甲酸铜基无颗粒型导电墨水的制备和性能研究

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1、分类号：学校代码：１０１４０密级：公开学号４０３１３３１８０５：？ＬＩＡＯＮＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文ＴＨＥＳＩＳＦＯＲＭＡＳＴＥＲＤＥＧＲＥＥ甲酸铜基无颗粒型导电墨水的制备论文题目矛口十生會＾开％：ＰｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｅｒｔｏｆＣｏｅｒＦｏｒｍａｔｅｂａｓｅｄＭＯＤｐｐｙｐｐ英文题目ｏｎｄｕｃｔｉｖｅＩｎｋ：Ｃ论文作者：张义勐王绩伟教授指导教师：微电子学与固体电子学专业：二？一八年五月完成时间：辽宁大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈

2、交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注的内容外，不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人为获得其他学位而使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中进行了标注，并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年Ｉ月＞日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的原件、复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权辽宁大学可以将本学位论文

3、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。学校须按照授权对学位论文进行管理，不得超越授权对学位论文进行任意处理。保密（），在年后解密适用本授权书。（保密：请在括号内“，，划Ｖ）授权人签名：指导教师齡：日期：年ｊ：月令日日期：年ｒ月乂日申请辽宁大学硕士学位论文甲酸铜基无颗粒型导电墨水的制备和性能研究PreparationandPropertyofCopperFormatebasedMODConductiveInk作者：张义勐指导教师：王绩伟教授专业：微电子学与固体电子学答辩

4、日期：2018年5月20日二○一八年五月·中国辽宁摘要摘要随着微电子制造技术的发展，印刷电子向传统的制造技术发起了冲击。在众多印刷方式中，喷墨打印因其无印版、低消耗、能实现柔性化制造等优点，被一致认为将在某些领域取代传统工艺，成为下一代的微电子制造技术。喷墨打印就是在数字信号控制下，将功能性墨水直接沉积在衬底材料上形成特定的图形结构，而后经过后处理，得到所需的电子器件。因此功能性墨水，尤其是导电墨水的发展就成为了喷墨打印在微电子制造中广泛应用的前提和基础。银基导电墨水目前已经被应用到薄膜晶体管、射频电感和传感器等领域中制备金属互连线。然而，银高昂的价格以及严重的

5、电迁移现象限制了其大规模应用。价格低廉的铜与银具有相似的电阻率，且抗电迁移能力强，因此铜基导电墨水被认为是银基导电墨水的理想替代者。其中铜基无颗粒型导电墨水因稳定性强、热处理温度低和不易堵塞喷头等优点，吸引了越来越多研究者的关注。本课题首先以甲酸铜为金属前驱体，采用1,2-丙二胺、异丙胺、正丁胺、辛胺和乙醇胺分别作为络合剂，配制了甲酸铜基无颗粒型导电墨水。研究发现络合剂对导电墨水的热分解温度、稳定性以及导电薄膜的电阻率、表面形貌和有机物残留量均有很大的影响。使用1,2-丙二胺作为络合剂时，导电墨水的稳定性最高且制备的导电薄膜电阻率最低，为10.5μΩ·cm。同时

6、它的热分解温度较低，能够满足大部分柔性衬底的耐热要求。因此确定1,2-丙二胺为适合的络合剂。其缺点在于导电薄膜由于反润湿现象和气泡的产生，导致了中间厚边缘薄、中间破损边缘平整的表面形貌。进一步对导电墨水的配方进行了改进。通过辛胺的添加有效抑制了反润湿现象和铜颗粒的团聚，且甲酸铜/辛胺络合物能够热分解生成粒径为0.03μm的铜纳米颗粒，这些粒径更小的铜纳米颗粒能够填充到由甲酸铜/1,2-丙二胺络合物生成的铜纳米颗粒之间的空洞和缝隙中，从而形成了平整且致密的薄膜形貌。于此同时，辛胺的添加还会造成电阻率的增加和热处理温度的上升，综合考虑各因素，确定了1,2-丙二胺/辛

7、胺混合比为1：2。热处理条件对导电薄膜的性能有显著的影响。提高热处理温度或延长热处理时间，导电薄膜的电阻率均呈现出o先急剧下降而后趋于平稳的变化趋势。经过150C处理40min，可以得到电阻率I摘要为28.1μΩ·cm的导电薄膜。o此外，在柔性衬底聚酰亚胺上制备了导电薄膜，150C/40min的热处理条件下，其电阻率为29.9μΩ·cm。导电薄膜与PI衬底间的粘附性等级为0B，机械稳定性较差。进一步探究了粘结剂对导电薄膜的粘附性和电阻率的影响。实验表明，乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮添加量分别为2.5%和1%时，电阻率分别增加到36.8μΩ·cm和36.6μΩ·cm

8、，粘附性等级分别为2B和