuits //Nature Materials. - 2008. - T. 7. - №. 3. -C. 216-221.

70. Giri G. et al. Effect of solution shearing method on packing and disorder of organic semiconductor polymers //Chemistry of Materials. - 2015. - T. 27. - №. 7. - C. 2350-2359.

71. Sekitani T. et al. Organic transistors manufactured using inkjet technology with subfemtoliter accuracy //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2008.

- T. 105. - №. 13. - C. 4976-4980.

72. Kaltenbrunner M. et al. SB-Gogonea, S. Bauer, T. Someya //Nature. - 2013.

- T. 499. - C. 458.

73. Mitsui C. et al. High-performance solution-processable N-shaped organic semiconducting materials with stabilized crystal phase //Advanced Materials (Deerfield Beach, Fla.). - 2014. - T. 26. - №. 26. - C. 4546-4551.

74. Zhang F. et al. Solution-processed nanoporous organic semiconductor thin films: toward health and environmental monitoring of volatile markers //Advanced Functional Materials. - 2017. - T. 27. - №. 23. - C. 1701117.

75. Tseng H. R. et al. High-mobility field-effect transistors fabricated with macroscopic aligned semiconducting polymers //Adv. Mater. - 2014. - T. 26. - №. 19. -C. 2993-2998.

76. Sakanoue T., Sirringhaus H. Band-like temperature dependence of mobility in a solution-processed organic semiconductor //Nature materials. - 2010. - T. 9. - №. 9.

- C. 736-740.

77. Ou-Yang W. et al. High-performance organic transistors with high-k dielectrics: A comparative study on solution-processed single crystals and vacuum-deposited polycrystalline films of 2, 9-didecyl-dinaphtho [2, 3-b: 2', 3'-f] thieno [3, 2-b] thiophene //Applied Physics Letters. - 2012. - T. 101. - №. 22.

78. Iino H., Usui T., Hanna J. Liquid crystals for organic thin-film transistors //Nature communications. - 2015. - T. 6. - №. 1. - C. 6828.

79. Sirringhaus H., Tessler N., Friend R. H. Integrated optoelectronic devices based on conjugated polymers //Science. - 1998. - T. 280. - №. 5370. - C. 1741-1744.

80. Kim J. S. et al. Tuning mechanical and optoelectrical properties of poly (3-hexylthiophene) through systematic regioregularity control //Macromolecules. - 2015. -T. 48. - №. 13. - C. 4339-4346.

81. Baeg K. J. et al. High mobility top-gated poly (3-hexylthiophene) field-effect transistors with high work-function Pt electrodes //Thin Solid Films. - 2010. - T. 518. -№. 14. - C. 4024-4029.

82. Son S. Y. et al. High-field-effect mobility of low-crystallinity conjugated polymers with localized aggregates //Journal of the American Chemical Society. - 2016. - T. 138. - №. 26. - C. 8096-8103.

83. Perelaer J. et al. Printed electronics: the challenges involved in printing devices, interconnects, and contacts based on inorganic materials //Journal of Materials Chemistry. - 2010. - T. 20. - №. 39. - C. 8446-8453.

84. Cao L. et al. The preparation of Ag nanoparticle and ink used for inkjet printing of paper based conductive patterns //Materials. - 2017. - T. 10. - №. 9. - C. 1004.

85. Jun H. Y., Lee E. J., Ryu S. O. Synthesis and characterization of copper ink and direct printing of copper patterns by inkjet printing for electronic devices //Current Applied Physics. - 2020. - T. 20. - №. 7. - C. 853-861.

86. Khairullina E. M. et al. High rate fabrication of copper and copper-gold electrodes by laser-induced selective electroless plating for enzyme-free glucose sensing //RSC advances. - 2021. - T. 11. - №. 32. - C. 19521-19530.

87. Chiang T. L. et al. Efficient copper plating on glass substrates through amine-functionalized nanocomposite-immobilized silver nanoparticles //Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2024. - T. 688. - C. 133581.

88. You J. L. et al. Adamantane-based low-dielectric-constant photocurable resin for 3D printing electronics //Additive Manufacturing. - 2024. - T. 82. - C. 104047.

89. Yu F., Xu H., Zhou T. Laser-induced selective metallization of epoxy resin: Preparing ultra-thin and ultra-light motors //Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2024. - T. 177. - C. 107946.

90. Hübler A. C. et al. Ring oscillator fabricated completely by means of mass-printing technologies //Organic Electronics. - 2007. - T. 8. - №. 5. - C. 480-486.

91. You J. L. et al. Electroless plating of a 5G copper antenna on polyimide patterned with laser-induced selective activation and curing of metal-organic catalyst //Applied Surface Science. - 2022. - T. 599. - C. 153990.

92. Serra P., Piqué A. Laser-induced forward transfer: fundamentals and applications //Advanced Materials Technologies. - 2019. - T. 4. - №. 1. - C. 1800099.

93. Zacharatos F., Makrygianni M., Zergioti I. Laser-induced forward transfer (LIFT) technique as an alternative for assembly and packaging of electronic components //IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. - 2021. - T. 27. - №. 6. - C. 1-8.

94. Theodorakos I. et al. Selective laser sintering of Ag nanoparticles ink for applications in flexible electronics //Applied surface science. - 2015. - T. 336. - C. 157162.

95. Ermak O. et al. Rapid laser sintering of metal nano-particles inks //Nanotechnology. - 2016. - T. 27. - №. 38. - C. 385201.

96. Kochemirovsky V. A. et al. Laser-induced copper deposition from aqueous and aqueous-organic solutions: State of the art and prospects of research //Russian Chemical Reviews. - 2015. - T. 84. - №. 10. - C. 1059.

97. Kochemirovsky V. A. et al. Laser-induced chemical liquid phase deposition of metals: chemical reactions in solution and activation of dielectric surfaces //Russian Chemical Reviews. - 2011. - T. 80. - №. 9. - C. 869.

98. Kordás K. et al. Laser-assisted metal deposition from liquid-phase precursors on polymers //Applied Surface Science. - 2001. - T. 172. - №. 1-2. - C. 178-189.

99. Shafeev G. A. Laser activation and metallisation of oxide ceramics //Advanced Materials for Optics and Electronics. - 1993. - T. 2. - №. 4. - C. 183-189.

100. Kordas K. et al. Laser-assisted selective deposition of nickel patterns on porous silicon substrates //Applied surface science. - 2001. - T. 178. - №. 1-4. - C. 9397.

101. Tver'yanovich Y. S. et al. Lazerno-indutsirovannoe osazhdenie zolota i medi iz rastvorov //Laser-Induced Chemical Liquid Phase Deposition of Gold and Copper) St Petersburg: AS Pushkin Leningrad University. - 2010.

102. Yokoyama H., Kishida S., Washio K. Laser induced metal deposition from organometallic solution //Applied physics letters. - 1984. - T. 44. - №. 8. - C. 755-757.

103. Kochemirovsky V. A. et al. Glycerol as a ligand for the laser-induced liquid phase deposition of copper //Glass Physics and Chemistry. - 2013. - T. 39. - C. 403-408.

104. Kochemirovsky V. A. et al. Sorbitol as an efficient reducing agent for laser-induced copper deposition //Applied Surface Science. - 2012. - T. 259. - C. 55-58.

105. Panov M. S. et al. High rate in situ laser-induced synthesis of copper nanostructures performed from solutions containing potassium bromate and ethanol //Microelectronic Engineering. - 2016. - T. 157. - C. 13-18.

106. Smith E. L., Abbott A. P., Ryder K. S. Deep eutectic solvents (DESs) and their applications //Chemical reviews. - 2014. - T. 114. - №. 21. - C. 11060-11082.

107. Shishov A. et al. High rate laser deposition of conductive copper microstructures from deep eutectic solvents //Chemical Communications. - 2019. - T. 55. - №. 65. - C. 9626-9628.

108. Lo C. Y. et al. MEMS-controlled paper-like transmissive flexible display //Journal of Microelectromechanical Systems. - 2010. - T. 19. - №. 2. - C. 410-418.

109. Maddipatla D., Narakathu B. B., Atashbar M. Recent progress in manufacturing techniques of printed and flexible sensors: a review //Biosensors. - 2020. - T. 10. - №. 12. - C. 199.

110. Li Y. et al. Deposited nanoparticles can promote air clogging of piezoelectric inkjet printhead nozzles //Langmuir. - 2019. - T. 35. - №. 16. - C. 5517-5524.

111. Martin G. D., Hoath S. D., Hutchings I. M. Inkjet printing-the physics of manipulating liquid jets and drops //Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2008. - T. 105. - №. 1. - C. 012001.