DE102009053943A1 - Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE102009053943A1
DE102009053943A1 DE102009053943A DE102009053943A DE102009053943A1 DE 102009053943 A1 DE102009053943 A1 DE 102009053943A1 DE 102009053943 A DE102009053943 A DE 102009053943A DE 102009053943 A DE102009053943 A DE 102009053943A DE 102009053943 A1 DE102009053943 A1 DE 102009053943A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silver
substrate
composition
chemical
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102009053943A
Other languages
English (en)
Inventor
Volker Arning
Jürgen Dr. Steiger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Priority to DE102009053943A priority Critical patent/DE102009053943A1/de
Priority to TW099138848A priority patent/TW201132794A/zh
Priority to PCT/EP2010/067272 priority patent/WO2011061111A2/de
Publication of DE102009053943A1 publication Critical patent/DE102009053943A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/08—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/14—Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
    • C23C18/143—Radiation by light, e.g. photolysis or pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/14—Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
    • C23C18/145—Radiation by charged particles, e.g. electron beams or ion irradiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/105—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by conversion of non-conductive material on or in the support into conductive material, e.g. by using an energy beam
    • H05K3/106—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by conversion of non-conductive material on or in the support into conductive material, e.g. by using an energy beam by photographic methods
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer silberhaltigen Struktur aus mindestens einer chemischen Silberverbindung, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen eines Substrates, b) Aufbringen einer Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf das Substrat, c) ggf. Trocknen des mit der Zusammensetzung beschichteten Substrats und d) Konvertieren mindestens eines Teils der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf dem Substrat in eine silberhaltige Struktur, wobei die chemische Silberverbindung Silberlactat ist und die Konvertierung durch i) Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung auf dem Substrat durch Bestrahlen mit Strahlung ausgewählt aus elektromagnetischer Strahlung und Elektronenstrahlung und ii) Zuführen thermischer Energie zum gesamten beschichteten Substrat erfolgt, elektrische und elektronische Erzeugnisse, die die silberhaltigen Strukturen aufweisen, sowie die Verwendung der silberhaltigen Strukturen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, elektrische und elektronische Erzeugnisse aufweisend mindestens eine nach dem Verfahren erzeugbare silberhaltige Struktur und die Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugbaren silberhaltigen Strukturen.
  • Die Drucktechnologie ist eine interessante und effiziente Methode, um elektronische Strukturen, insbesondere Schaltkreise zu fertigen, da sie eine einfache und effiziente Herstellung unterschiedlichster Strukturen ermöglicht. Insofern besteht ein großes Interesse an Druckverfahren zur Herstellung elektronischer Strukturen. Für die Herstellung der jeweiligen Strukturen, insbesondere der Schaltelemente, und zur Erzielung der jeweils gewünschten Eigenschaften sind dabei zur Erzeugung gedruckter Elektronik elektrisch funktionelle Drucktinten erforderlich.
  • Neben den Isolatoren und den aktiven halbleitenden Materialsysteme ist dabei eine essentiell wichtige Klasse elektronischer Strukturen die der Leiter. Die Funktion der Leitfähigkeit kann zwar im Prinzip durch Ruß- oder Graphit-Systeme oder elektrisch leitfähige Polymere (z. B. PEDOT:PSS oder Polyanilin) realisiert werden, die Leitfähigkeit dieser Strukturen reicht aber für viele Anwendungen bei weitem nicht aus.
  • Von daher werden bevorzugt metallische Strukturen bei Anwendungen eingesetzt, bei denen ein geringer elektrischer Widerstand erreicht bzw. Strukturen mit hoher Leitfähigkeit erzielt werden sollen. Besonders bevorzugt bestehen die metallischen Strukturen dabei aus Kupfer oder Silber.
  • Da die Oberfläche gedruckter Systeme auf Grund der dünnen Schichten sehr groß ist, spielen Reaktionen an der Oberfläche (wie z. B. eine Oxidation) eine bedeutende Rolle. Silberoxid ist im Vergleich zu anderen Oxiden wie CuO oder Al2O3 sehr leitfähig und beeinträchtig die Leitfähigkeit einer Silberschicht entsprechend weniger. Aus diesem Grund sind Silbersysteme für gedruckte Leiterbahnen besonders gut geeignet, da sie auch im Falle einer Oberflächenoxidation der Silberstruktur die hohe Leitfähigkeit beibehalten.
  • Bei vielen Anwendungen, z. B. bei RFID-Antennen oder Solarzellen-Elektroden, werden Silberpartikel enthaltende Silberpasten zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen eingesetzt. Diese Systeme sind jedoch zum einen aufgrund der Partikel-Partikel-Widerstände nicht so leitfähig (nur ca. 1/10 der Volumenleitfähigkeit von elementarem Silber), zum anderen sind die Systeme aufgrund der Mikrometer großen Partikeln zu dick und zu rau für den Einsatz in vielen elektrischen Elementen, insbesondere Transistoren, Dioden und Speichern.
  • Nanopartikuläre Systeme können zwar prinzipiell stattdessen eingesetzt werden, um dünne leitfähige Schichten herzustellen. Das Problem der Partikel-Partikel-Widerstände besteht jedoch weiter. Die Herstellung der silberhaltigen Nanopartikel und insbesondere ihre Stabilisierung in Lösung sind weiterhin extrem aufwändig.
  • Eine Alternative sollten somit chemische Silberverbindungen (Verbindungen kovalenter Natur und Salze) darstellen, da die daraus herstellbaren Schichten mindestens ähnlich gute, wenn nicht bessere Eigenschaften als Nanopartikel-Systeme zeigen sollten und die Herstellung der entsprechenden Drucktinten viel einfacher ist und sich diese einfacher stabilisieren lassen.
  • Nicht alle Silbersalze bzw. Silberverbindungen sind jedoch gleichermaßen für die Herstellung von elektronischen Strukturen geeignet, da beispielsweise die Filmbildungseigenschaften eine wichtige Rolle zur Ausprägung einer geschlossenen Schicht spielen.
  • So lehren zum Beispiel K. F. Teng und R. W. Vest in IEEE Transactions an Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 11, No. 3, 1988, die Erzeugung metallischer Strukturen durch das Verdrucken von Silber-Neodecanoat-Lösungen, die thermisch zu Silber konvertiert werden können. Den Effekt der Temperatur bei dieser thermischen Konvertierung untersuchen weiterhin A. L. Dearden et al., Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 315–318. Es entstehen zwar leitfähige Schichten, die für die Konvertierung erforderlichen Zeiten sind jedoch zu lang (50 bzw. mindestens 5 Minuten), um in herkömmliche Druckanlagen ohne Verzögerung des Gesamtprozesses realisiert werden zu können. Weiterhin sind die erzielbaren Leitfähigkeiten in vielen Fällen nicht ausreichend.
  • Eine auf Silber-Trifluoroacetat basierende metallorganische Tinte beschreiben Kaydanova et al. in dem Conference Paper NREL/CP-520-33594. Curtis et al. beschreiben in NREL/CP-520-31020 Tinten enthaltend u. a. Silber-Hexafluoroacetylacetonat-1,5-cyclooctadien. Auch diese Tinten führen jedoch nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen.
  • Das Samsung Advanced Institute of Technology beschreibt in Materials Science and Engineering B 117 (2005), 11–16 einen Prozess, bei dem Silbersalze in Kombination mit Aminen eingesetzt werden. Zur strukturierten Erzeugung von Silberbahnen auf Oberflächen wird zunächst ein aminhaltiger Silberkomplex auf die Oberfläche gebracht und dieser dann mit UV-Licht bestrahlt. Nachfolgend muss die Schicht jedoch zur Erzeugung von elementaren Silber mit Reduktionsmitteln wie Hydrazin oder Natriumborhydrid umgesetzt werden. Nachteilig hierbei ist, dass somit sehr reaktive und gefährliche Substanzen eingesetzt werden. Weiterhin sind die resultierenden Schichten noch nicht von ausreichender Leitfähigkeit.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Synthese von silberhaltigen Schichten lehren Bidoki et al., J. Mikromech. Microeng. 17 (2007), 967–974, Sie beschreiben den Einsatz silbersalzhaltiger Lösungen auf Basis von Silberacetat, -lactat, -nitrat, -carbonat, -chlorid oder -salicylat, die sich nach dem Aufbringen auf eine Oberfläche mit einem Reduktionsmittel konvertieren lassen. Wie bereits zuvor erwähnt, ist jedoch der Einsatz von Reduktionsmitteln nachteilig.
  • JP 10-312715 A lehrt schließlich die Herstellung von Silberstrukturen aus organischen oder anorganischen Silberverbindungen über Bestrahlung, vorzugsweise UV-Strahlung. Als einsetzbare organische Silberverbindungen werden dabei Silberacetat, Silberlactat, Silberoxalat, Silbercitrat, Silberacrylat, Silbertartrat, Silberglutamat, Silberalginat und Silbergluconat erwähnt. Als anorganische Silberverbindung wird Silbernitrat erwähnt. Die resultierenden Strukturen sind jedoch kraterförmig und nicht für Zwecke einsetzbar, bei denen feine Strukturen erforderlich sind. Weiterhin ist die resultierende Leitfähigkeit der hier beschriebenen Strukturen nicht zufriedenstellend.
  • Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auf chemischen Silberverbindungen basierendes Verfahren bereitzustellen, mit dem reproduzierbar auch sehr feine Silberstrukturen mit besonders hoher Leitfähigkeit über einen in herkömmliche Druckanlagen integrierbaren Prozess (insbesondere mit kurzen Konvertierungszeiten für die Umwandlung der löslichen Silberverbindungen in Silber) hergestellt können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im Hauptanspruch genannte Verfahren zur Erzeugung einer silberhaltigen Struktur aus mindestens einer chemischen Silberverbindung, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines Substrates, b) Aufbringen einer Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf das Substrat, c) ggf. Trocknen des mit der Zusammensetzung beschichteten Substrats und d) Konvertieren mindestens eines Teils der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf dem Substrat in eine silberhaltige Struktur, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die chemische Silberverbindung Silberlactat ist und die Konvertierung durch i) Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactathaltigen Zusammensetzung auf dem Substrat durch Bestrahlen mit Strahlung ausgewählt aus elektromagnetischer Strahlung und Elektronenstrahlung und ii) Zuführen thermischer Energie zum gesamten beschichteten Substrat erfolgt.
  • Unter einer silberhaltigen „Struktur” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jede auf dem Substrat durch einen Beschichtungsprozess erzeugbare, d. h. im Wesentlichen (d. h. unter Vernachlässigung der Dicke der erzeugten Beschichtung) zweidimensionale silberhaltige Gestaltung (insbesondere flächige Teilbeschichtungen des Substrats und/oder im Wesentlichen aus mehreren linienförmigen Teilstrukturen zusammengesetzte Leiterbahnen) zu verstehen. Unter einer „silberhaltigen” Struktur ist dabei eine Struktur zu verstehen, die nach Konvertieren elementares Silber umfasst.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der silberhaltigen Struktur um eine reine Silberstruktur. Diese Strukturen haben den Vorteil, dass sich mit ihnen besonders gute Leitfähigkeiten erzielen lassen. Reine Silberstrukturen können dadurch erzielt werden, dass die Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung als einzige Precursor-Verbindung eines Leiters Silberlactat enthält.
  • Bei dem Substrat, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, handelt es sich bevorzugt um ein Substrat bestehend aus Glas, Silicium, Siliciumdioxid, einem Metall- oder Übergangsmetalloxid, einem Metall oder einem polymeren Material, insbesondere PI oder PET. Dabei kann die silberhaltige Struktur sowohl direkt auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht als auch auf selbst wiederum das Substrat zumindest zum Teil beschichtende Leiter-, Halbleiter- und/oder Isolator-Schichten aufgebracht werden.
  • Das Substrat kann, muss aber nicht zwangsläufig vorbehandelt sein. Um eine optimale Benetzung des Substrates zu gewährleisten, sollte jedoch das Substrat vor dem Aufbringen der Zusammensetzung durch zum Beispiel einen Corona-Prozeß oder einen chemischen Prozeß (insbesondere durch Aufbringen eines entsprechend geeigneten Primers) vorbehandelt werden.
  • Ganz besonders gute Leitfähigkeiten können erzielt werden, wenn die Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung aus 10–30 Gew.-% Silberlactat, 70–90 Gew.-% Lösemittel und 0–1 Gew.-% eines Tensides besteht.
  • Überraschender Weise wurde weiterhin gefunden, dass Schichten aus erwärmten Lösungen von Silberlactat besonders gute Leitfähigkeiten zeigten.
  • In der Zusammensetzung können ein oder mehrere Lösemittel verwendet werden, d. h. die Zusammensetzung kann sowohl ein Lösemittel oder ein Gemisch verschiedener Lösemittel enthalten. Vorzugsweise für das erfindungsgemäße Verfahren in der Formulierung einsetzbar sind aprotische und schwach protische Lösemittel, d. h. solche ausgewählt aus der Gruppe der aprotischen unpolaren Lösemittel, d. h. der Alkane, substituierten Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten ohne oder mit aliphatischen oder aromatischen Substituenten, halogenierten Kohlenwasserstoffe, Tetramethylsilan, der Gruppe der aprotischen polaren Lösemittel, d. h. der Ether, aromatischen Ether, substituierten Ether, Ester oder Säureanhydride, Ketone, tertiäre Amine, Nitromethan, DMF (Dimethylformamid), DMSO (Dimethylsulfoxid) oder Propylencarbonat und der schwach protischen Lösemittel, d. h. der Alkohole, der primären und sekundären Amine und Formamid, sowie Wasser. Besonders bevorzugt einsetzbare Lösemittel sind Wasser, Alkohole sowie Toluol, Xylol, Anisol, Mesitylen, n-Hexan, n-Heptan, Tris-(3,6-dioxaheptyl)-amin (TDA), 2-Aminomethyltetrahydrofuran, Phenetol, 4-Methylanisol, 3-Methylanisol, Methylbenzoat, N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Tetralin, Ethylbenzoat und Diethylether. Ganz besonders bevorzugte Lösemittel sind Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, tert-Butanol und Toluol sowie ihre Gemische.
  • Bevorzugt einsetzbare Tenside, mit denen eine verbesserte Benetzung der Oberfläche erreicht werden kann, sind beispielsweise unter den Handelsnamen Tego® Wet 250, Tego® Wet 270, Tego® Wet 505, Tego® Wet 260, Tego® Wet 280, Tego® Wet 510, Tego® Wet 265, Tego® Wet 500, Tego® Wet KL 245 (alle von der Evonik Goldschmidt GmbH) und BYK 340, BYK 345, BYK 347 oder BYK 348 (alle zunetzt genannten von der Firma Byk Additives, Wesel, Deutschland). Ganz besonders bevorzugt wird ein unter der Handelsbezeichung Tego® WET 505 erhältliches Alkoholalkoxylat der Firma Evonik Goldschmidt GmbH, Essen, Deutschland eingesetzt.
  • Das Aufbringen der Zusammensetzung erfolgt besonders vorteilhaft mit einem Beschichtungsverfahren ausgewählt aus Druckverfahren (insbesondere Flexo/Gravur-Druck, Inkjet-Druck, Offset-Druck, digitalem Offset-Druck und Siebdruck), Sprühverfahren, Rotationsbeschichtungsverfahren („Spin-coating”), Tauchverfahren („Dip-coating”) und Verfahren ausgewählt aus Meniscus Coating, Slit Coating, Slot-Die Coating, und Curtain Coating. Ganz besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäß eingesetzte Beschichtungsverfahren ein Druckverfahren.
  • Nach dem Aufbringen und vor der Konvertierung kann das beschichtete Substrat weiterhin getrocknet werden. Dabei wird im Wesentlichen das Lösemittel entfernt, ohne dass das Silberlactat bereits in elementares Silber konvertiert wird. Entsprechende Maßnahmen und Bedingungen hierfür sind dem Fachmann bekannt. Typischerweise überschreiten die Trocknungstemperaturen dabei 100°C nicht.
  • Die Konvertierung des Silberlactats erfolgt vorliegend durch i) Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung auf dem Substrat durch Bestrahlen mit Strahlung ausgewählt aus elektromagnetischer Strahlung und Elektronenstrahlung und ii) Zuführen thermischer Energie.
  • Dabei kann die Zufuhr thermischer Energie prinzipiell vor, während oder nach dem Bestrahlen erfolgen. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn das Zuführen thermischer Energie zeitlich nach dem Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung erfolgt.
  • Das Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung erfolgt mit Strahlung ausgewählt aus elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt UV-Strahlung, Röntgen- oder Gammastrahlung, und Elektronenstrahlung. Ganz besonders bevorzugt ist UV-Strahlung. Diese kann bevorzugt durch Verwendung einer Quecksilberdampflampe eingestrahlt werden.
  • Die Bestrahlungsddosis sollen dabei zur Erreichung besonders guter Ergebnisse mindestens 3 J/cm2 betragen. Diese kann zum Beispiel bei der Verwendung einer handelsüblichen 133 W/cm Lampe in 20 Sekunden erzielt werden.
  • Ganz besonders feine und somit bevorzugte Strukturen, die den Vorteil haben, sich besonders gut für feine Leiterbahnen zu eignen, können dadurch hergestellt werden, dass das Bestrahlen des mindestens einen Teils der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung durch eine eine entsprechende Struktur vorgebende Maske erfolgt. Für Strukturen mit Stärken von mindestens einem Mikrometer erfolgt dies bevorzugt in einem direkten Belichtungsprozess, bei dem die Maske sich unmittelbar im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und beschichtetem Substrat befindet. Zur Erzeugung feinerer Strukturen können bevorzugt Verkleinerungsoptiken, insbesondere Linsensysteme oder Spiegeloptiken, eingesetzt werden, mit denen auf der beschichteten Oberfläche ein verkleinertes Abbild der Maske erzeugt werden kann. Entsprechende Geräte und Verfahren hierfür sind dem Fachmann bekannt und werden häufig Photolithographie genannt.
  • Die Zufuhr thermischer Energie kann nach den dem Fachmann bekannten Methoden, z. B. unter Verwendung von Heißluft, einer Heizplatte, IR-Strahlung oder einer Mikrowellenbehandlung, erfolgen. Dabei ist die nach einer vorherigen Bestrahlung final erreichbare Leitfähigkeit nicht von der Temperatur abhängig, die zur Umwandlung benutzt wird. Jedoch erfolgt das Erreichen der final erreichbaren Leitfähigkeit umso schneller, je höher die eingesetzte Temperatur ist. Um innerhalb schneller Zeit (maximal 10 Minuten Zufuhr thermischer Energie) die final erreichbare Leitfähigkeit zu erreichen, sollten das beschichtete Substrat mindestens auf 160°C erhitzt werden.
  • Neben den bereits erwähnten überwunden Nachteilen hat das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus gehend den Vorteil, dass im dem Fall, dass nur ein Teil der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf dem Substrat in eine silberhaltige Struktur konvertiert werden soll und demzufolge auch nur dieser Teil bestrahlt wurde, der nicht bestrahlte Teil einfach durch ein Abwaschen mit geeigneten Lösemitteln entfernt werden kann. Prinzipiell ist dies zwar nicht erforderlich, da die nicht konvertiertes Silberlactat aufweisende Teilschicht auf der Oberfläche nicht ausreichend leitet, um bei elektronischen Anwendungen stark störend zu wirken. Zu Erzielung besonders guter Leiterbahnen für elektronische Anwendungen kann jedoch bevorzugt nicht konvertiertes Silberlactat auf der Oberfläche des Substrates mit geeigneten Lösemitteln wie Wasser oder den zuvor genannten organischen Lösemitteln abgewaschen werden. Besonders bevorzugt wird als Lösemittel Wasser eingesetzt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen elektrischen oder elektronischen Erzeugnisse, die ein Substrat und mindestens eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Silberstruktur aufweisen. Wie bereits zuvor ausgeführt handelt es sich bevorzugt bei einem solchen Substrat um ein Substrat bestehend aus Glas, Silicium, Siliciumdioxid, einem Metall- oder Übergangsmetalloxid, einem Metall oder einem polymeren Material, insbesondere PI oder PET. Dabei kann die silberhaltige Struktur sowohl direkt auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht als auch auf selbst wiederum das Substrat zumindest zum Teil beschichtende Leiter-, Halbleiter- und/oder Isolator-Schichten aufgebracht werden. Selbstverständlich muss das elektrische oder elektronische Erzeugnis die silberhaltige Struktur nicht als zuletzt aufgebrachte oberste Beschichtung aufweisen, sondern kann nach dem Aufbringen der silberhaltigen Struktur ebenfalls zumindest zum Teil mit mindestens einer Leiter-, Halbleiter- und/oder Isolator-Schicht beschichtet sein.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten silberhaltigen Strukturen zur Herstellung elektronischer Bauteile, insbesondere von RFID-Etiketten, Transistoren, Dioden, Speichern, Displays und Sensoren.
  • Die nachfolgenden Beispiele erläutern den Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher, ohne selbst beschränkend zu wirken.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Einheitlich konzentrierte 15%ige Silbersalzlösungen (Silberneodecanoat in Xylol, Silberlactat in Wasser) werden durch Spincoating auf ein Glas-Substrat aufgebracht und gemäß den in der nachfolgend abgebildeten Tabelle angegebenen Bedingungen unter Erzielung der ebenfalls angegebenen Leitfähigkeiten konvertiert.
    Silberneodecanoat Silberlactat
    Leitfähigkeit [S/cm] thermische Konvertierungszeit Leitfähigkeit [S/cm] thermische Konvertierungszeit
    nur mit UV-Strahlung (15 J/cm2) keine leitfähige Schicht - 50 -
    nur thermisch (160°C) 83.000 100.000 30 min. 60 min. 0,5 30 min.
    UV-Strahlung (15 J/cm2) und anschließend thermisch (160°) 17.000 63.000 20 min. 110 min. 140.000 20 min.
  • Im Gegensatz zu entsprechenden Silberneodecanoat-Lösungen lassen sich somit Silberlactatlösungen durch eine Kombination von UV-Strahlung und anschließender thermischer Energie zu leitenden Strukturen mit besonders hohen Leitfähigkeiten konvertieren.
  • Für die Anwendung ist auch interessant, dass das Silberlactat nach thermischer Behandlung ohne vorherige UV-Behandlung nicht oder nur wenig leitfähig ist.
  • Beispiel 2
  • Silberlactat wurde durch die Zugabe von Silberoxid (Riedl de Häen, Seelze, Germany) zu gelöster Milchsäure (Sigma Aldrich, Seelze, Germany) in Wasser synthetisiert. Nicht umgesetztes Silberoxid wurde durch Filtern entfernt. Das Wasser wurde abgedampft und das Silberlactat bei 35°C bei Unterdruck getrocknet.
  • Es wurde aus der erhaltenen Substanz eine 17 Gew.-%ige wässrige Silverlactat-Lösung bei 35°C angesetzt. Die Oberflächenenergie der Lösung wurde durch Zugabe von 1 Promille eines Tensids (Tego Wet 505, Evonik Goldschmidt GmbH, Essen, Deutschland) herabgesetzt, um ein besseres Benetzen der Substrate zu erzielen.
  • Vor dem Spincoating wurde die Lösung durch einen hydrophilen 0.45 μm PVDF Filter (Millipore Millex HV PVDF, Schwalbach, Germany) filtriert.
  • Spin coating wurde mit folgenden Parametern durchgeführt: 1) Beschleunigung auf 750 U/min innerhalb von 2 s; 2) Spinnen bei 750 U/min für 20 s; 3) Abbremsen auf 0 U/min innerhalb von 5 s. Die Schichtdicke wurden nach dem thermischen Ausheizen mit einem Oberflächenprofilometer (KLA Tencor, San Jose/CA, USA, P15) durchgeführt. Es werden Schichtdicken von 100–120 nm erreicht.
  • Das Bestrahlen mit UV-Licht wurde mit einer handelsüblichen Quecksilberdampflampe (133 W/cm) in einem UV-Band-System durchgeführt (UV-Tech Silberberger + Co, Stuttgart, Model 6019). Dabei wurden Dosen zwischen 0 und 15 J/cm2 verwendet.
  • Die UV-Dosis wurde mit einem UV-Puck der Firma EIT, Pfungstadt, unter Berücksichtigung von UVA, UVB und UVC Licht (230–390 nm Wellenlänge) bestimmt.
  • Anschließend wurden die Filme auf einer Präzisionsheizplatte (Präzitherm PZ28-2, Harry Gestigkeit, Düsseldorf) bei verschiedenen eingestellten Temperaturen zwischen 120 und 220°C, insbesondere 140, 160 und 180°C, ausgeheizt.
  • Die Echtzeit-Leitfähigkeitsmessungen wurden mit einem Vierpunktmesskopf durchgeführt (Model SP4-62-085-TBY, Sel-Tek, Motherwell, UK), der über der Heizplatte installiert war und an ein SourceMeter (Model 2400, Keithley Instruments, Cleveland/Ohio, USA) angeschlossen war.
  • Ergebnisse:
  • Die Leitfähigkeit der resultierenden Silberlactat-Filmen bei einer konstanten Temperatur für die Zufuhr thermischer Energie ist von der UV-Dosis und der Bestrahlzeit abhängig. Optimale Ergebnisse, dass heißt, ausreichende Leitfähigkeiten innerhalb einer kurzen Zeit, können bei 160° bei Bestrahlungs-Dosen von mindestens 3 J/cm2 erreicht werden. Vgl. .
  • Bei konstanter UV-Dosis (15 J/cm2) können optimale Leitfähigkeiten innerhalb ausreichend kurzer Zeiten durch Temperaturen von mindestens 160°C realisiert werden. Vgl. .
  • Bei entsprechender Wahl von Temperatur und UV-Stärke kann das Verfahren somit in übliche Druckprozesse integriert werden.
  • Beispiel 3
  • Es wurden Organische Feld Effekt Transistoren aufgebaut, indem Silberlactat auf N-dotierte Silizium-Wafer gecoatet wurde, die benötigten Strukturen durch eine UV-Bandanlage mittels einer Maske belichtet wurde und die nicht entwickelten Bereiche mit Wasser abgewaschen wurden. Die Leitfähigkeit der Strukturen lag nach der thermischen Umwandlung bei ca. 2 Ohm/Quadrat und die zwei Fingerstrukturen (Source und Drain) waren elektrisch isoliert.
  • Poly-3-hexylthiophen (Sepiolid P100, BASF, Ludwigshafen) wurde aus 5%iger Chloroform-Lösung aufgespinnt und im Gelbraum vermessen. Die Kanallänge des Transitors betrug 170 μm. Das Weite-zu-Länge-Verhältnis betrug 150 μm. Vgl. .
  • Durch selektive Belichtung durch eine Photomaske wurden Source-Drain-Strukturen erzeugt, aus denen Dünnschichttransistoren aufgebaut werden konnten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 10-312715 A [0014]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • K. F. Teng und R. W. Vest in IEEE Transactions an Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 11, No. 3, 1988 [0010]
    • A. L. Dearden et al., Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 315–318 [0010]
    • Kaydanova et al. in dem Conference Paper NREL/CP-520-33594 [0011]
    • Curtis et al. beschreiben in NREL/CP-520-31020 [0011]
    • Samsung Advanced Institute of Technology beschreibt in Materials Science and Engineering B 117 (2005), 11–16 [0012]
    • Bidoki et al., J. Mikromech. Microeng. 17 (2007), 967–974 [0013]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer silberhaltigen Struktur aus mindestens einer chemischen Silberverbindung, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines Substrates, b) Aufbringen einer Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf das Substrat, c) ggf. Trocknen des mit der Zusammensetzung beschichteten Substrats und d) Konvertieren mindestens eines Teils der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung auf dem Substrat in eine silberhaltige Struktur dadurch gekennzeichnet, dass – die chemische Silberverbindung Silberlactat ist und – die Konvertierung durch i) Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung auf dem Substrat durch Bestrahlen mit Strahlung ausgewählt aus elektromagnetischer Strahlung und Elektronenstrahlung und ii) Zuführen thermischer Energie zum gesamten beschichteten Substrat erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung als einzige Precursor-Verbindung eines Leiters Silberlactat enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung aus 10–30 Gew.-% Silberlactat, 70–90 Gew.-% Lösemittel und 0–1 Gew.-% eines Tensides besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung mit einem Beschichtungsverfahren ausgewählt aus Druckverfahren, Sprühverfahren, Rotationsbeschichtungsverfahren, Tauchverfahren und Verfahren ausgewählt aus Meniscus Coating, Slit Coating, Slot-Die Coating und Curtain Coating erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen thermischer Energie zeitlich nach dem Bestrahlen des zu konvertierenden Teils der Silberlactat-haltigen Zusammensetzung erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen mit Strahlung ausgewählt aus UV-Strahlung, Röntgen- oder Gammastrahlung erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen des mindestens einen Teils der Zusammensetzung enthaltend die chemische Silberverbindung durch eine eine entsprechende Struktur vorgebende Maske erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht konvertiertes Silberlactat auf der Oberfläche des Substrates mit einem Lösemittel ausgewählt aus der Gruppe der aprotischen und schwach protischen Lösemitteln, der Gruppe der aprotischen polaren Lösemittel, der Gruppe der schwach protischen Lösemittel und Wasser abgewaschen wird.
  9. Elektrisches oder elektronisches Erzeugnis, aufweisend ein Substrat und mindestens eine nach einem Verfahren gemäß der vorherigen Ansprüche aufgebrachte silberhaltige Struktur.
  10. Verwendung mindestens einer nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 herstellbaren silberhaltigen Struktur zur Herstellung elektronischer Bauteile.
DE102009053943A 2009-11-19 2009-11-19 Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung Ceased DE102009053943A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009053943A DE102009053943A1 (de) 2009-11-19 2009-11-19 Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung
TW099138848A TW201132794A (en) 2009-11-19 2010-11-11 Process for obtaining silver-containing structures, products comprising the silver-containing structures and use thereof
PCT/EP2010/067272 WO2011061111A2 (de) 2009-11-19 2010-11-11 Verfahren zur erzeugung silberhaltiger strukturen, die silberhaltigen strukturen aufweisende erzeugnisse und ihre verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009053943A DE102009053943A1 (de) 2009-11-19 2009-11-19 Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009053943A1 true DE102009053943A1 (de) 2011-05-26

Family

ID=43902003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009053943A Ceased DE102009053943A1 (de) 2009-11-19 2009-11-19 Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102009053943A1 (de)
TW (1) TW201132794A (de)
WO (1) WO2011061111A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019110456A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Uniwersytet Jagiellonski Conducting a photochemical reaction in a moving meniscus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010043668B4 (de) 2010-11-10 2012-06-21 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von Indiumoxid-haltigen Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Schichten und ihre Verwendung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10312715A (ja) 1997-05-13 1998-11-24 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 透明導電膜およびその製造方法
WO2003032084A2 (en) * 2001-10-05 2003-04-17 Superior Micropowders Llc Low viscosity precursor compositions and methods for the deposition of conductive electronic features

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517338A (en) * 1992-10-20 1996-05-14 Monsanto Company Composite mirrors
US7491646B2 (en) * 2006-07-20 2009-02-17 Xerox Corporation Electrically conductive feature fabrication process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10312715A (ja) 1997-05-13 1998-11-24 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 透明導電膜およびその製造方法
WO2003032084A2 (en) * 2001-10-05 2003-04-17 Superior Micropowders Llc Low viscosity precursor compositions and methods for the deposition of conductive electronic features

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. L. Dearden et al., Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 315-318
Bidoki et al., J. Mikromech. Microeng. 17 (2007), 967-974
Curtis et al. beschreiben in NREL/CP-520-31020
K. F. Teng und R. W. Vest in IEEE Transactions an Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 11, No. 3, 1988
Kaydanova et al. in dem Conference Paper NREL/CP-520-33594
Samsung Advanced Institute of Technology beschreibt in Materials Science and Engineering B 117 (2005), 11-16

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019110456A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Uniwersytet Jagiellonski Conducting a photochemical reaction in a moving meniscus

Also Published As

Publication number Publication date
TW201132794A (en) 2011-10-01
WO2011061111A3 (de) 2012-03-01
WO2011061111A2 (de) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2119747B1 (de) Druckbare Zusammensetzung auf Basis von Silberpartikeln zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Beschichtungen
EP2087490B1 (de) Silberhaltige wässrige formulierung und ihre verwendung zur herstellung von elektrisch leitenden oder spiegelnden beschichtungen
EP1444740B1 (de) Verfahren zur trocknung von schichten organischer hableiter, leiter oder farbfilter mittels ir und/oder nir-strahlung
DE102009054997B3 (de) Verfahren zur Herstellung von Indiumoxid-haltigen Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Schichten und ihre Verwendung
US20100021704A1 (en) Organic silver complex compound used in paste for conductive pattern forming
DE102010043668B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Indiumoxid-haltigen Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Schichten und ihre Verwendung
KR20150082133A (ko) 전도성 하이브리드 구리잉크 및 이를 이용한 광소결 방법
DE112006002268T5 (de) Transistor, organische Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung des Transistors oder der Vorrichtung
EP2398934A1 (de) Verfahren zur herstellung halbleitender indiumoxid-schichten, nach dem verfahren hergestellte indiumoxid-schichten und deren verwendung
KR101221716B1 (ko) 전도성 금속 잉크 조성물 및 전도성 패턴의 형성 방법
DE602004004519T2 (de) Ausstosslösung, verfahren zur erzeugung von mustern sowie verfahren zur herstellung eines elektronischen gerätes unter verwendung dieser lösung, und elektronisches gerät
DE102015202283A1 (de) Silbernanopartikeltinten mit geliermitteln für tief- und flexographiedruck
EP3138119A1 (de) Verfahren zur erzeugung unterschiedlich dotierter halbleiter
DE112016001525T5 (de) Photoelektrische Wandlervorrichtung
DE102009053943A1 (de) Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung
DE112020000740T5 (de) Wässrige monodisperse stärke-gold-nanopartikel und verfahren zur herstellung derselben
EP2218122A1 (de) Strukturierung von leitfähigen polymerschichten mittels des lift-off-prozesses
EP3456791B1 (de) Molekularorganische reaktive tinten für leitfähigen metalldruck mit photoinitiatoren
WO2005023940A2 (de) Integrierte schaltung mit einem organischen halbleiter und verfahren zur herstellung einer integrierten schaltung
DE102015117207A1 (de) Verfahren zur Herstellung von polythiophenhaltigen Fluiden
DE102011006022A1 (de) Zusatzstoff für robuste metallische Tintenformulierungen
KR102491964B1 (ko) 전도성 금속입자 에멀젼 액적의 커피링 현상을 이용하여 제조된 전도성 필름
DE112016000443T5 (de) Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und dessen Herstellungsverfahren
DE102013212019A1 (de) Formulierungen zur Herstellung Indiumoxid-haltiger Schichten, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DE102020210160A1 (de) Verfahren zur herstellung eines isolierten, flachen, langen, hochtemperatursupraleitenden drahtes der zweiten generation und draht

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20130208