CN103426991A - 金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法 - Google Patents
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Abstract
金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,涉及透明薄膜电极。将Cu纳米分散于有机溶液中;通过真空抽滤,将分散于有机溶液中的Cu纳米线沉积于滤膜上;将沉积有Cu纳米线的滤膜覆盖在基片上,并在基片背面施加压力,再揭去滤膜后,Cu纳米线薄膜即被转移到基片背面,然后在真空气氛中退火,即完成金属纳米丝透明欧姆电极的压印。所制成的金属纳米丝的透明欧姆电极,具有良好的电导率和透光性,并能与半导体器件形成良好欧姆接触,可以提高器件电注入效率及其出光效率。制作灵活,易于图案化,可以在很多不规则的区域或者超大面积上形成透明导电电极。
Description
技术领域
本发明涉及透明薄膜电极,特别是涉及一种金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法。
背景技术
透明电极在平板显示、触摸屏、OLED、LED、智能窗以及太阳能电池等设备的导电层中广泛应用。传统的透明电极一般采用ITO、AZO等,这些电极材料往往由于制作工艺复杂,条件苛刻而价格昂贵。随着电子技术的发展,未来对透明导电电极的需求将与日俱增。并且,由于人们对器件的柔性特性提出了一定要求,使得研究者们逐渐开始探究一些新材料,例如碳纳米管([1]Wang,R.R.;Sun,J.;Gao,L.A.;Zhang,J.ACS Nano2010,4,4890)、石墨烯([2]Wang,R.R.;Sun,J.;Gao,L.A.;Xu,C.H.;Zhang,J.;Liu,Y.Q.Nanoscale2011,3,9042)等。但是,这些材料做成的透明导电薄膜一般具有较高的方阻和透光率比,因此还不适用于大多数的实际应用。近期,人们发现金属纳米线,例如Cu纳米线和Ag纳米线通过压印法形成的透明导电薄膜具有优异的性能,可以和ITO相比拟。
由于传统的GaN基LED电极一般采用不透明或者半透明的金属薄膜,因此无法通过器件顶部发光。由于许多金属接触的透光性不好,几个纳米厚的Ni/Au接触是半透明的,在可见光波段的透射率只有60%~75%,接触电极太薄则影响电流的均匀扩散和热稳定性;但当Ni/Au太厚,其透光率低,大大降低了LED发光效率。如何在p-GaN上获得低阻和高透光率的欧姆接触,从而提高LED发光效率,一直是众多研究者关注的焦点问题之一。为提高LED的发光效率,除了在封装结构、光学设计等方面的工作外,方法之一是采用透明导电膜来代替金属作为p-GaN上的接触电极,以实现电流的均匀扩散及高透光率,从而获得更高的光输出。因此,若能在LED器件上应用透明电极,就可望提高LED的光输出,提高其外量子效率,还可以延长LED的寿命。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述现有技术的不足,提供一种金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法。
本发明包括以下步骤:
1)将Cu纳米分散于有机溶液中;
2)通过真空抽滤,将分散于有机溶液中的Cu纳米线沉积于滤膜上;
3)将沉积有Cu纳米线的滤膜覆盖在基片上,并在基片背面施加压力,再揭去滤膜后,Cu纳米线薄膜即被转移到基片背面,然后在真空气氛中退火,即完成金属纳米丝透明欧姆电极的压印。
在步骤1)中,所述有机溶液可采用正己烷溶液等。
在步骤2)中,所述滤膜可选用聚碳酸酯微孔滤膜等;所述滤膜的孔径可为0.2~12μm。
在步骤3)中,所述施加压力的时间可为15s~1min;所述基片可采用玻璃、PET塑料、聚酰亚胺薄膜等中的一种;所述沉积有Cu纳米线的滤膜上可放置图案化的掩模,在图案化的掩模区域喷洒Cu纳米线胶体溶液,则形成图案化的Cu纳米线薄膜;所述退火的温度可为100~600℃,退火的时间可为0.5~1.5h。经退火后铜纳米线薄膜与GaN半导体材料形成欧姆接触。
本发明将化学法合成的Cu纳米线超声分散在正己烷中,形成铜纳米线胶体。通过真空抽滤将Cu纳米线沉积在聚碳酸酯(PP)微孔滤膜上形成均匀薄膜。将沉积有Cu纳米线薄膜的聚碳酸酯微孔滤膜覆盖在LED器件上,使用探针在LED的p型电极区和n型电极区施加一定压力后揭去滤膜。将覆盖有Cu纳米线电极的LED器件在真空环境中退火。
本发明所制成的金属纳米丝的透明欧姆电极,具有良好的电导率和透光性,并能与半导体器件形成良好欧姆接触,可以提高器件电注入效率及其出光效率。同时,该压印技术还具有制作灵活,易于图案化,可以在很多不规则的区域或者超大面积上形成透明导电电极。
与现有技术相比,本发明的有益效果是透明电极的制作方法简易,容易图案化,转移方法简便灵活,可以在较温和的条件下使电极与LED器件形成欧姆接触。
附图说明
图1为Cu纳米线电极——n型GaN的I-V曲线;
图2为Cu纳米线电极——p型GaN的I-V曲线;
图3为转移至玻璃基片上的Cu纳米线透明薄膜;
图4为转移至PET塑料基片上的Cu纳米线透明薄膜;
图5为转移至PET塑料基片上的经图案化后的Cu纳米线透明薄膜。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)取50mg Cu纳米线,经超声振荡20min分散在10ml正己烷中,从中取0.5ml,用正己烷稀释至30ml,超声振荡20min。
(2)从步骤(1)中取10ml溶液滴加到聚碳酸酯(PP)滤膜上,经真空抽滤形成均匀的Cu纳米线薄膜。
(3)将这种沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜从抽滤头上揭下,在空气中晾干。
(4)将沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜平铺于LED片上。
(5)用微探针在LED电极区,从背面施加一定压力,保持15s左右。
(6)缓慢揭去滤膜后,Cu纳米线薄膜就被转移到施加压力的区域。
(7)将覆盖有Cu纳米线薄膜电极的LED器件在真空中,200℃加热1h,使电极与LED器件形成欧姆接触。
实施例2
(1)本实施例与实施例1的不同之处在于,将沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜覆盖在n-GaN外延片上,在两头施加一定压力,将Cu纳米线薄膜转移到n-GaN上。
(2)将这种覆盖有Cu纳米线薄膜电极的n-GaN在200℃真空中退火1h,并测试其I-V曲线,测试结果如图1所示。
实施例3
(1)本实施例与实施例1的不同之处在于,将沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜覆盖在p-GaN外延片上,在两头施加一定压力,将Cu纳米线薄膜转移到p-GaN上。
(2)将这种覆盖有Cu纳米线薄膜电极的p-GaN外延片在200℃真空中退火1h,并测试其I-V曲线,测试结果如图2所示。
实施例4
(1)取50mg Cu纳米线,经超声振荡20min分散在10ml正己烷中,从中取0.5ml,用正己烷稀释至30ml,超声振荡20min;
(2)从步骤(1)中取10ml溶液滴加到聚碳酸酯(PP)滤膜上,经真空抽滤形成均匀的Cu纳米线薄膜;
(3)将这种沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜从抽滤头上揭下,在空气中晾干;
(4)将沉积有Cu纳米线薄膜的滤膜平铺于玻璃基片,从背面施加一均匀压力;然后,缓慢揭去滤膜后,在玻璃基片上形成均匀的Cu纳米线薄膜,如图3所示。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于,将沉积在聚碳酸酯微孔滤膜上面的Cu纳米线薄膜转移到透明PET基片上,如图4所示。
实施例6
本实施例与实施例5区别在于,在聚碳酸酯滤膜的上面放置一个图案化的掩模,从步骤(1)中取10ml溶液滴加到聚碳酸酯微孔滤膜上面的掩模缝隙上,经真空抽滤在滤膜上形成图案化的Cu纳米线薄膜,转移到透明PET基片上,形成图案化的Cu纳米线薄膜,如图5所示。
Claims (8)
1.金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将Cu纳米分散于有机溶液中;
2)通过真空抽滤,将分散于有机溶液中的Cu纳米线沉积于滤膜上;
3)将沉积有Cu纳米线的滤膜覆盖在基片上,并在基片背面施加压力,再揭去滤膜后,Cu纳米线薄膜即被转移到基片背面,然后在真空气氛中退火,即完成金属纳米丝透明欧姆电极的压印。
2.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤1)中,所述有机溶液采用正己烷溶液。
3.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤2)中,所述滤膜选用聚碳酸酯微孔滤膜。
4.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤2)中,所述滤膜的孔径为0.2~12μm。
5.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤3)中,所述施加压力的时间为15s~1min。
6.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤3)中,所述基片采用玻璃、PET塑料、聚酰亚胺薄膜中的一种。
7.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤3)中,所述沉积有Cu纳米线的滤膜上放置图案化的掩模,在图案化的掩模区域喷洒Cu纳米线胶体溶液,则形成图案化的Cu纳米线薄膜。
8.如权利要求1所述金属纳米丝透明欧姆电极的压印方法,其特征在于在步骤3)中,所述退火的温度为100~600℃,退火的时间为0.5~1.5h。
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