Ученые улучшили способ создания электропроводящих серебряных пленок

13:30, 27 февраля 2024

Новый метод сделает процесс производства более точным и менее затратным [фоторепортаж]

Ученые оптимизировали LIFT-печать — процесс производства серебряных электропроводящих пленок, которые используются в качестве соединительных элементов в микроэлектронике. Это позволило сделать LIFT-печать точнее и эффективнее, а полученные данным методом пленки имеют электропроводимость, которая сопоставима с достигаемой традиционными методами. Результаты работы будут полезны для компаний, которые производят сенсоры, датчики и микропроцессоры. Подробную информацию о полученных результатах и LIFT-печати ученые опубликовали в Photonics. Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№ 075-15-2023-603). Работы в УрФУ проводились на оборудовании УЦКП «Современные нанотехнологии».

«В рамках нашей работы была проведена оптимизация LIFT-печати — одного из самых распространенных методов получения электропроводящих элементов. Благодаря этому производство электропроводящих пленок стало доступнее, а производительность печати повысилась. Полученные в лабораторных условиях результаты показали, что серебряные пленки, созданные таким способом, имеют хороший коэффициент электропроводности — 83 кСм», — поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории передовых лазерных микро- и нанотехнологий в фотонике и биомедицине ИЕНиМ УрФУ Сергей Кудряшов.

Серебряные электропроводящие пленки — это тонкие слои серебра, которые обладают хорошей электропроводимостью. В отличие от аналогов, данный вид пленок обладает высокой стабильностью и устойчивостью к внешним воздействиям, например, к коррозии и окислению. Это делает их особенно полезными в производстве микропроцессоров, датчиков и сенсоров.

Наиболее распространенный способ производства таких пленок — LIFT-печать. Данный процесс делится на три этапа. Сперва идет подготовка донорской пленки (подложки) — на нее наносится нужный материал, например, металл или полупроводник. Затем, на втором этапе, при помощи лазерного импульса происходит перенос материала с поверхности подложки-донора на целевую поверхность — подложку-акцептор. На третьем этапе начинается процесс спекания, при котором материал фиксируется на подложке-акцепторе при помощи дополнительной тепловой обработки. Из полученного материала затем создается электропроводящая серебряная пленка.

«LIFT-печать обеспечивает низкое электрическое сопротивление и хорошую электропроводимость в печатной электронике. Однако это сложный и затратный процесс, который включает в себя три этапа. Мы обнаружили, что второй и третий этапы можно объединить в один. Это позволило сделать технологию более экономичной, при этом сохраняется высокий коэффициент электропроводимости полученных пленок», — объясняет старший научный сотрудник отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ физики и прикладной математики УрФУ Виктория Пряхина.

Для того чтобы провести анализ поверхности и структуры серебряных пленок, ученые использовали сканирующую электронную микроскопию, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию. Эти методы помогли получить данные о структуре и химическом составе материалов и их электронных состояниях.

«Исследования показали, что полученные серебряные нанослои имеют чисто элементный, нанокристалличский и металлический характер — это значит, что такие материалы могут использоваться в создании микроэлектроники. Надеемся, что в будущем, метод LIFT-печати позволит наладить более точное и эффективное производство серебряных электропроводящих пленок в большом масштабе», — добавляет Виктория Пряхина.

Отметим, что исследование выполнено совместно с Физическим институтом им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), Институтом кристаллографии РАН, Московским государственным университетом им. М. В. Ломоносова, а также Институтом физики Вьетнамской академии наук и технологий. Сотрудничество между УрФУ и ФИАН стало возможным благодаря программе «Приоритет-2030».

Справка

Объем мирового рынка электропроводящих пленок, по данным Impactful insight, в 2022 году достиг 5,9 млрд долларов США. Ожидается, что к 2028 году рынок достигнет 9,2 млрд долларов США, что соответствует росту в 7,4 % в год.

Сергей Лукьянченко