KR101798246B1

KR101798246B1 - 고해상도 형상을 형성하는 방법

Info

Publication number: KR101798246B1
Application number: KR1020120045594A
Authority: KR
Inventors: 일리앙 우
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2017-11-15
Also published as: CN102776507A; CN102776507B; KR20120125165A; US8586134B2; US20120279766A1

Abstract

본 발명은 기재 위에 고해상도의 형상을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 방법은 기재 위에 물질과 용매를 포함하는 액체 조성물을 증착시켜 증착된 (deposited) 형상을 형성하는 단계; 증착된 형상을 증착단계 전이나 공정 중에 가열하여 가장자리 부분과 가운데 부분을 가지는 중간 형상을 형성하는 단계; 접착 물질을 중간 형상 표면의 적어도 일부에 도포하는 단계; 및 중간 형상의 가운데 부분의 적어도 일부와 함께 접착 물질을 제거하여, 기재 위에 고해상도 형상을 형성한다.

Description

고해상도 형상을 형성하는 방법{METHOD OF FABRICATING HIGH-RESOLUTION FEATURES}

본 발명은 기재 상에 고해상도의 형상을 형성하는 방법에 관한 것이다. 액체증착기술을 사용한 전자 회로 소자의 제조는 박막트랜지스터(TFTs), 발광다이오드(LEDs), 전파식별태그(RFID tags), 광전 변환 소자(phtovoltaics) 등과 같은 전자 애플리케이션용 종류의 주류 무정형 실리콘 기술에 대한 잠재적인 저비용의 대체물을 제공하는 기술로서 큰 관심을 받고 있다.

금속 나노입자에 기초한 잉크는 전자인쇄를 위한 유망한 재료 분류를 대표한다. 그러나, 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 스크린 프린팅(screen printing), 플렉소그래피 프린팅(flexography printing) 같은 대부분의 종래 프린트 방법들은 매우 높은 해상도를 제공할수 없다. 예를 들면, 스크린 프린팅은 보통 100 microns 폭(width)을 가지는 선을 제공하는 반면에 10pL 노즐을 가진 잉크젯 프린팅은 보통 30 microns 정도의 폭을 가진 선을 형성한다. 특수한 잉크젯 프린터가 매우 작은 액적(droplets)을 프린트하도록 설계될 수 있지만, 노즐이 막히는 경향이 있기 때문에 특히 입자 기반의 잉크를 사용해서 신뢰성 있고 일관성 있는 프린팅 결과를 얻기는 매우 어렵다. 비록 종래의 포토리소그래피(photolithography) 방법이 1-5 microns 같은 고해상도의 선을 만들 수 있으나 이 방법은 저가의 전자제품 제작에 있어서는 너무 많은 비용이 든다.

이에 10microns 보다 더 작은 폭을 가지고, 플라스틱 기재와 재료 상에 낮은 가격의 제조를 위해 액체 증착 방법을 사용하여 금속 전극이나 상호 연결 장치(interconnects)와 같은 전도성 형상(features)을 형성하는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 기재상에 고해상도의 형상을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 기재상에 물질과 액체 미디어(a liquid media)을 증착시켜서 증착된 (deposited) 형상을 형성하는 단계를 포함한다. 구현예에서, 물질은 금속 나노입자이다. 증착된 형상을 증착 중이나 후에 가열하여 가장자리(edge) 부분과 가운데 부분을 갖는 중간 형상을 형성한다. 그리고 나서 접착 물질을 중간 형상 표면의 적어도 일부에 도포하여 중간 형상의 가운데 부분의 적어도 일부와 함께 접착 물질을 제거하여, 기재에 고해상도 형상을 형성한다.

본 발명에 따르는 방법에 따르면, 연속적이고 균일한 고해상도 형상을 형성할 수 있다.

도1은 중간 형상의 가장자리 부분과 가운데 부분이다.

본 발명에 따르는 방법은 기재상에 물질과 액체 미디어(a liquid media)을 증착시켜 증착된(deposited) 형상을 형성하는 단계를 포함한다. 구현예에서, 물질은 금속 나노입자이다. 증착된 형상을 증착 중이나 후에 가열하여 가장자리 부분과 가운데 부분을 갖는 중간 형상을 형성한다. 그리고 나서 접착 물질을 중간 형상 표면의 적어도 일부에 도포하여 중간 형상의 가운데 부분의 적어도 일부와 함께 접착 물질을 제거하여, 기재에 고해상도 형상을 형성한다.

여기에서 사용된 문구 “고해상도 형상”은 예를 들면 약 0.1 내지 10 microns, 또는 0.5 내지 5 microns와 같은 10 microns 미만 또는 5 microns 미만을 포함하는 30 microns 미만의 폭을 가진 형상으로 정의된다. 일반적으로 그런 작은 선폭을 가진 선은 스크린, 그라비아(gravure), 플렉소그래피, 잉크젯 프린팅과 같은 종래의 프린팅 방법으로 만들어질 수 없다. 몇몇 구현예에서, 고해상도 형상은 두 개의 가장자리가 다른 단계에서 형성되기 때문에 비대칭인 특이한 단면 프로파일을 가진다. 고해상도 형상의 한쪽 가장자리 즉, 중간형상의 가장자리는 증착단계에서 만들어지는 반면 고해상도 형상의 다른 가장자리는 접착 물질과 함께 중간 형상의 가운데 부분을 제거함으로써 형성된다. 두 개의 가장자리가 두 가지 다른 방법으로 형성되기 때문에 그들은 다른 프로파일을 갖는다. 이것은 고해상도 형상의 두 개의 가장자리가 동일한 공정으로 동시에 형성되어 유사한 프로파일을 갖는, 포토리소그래피법에 의해 형성되는 종래의 고해상도 형상과 다르다. 게다가 비대칭적 프로파일을 갖는 고해상도 형상을 형성하는 것은 예를 들어 전자기기에 비대칭적인 전하 투입을 제공하는 것과 같이 몇 가지 장점을 갖는다.

여기서 액체조성물은 물질과 액체 미디어를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 물질은 금속 나노입자일 수 있다. 다른 구현예에서, 물질은 PEDOT/PSS, 폴리아닐린 같은 전도성 고분자이거나, 폴리아크릴레이트, 폴리실옥산, 폴리우레탄, 폴리이미드 등과 같은 절연성 고분자, 또는 폴리티오펜 등과 같은 반도체성 고분자, TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, ZnO 등과 같은 금속 산화물 나노입자가 될 수 있다. 금속 나노입자나 전도성 고분자가 사용될 때, 본 발명의 방법은 전자기기용 매우 미세한(고해상도) 전도선에 사용될 수 있다. 절연성 고분자가 사용될 때, 상기 방법은 예를 들어 미세한 단열성 가장자리나 뱅크(bank)를 만들어 액정 및 프린트된 LED의 픽셀(pixel)을 패터닝하는 것 같은 애플리케이션을 위해 순차적으로 증착물을 한정시키는데 사용될 수 있다. 물질이 금속 나노입자인 경우에는 액체조성물은 금속 잉크 조성물이라고 불러도 좋다.

“금속 나노입자(metal nanoparticles)”나 “금속 나노입자 조성물(metal nanoparticle composition)"에 사용된 ”나노(nano)"라는 용어는 예를 들어 약 0.5nm 내지 약 1,000nm, 예를 들어 약 1nm 내지 약 500nm, 약 1nm 내지 약 100nm, 약 1nm 내지 약 25nm, 약 1nm 내지 약 10nm와 같이 약 1,000nm 미만의 입자크기를 의미한다. 입자크기는 TEM (transmission electron microscopy)이나 다른 적절한 방법으로 측정된 금속입자의 평균 지름으로 나타낸다. 본 발명에 따르는 공정으로부터 얻어진 금속 나노입자에는 일반적으로 다양한 입자크기가 존재한다. 구현예에서, 다른 크기의 은 함유 나노입자의 존재가 허용된다.

구현예에서, 금속 나노입자는 (ⅰ)하나 또는 그 이상의 금속, 또는 (ⅱ)하나 또는 그 이상의 금속 복합체(composites)로 구성된다. 적합한 금속은 Al, Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Zn, Sn, In, Co, Cr, In, 및 Ni, 특히 Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Cr, Ni, 그 복합체 같은 전이금속을 포함할 수 있다. 은은 적절한 금속으로 사용할 수 있다. 적합한 금속 복합체는 Au-Ag, Ag-Cu, Ag-Ni, Au-Cu, Ag-Pd, Au-Ni, Au-Ag-Cu, Au-Ag-Pd 를 포함할 수 있다. 금속 복합체는 또한 예를 들어 Si, C, Ge 같은 비금속을 포함할 수 있다. 금속 복합체의 다양한 구성성분은 예를 들어 약 0.01~99.9 중량%의 범위로, 특히 약 10~90 중량%로 양으로 존재할 수 있다.

금속 복합체는 바람직하게는 은과 하나, 둘, 또는 그 이상의 금속으로 구성되어 예를 들어, 은이 나노입자의 적어도 20 중량%이거나, 특히 50 중량% 이상인 금속합금이다.

본 발명에 따르는 그 금속 잉크 조성물은 예를 들어 1s^-1의 낮은 전단속도(shear rate) 및 실온에서 레올리지 미터(rheology meter)로 측정하여 적어도 약 2cps 내지 약 5000cps, 약 5cps 내지 약 2000cps를 포함하는 적어도 2cps의 점성을 가진다. 특정 구현예에서, 금속 잉크 조성물은 예를 들어 약 2cps에 내지 약 30cps와 같은 잉크젯 프린팅에 적합한 낮은 점성을 가진다.

달리 언급하지 않는 한, 본 명세서에 기재된 금속 잉크 조성물의 성분에 대한 중량%는 안정화제를 포함하지 않는다.

본 발명의 금속 나노입자는 미국 특허 출원 공개번호 제2009/0274834에서 공통적으로 기재된 둘 또는 그 이상의 바이메탈(bimetallic) 금속 나노입자 종류의 혼합물이거나 미국 특허 출원 공개번호 제2009/0301344에서 기재된 이중조직(bimodal) 금속 나노입자일 수 있다.

금속 나노입자가 은인 경우에는, 은 나노입자는 예를 들어 최소 약 1일, 또는 약 3일 내지 약 1주일, 약 5일 내지 약 1달, 약 1주일 내지 약 6달, 약 1주일 내지 1년 이상의 안정성(즉, 은 함유 나노입자의 최소한의 침전과 응집(aggregation)이 일어나는 기간)을 가진다.

본 발명의 금속 잉크 조성물에 있어서 금속 나노입자의(안정화제를 제외함) 중량%는 약 10중량% 내지 약 90중량%, 예를 들어 약 20중량% 내지 약 80중량% 또는 약 30중량% 내지 약 70중량%이다.

본 발명에서의 액체 조성물은 또한 금속 나노입자의 표면에 결합되어 기재상에 중간 형상을 형성하는 동안에 금속 나노입자가 어닐링(annealing)될 때 까지 제거되지 않는 유기 안정화제를 함유할 수 있다.

구현예에서, 본 발명의 안정화제는 금속 나노입자의 표면과 물리적 또는 화학적으로 결합(associated)된다. 이런 방식으로, 나노입자는 용액 밖에서 그 위에 안정화제를 갖는다. 즉, 그 위에 안정화제를 갖는 나노입자는 나노입자와 안정화제 복합체의 형성에 사용되는 반응 혼합액으로부터 분리 및 회수될 수 있다. 이렇게 하여 안정화된 나노입자는 액체 조성물을 형성하기 위해 그 뒤에 쉽고 균일하게 용매 내로 분산될 수 있다.

본 명세서에서 금속 나노입자와 안정화제 사이에 사용된 용어 “물리적이고 화학적으로 결합된”의 의미는 화학적 결합(bond) 및/또는 물리적 부착일 수 있다. 화학적 결합은 예를 들어 공유결합, 수소결합, 배위 화합물 결합, 이온 결합, 또는 다른 화학적 결합의 혼합 형태로 나타날 수 있다. 물리적 부착은 예를 들어 반데르 발스 힘이나 쌍극자-쌍극자 상호 작용, 또는 다른 물리적 부착의 혼합 형태로 나타날 수 있다.

용매 내에서 분산되거나 용해될 때, 안정화제는 금속 나노입자 표면으로부터 분리되어 유리 안정제로써 용매에 용해될 수 있다. 결합된 안정화제 분자(the associate stabilizer molecule)와 유리 안정화제 분자(the free stabilizer molecule) 사이에는 평형이 존재한다. 구현예에서, 다수의 안정화제는 약 80 내지 약 99.5중량%, 또는 약 90 내지 약 98중량%를 포함하여 예를 들어 약 60 내지 약 99.9%와 같이 적어도 60중량%의 양으로 금속 나노입자의 표면에 결합된다. 그러나 소수의 안정화제는 예를 들어 약 0.1 내지 약 40중량%, 약 0.5 내지 약 20중량%, 또는 약 2 내지 약 10 중량%와 같이 액체 조성물에서 유리 안정화제이다. 유리 안정화제는 이후에 추가로 설명되겠지만, 안정화제가 탄화수소 사슬을 포함하고 있기 때문에 중간 형상과 기재 사이 간의 접착력을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 그 결과 적은 양의 유리 안정화제는 중간 형상의 대부분의 가운데 부분을 제거하는 것을 돕는다.

“유기 안정화제(organic stabilizer)"나 ”유기적으로 안정화된(organic-stabilized)“의 구문에서 “유기(organic)”라는 용어는 예를 들어 탄소 원자(들)의 존재를 나타내지만, 유기 안정화제는 질소, 산소, 황, 규소, 할로겐 등과 같은 하나 또는 그 이상의 비금속 헤테로 원자(heteroatoms)를 포함할 수 있다. 유기 안정화제는 미국 특허 제7,270,694호에서 기재된 것과 같은 유기아민 안정화제일 수 있다. 유기아민의 예로 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 헥사데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 디아미노펜탄, 디아미노헥산, 디아미노헵탄, 디아미노옥탄, 디아미노노난, 디아미노데칸, 디아미노옥탄, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 메틸프로필아민, 에틸프로필아민, 프로필부틸아민, 에틸부틸아민, 에틸펜틸아민, 프로필펜틸아민, 부틸펜틸아민, 트리부틸아민, 트리헥실아민 등 또는 그 혼합물과 같은 알킬아민이 있다.

다른 유기 안정화제의 예로 식 X-Y를 가지는 물질이 포함되며, 이때 X는 약 4 내지 약 24의 탄소 원자, 약 6 내지 약 18의 탄소 원자, 약 8 내지 약 14의 탄소 원자, 약 10 내지 약 14의 탄소 원자로 구성된 탄화수소 그룹이고, Y는 금속 나노입자의 표면에 부착된 작용기이며 히드록실, 아민, 카르복실산, 티올(thiol) 및 그 유도체, 크산틴산(xanthic acid), 피리딘, 피롤리돈, 카바메이트, 및 그 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된다.

다른 유기 안정화제의 예는 예를 들어 티올 및 그 유도체, 크산틴산(―OC(=S)SH), 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐피롤리돈, 및 다른 유기 계면활성제를 포함한다. 본 발명의 유기 안정화제는 예를 들어, 부탄티올, 펜탄티올, 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올, 데칸티올, 및 도데칸티올과 같은 티올; 예를 들어 1,2-에탄디티올, 1,3-프로판디티올, 및 1,4-부탄디티올과 같은 디티올; 또는 티올과 디티올의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 유기 안정화제는 예를 들어, O-메틸크산테이트(O-methylxanthate), O-에틸크산테이트, O-프로필크산틴산, O-부틸크산틴산, O-펜틸크산틴산, O-헥실크산틴산, O-헵틸크산틴산, O-옥틸크산틴산, O-노닐크산틴산, O-데실크산틴산, O-운데실크산틴산, O-도데실크산틴산과 같은 크산틴산으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 금속 나노입자를 안정화 시킬 수 있는 피리딘 유도체(예를 들어 도데실피리딘)를 포함하는 유기 안정화제 및/또는 유기포스핀도 또한 여기서 안정화제로 사용될 수 있다.

안정화된 유기 금속 나노입자의 추가의 예는 미국 특허 출원 제2009/0148600호에서 기재된 카르복실산-유기아민 복합체 안정화제 금속 나노입자, 미국 특허 출원 공개번호 제2007/0099357 A1호에서 기재된 카르복실산 안정화제 금속 나노입자, 열로 제거가능한 안정화제, 및 미국 특허 출원 공개번호 제2009/0181183호에서 기재된 UV 분해할 수 있는 안정화제를 포함한다.

금속 나노입자의 표면에 안정화제로 도포되는 정도는 예를 들어 안정화제가 금속 나노입자를 안정화시키는 능력에 따라 부분에서 전 범위까지 다양할 수 있다. 물론, 개개의 금속 나노입자 가운데 안정화제의 도포 범위에는 또한 변동성이 있다.

본 발명에 따르는 금속 잉크 조성물에서 선택적인 안정화제의 중량%는 예를 들어 약 1중량% 내지 약 50중량%, 약 5중량% 내지 약 40중량%, 또는 약 10중량% 내지 약 30중량%일 수 있다.

구현예에서, 액체 조성물은 적어도 하나의 용매를 포함한다. 용매는 예를 들어 적어도 약 100℃ 내지 약 300℃, 적어도 약 150℃ 내지 약 250℃, 그리고 적어도 약 175℃ 내지 약 200℃와 같이 적어도 100℃의 끓는점을 가지며, 이는 물질의 가열온도나 금속 나노입자의 최소 신터링(sintering)온도보다 높다. 금속 나노입자의 최소 신터링 온도는 예를 들어 TGA 또는 DSC 스캔 같은 다양한 방법에 의해 측정될 수 있다. TGA에서 분해 개시 온도나 (금속 나노입자를 녹이는)개시 상태 변환 개시 온도는 최소 신터링 온도로 정의될 수 있다. 용매의 특정 구현예로는 도데실벤젠, 데칼린, 테트라히드로나프탈렌, 바이사이클로헥산, 이소파라핀 히드로카본, 헥살린, 바이사이클릭 모노테르펜과 함께 리모넨 및 셀리넨 같은 모노사이클릭 모노테르펜, 사이클로디센, 1-페닐-1-사이클로헥센과 같은 사이클릭 테르피넨을 포함하는 사이클릭 테르펜, 1-tert-부틸-1-사이클로헥센, 테르피놀렌, γ-테르피넨, α-테르피넨, α-피넨, 테르피네올, 메틸나프탈렌, 및 그들의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 액체 조성물은 용매에 물질을 용해하거나 분산시킴으로써 만들 수 있다. 예를 들어 소니케이팅(sonicating), 교반(stirring), 가열, 균질화(homogenizing) 등의 물질을 용해하거나 분산시키는 것을 촉진하거나 가속시키는데 다양한 기술이 사용될 수 있다.

구현예에서, 본 발명의 액체 조성물은 추가의 용매를 포함할 수 있다. 추가의 용매가 액체 조성물에 존재하는 경우, 가열 온도보다 적어도 100℃ 더 높은 끓는점을 가지는 용매를 여기서“제1용매”로 부를 수 있다. 추가의 용매가 액체 조성물에 존재하는 경우, 추가의 용매는 여기서 “제2용매”로 부를 수 있다. 상기 제1용매는 프린트된 전도성 형상의 전부나 중앙부와 같이 프린트가 실행된 형상의 적어도 일부가 어닐링(annealing)후에 제거되게 하는 용매이다. 상기 제2용매는 바람직하게는 불안정화 또는 안정화된 금속 나노입자의 분산을 촉진한다. 제2용매에 추가하여 제1용매 역시 불안정화 또는 안정화된 금속 나노입자의 분산에 기여한다. 제2용매가 액체 조성물에 존재할 경우, 제1용매는 제2용매의 끓는점보다 더 높은 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 그리고 약 50℃ 내지 약 75℃와 같이 적어도 50℃의 끓는점을 가진다.

제2용매의 예는 운데칸, 도데칸, 트라이데칸, 테트라데칸, 1-운데칸올, 2-운데칸올, 3-운데칸올, 4-운데칸올, 5-운데칸올, 6-운데칸올, 1-도데칸올, 2-도데칸올, 3-도데칸올, 4-도데칸올, 5-도데칸올, 6-도데칸올, 1-트라이데칸올, 2-트라이데칸올, 3-트라이데칸올, 4-트라이데칸올, 5-트라이데칸올, 6-트라이데칸올, 7-트라이데칸올, 1-테트라데칸올, 2-테트라데칸올, 3-테트라데칸올, 4-테트라데칸올, 5-테트라데칸올, 6-테트라데칸올, 7-테트라데칸올 등; 예를 들어, 테르피네올 (α-테르피네올),β-테르피네올, 제라니올, 시네올, 세드랄(cedral), 리나룰(linalool), 4-테르피네올, 라벤둘롤(lavandulol), 시트로네롤(citronellol), 네롤(nerol), 메톨(methol), 보르네올(borneol) 등의 모노터펜 알코올; 이소데칸, 이소도데칸, 및 ISOPAR E, ISOPAR G, ISOPAR H, ISOPAR L , ISOPAR M(Exxon Chemical Company 제조), SHELLSOL(Shell Chemical Company 제조), SOLTROL(Philips Oil Co. Ltd.제조), BEGASOL(Mobil Petroleum Co., Inc.제조), IP Solvent 2835(Idemitsu Petrochemical Co. Ltd.제조)와 같은 상업적으로 이용가능한 이소파라핀의 혼합물과 같은 이소파라핀성 탄화수소류, 톨루엔, 데칼린, 크실렌, 메시틸렌, 디에틸벤젠, 트라이메틸벤젠, 테트랄린, 및 그들의 혼합물과 같은 약 10 내지 약 18의 탄소 원자 또는 약 10 내지 약 14의 탄소 원자를 가지는 알칸 또는 알코올을 포함할 수 있다. 제2용매의 추가적인 예로는 미국 특허 출원 제12/331,573호에서 개시된 분산용액을 포함한다. 제1용매의 끓는점이 제2용매의 끓는점보다 적어도 50℃ 더 높고, 금속 나노입자의 최소 신터링 온도보다 적어도 100℃ 더 높다는 필요조건이 충족되는 한 제1용매와 제2용매는 유사한 화학적 그룹에서 선택될 수 있음에 주의해야 한다.

제2용매가 사용되지 않는 경우에는, 제1용매는 예를 들어, 조성물의 약 1중량% 내지 약 90중량%, 약 5중량% 내지 약 80중량%, 약 10중량% 내지 약 70중량%, 및 약 20중량% 내지 약 60중량%와 같이 조성물의 적어도 1중량%의 양으로 액체 조성물에 존재할 수 있다. 적어도 두 개의 용매가 사용되는 경우에는, 제1용매는 예를 들어, 조성물의 약 1중량% 내지 약 20중량%, 약 2중량% 내지 약 15중량%, 약 2중량% 내지 약 10중량%, 및 약 3중량% 내지 약 5중량%와 같이 적어도 조성물의 1중량%의 양으로 액체 조성물에서 존재할 수 있다. 제2용매는 예를 들어, 조성물의 약 10중량% 내지 약 70중량%, 약 30중량% 내지 약 60중량%, 약 30중량% 내지 약 55중량%, 및 약 40중량% 내지 약 50중량%와 같이 조성물의 적어도 10중량%의 양으로 액체 조성물 속에 존재할 수 있다.

액체 조성물로부터 증착된 형상의 제조는 기재상에 다른 선택적인 층이나 층들을 형성하기 전·후의 적절한 시기에 액체 증착 기술을 사용하여 기재상에 액체 조성물을 증착(depositing)함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 상기 기재상에서 조성물의 액체 증착은 기재상에, 또는 예를 들어, 반도체 층 및/또는 절연층 같이 이미 적층 물질을 포함하는 기재 위 어디에서도 수행될 수 있다.

“액체 증착 기술” 용어는 액체 코팅이나 프린팅 같은 액체공정을 사용하여 물질의 균일 또는 불균일한 분산인 액체 조성물을 증착하는 것을 의미한다. 상기한 바와 같이, 액체 조성물은 프린팅이 액체 조성물을 증착하는데 사용될 때 잉크로 언급될 수 있다. 액체 코팅 공정의 예로 예를 들면, 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 로드 코팅(rod coating), 딥 코팅(dip coating), 등을 포함할 수 있다. 프린팅 기술의 예는 예를 들면, 리소그래피(lithography)나 오프셋(offset) 프린팅, 그라비아(gravure), 플렉소(flexography), 스크린 프린팅(screen printing), 스텐실 프린팅(stencil printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 마이크로컨택트 프린팅(microcontact printing) 같은 스탬핑(stamping) 등을 포함할 수 있다. 액체 증착은 약 10nm 내지 약 1000nm와 같이 약 5nm 내지 약 5mm까지 범위의 두께를 가지는 조성물의 층을 증착한다. 또한, 도1에 도시된 바와 같이 증착된 형상은 예를 들어, 원이나 점, 정사각형, 일직선이나 곡선과 같이 2차원 또는 3차원의 기하학적인 형태로 나타날 수 있다. 이 단계에서 본 발명의 증착된 금속 나노입자 조성물은 상상한 전기적인 전도성을 나타내거나 나타내지 않을 수 있다. 몇몇 특정 구현예에서, 증착 단계는 프린팅이고, 증착된 형상는 패터닝된 형상이다. 증착 단계는 증착된 형상의 가장자리인 고해상도 형상의 첫 번째 가장자리를 정해줌으로써 기재 상에 고해상도 형상의 위치를 정한다.

본 발명에서 기재는 예를 들어 실리콘, 유리판, 플라스틱 필름 또는 시트로 구성될 수 있다. 구조적으로 가요성 장치에 대해서는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리이미드 시트, 등과 같은 플라스틱 기재를 사용할 수 있다. 상기 기재의 두께는 특히 가요성 플라스틱 기재에 대해서는 약 10μm 내지 약 10mm, 약 50μm 내지 약 2mm이고, 유리나 실리콘 같은 강직한(rigid) 기재에 대해서는 약 0.4mm 내지 약 10mm일 수 있다.

본 발명의 액체 조성물은 기재 위에 액체 조성물을 증착하는 동안이나 그 후에 가열하여 중간 형상을 형성할 수 있다. 액체 조성물이 금속 잉크 조성물인 경우에는, 가열하는 공정은 금속 나노입자에 어닐링(anneal)을 유도하고, 전기적으로 전도성 있는 중간 형상과 같이 기재 위에 전기적으로 전도성 있는 부분을 형성한다. 하나의 구현예에서, 액체 조성물은 증착 단계 동안이나 증착 단계 후에 가열된다. 전기적으로 전도성층은 전자 장치에 있어서 전기적으로 전도성 소자로서 적합하다. 유리 같이 낮은 어닐링 온도를 필요로 하지 않는 기재에서는, 증착된 액체 조성물은 약 100℃ 내지 약 350℃, 약 100℃ 내지 약 250℃, 및 약 100℃ 내지 약 200℃와 같이 100℃나 그 이상의 온도로 가열할 수 있다. 그러나 약 200℃보다 더 낮은 어닐링 온도를 선호하는 저가의 기재과 같은 다른 기재에서는, 증착 액체 조성물은 예를 들어, 약 80℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 및 약 100℃ 내지 약 160℃와 같이 약 200℃나 그 이하의 온도로 가열할 수 있다. 사용된 기재에 상관없이 가열 온도는 단일층 기재이든 다층 기재이든 상관없이 기재나 이전에 증착된 층의 성질에 있어 불리한 변화를 야기시키지 않는 온도가 바람직하다. 액체 조성물이 가열될 때 약 100℃ 내지 약 150℃의 낮은 가열 온도가 사용되도록 하기 위해 물질의 선택은 중요하다. 구현예에서 유기 안정화된 금속 나노입자는 약 100℃ 내지 약 200℃의 낮은 온도에서 어닐링하여 우수한 전도성의 형상을 형성할 수 있다.

가열은 만약 용매가 존재한다면 실질적으로 또는 전적으로 기재로부터 제거될 정도의 시간동안 수행된다. 제1용매의 일부는 또한 가열하는 동안에 실질적으로 제거될 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서 사용된 용어 “실질적으로 제거된”의 의미는 용액의 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%가 제거된 것으로 정의된다. 예를 들어, 시간량은 0.01초 내지 약 10시간, 약 10초 내지 1시간까지의 범위일 수 있다. 가열은 공기 중에서 또는 예를 들어, 질소나 아르곤 존재 같은 불활성 대기 중, 또는 예를 들어 1 내지 약 20부피%의 수소를 포함하는 질소 하에서와 같은 환원성 분위기 하에서 수행될 수 있다. 가열은 보통의 대기압 하 또는 예를 들어 약 1000mbars 내지 약 0.01mbars와 같이 감압 하에서 수행될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 “가열”은 기재상에 중간 형상을 형성하기 위해 충분한 에너지를 전해줄 수 있는 어떤 기술도 포함하는데, 예를 들어 물질이 금속 나노입자라면, (1)금속 나노입자를 어닐링하고 및/또는 (2)금속 나노입자로부터 선택적인 안정화제를 제거하는 기술을 포함할 수 있다. 가열 기술의 예는(예를 들어 핫 플레이트(hot plate), 오븐, 버너 같은) 열역학적 가열과 적외선(IR), 레이저 빔, 플래쉬 라이트(flash light), 마이크로파 복사(microwave radiation), 자외선(UV) 복사, 또는 이것들의 조합도 포함할 수 있다.

가열은 여러 효과를 유발한다. 예를 들어, 액체 조성물의 가열온도보다 적어도 100℃더 높은 끓는점을 가지는 도데실벤젠 같은 용매를 포함할 경우 중간 형상의 가운데 부분과 같은 부분에 최소한의 잔여량(예를 들어, 약 0.01중량% 내지 약 0.1중량%를 포함하는 약 0.001중량% 내지 약 1중량%)의 용매가 축적 및/또는 잔류한다. 가열하면 용매가 증착된 형상의 가운데 부분으로 옮겨간다. 축척되거나 남아있는 양의 용매는 중간 형상의 접착력 및/또는 응집력을 감소시켜, 접착 물질과 함께 접착 물질과 접촉하는 중간 형상의 적어도 다수의 가운데 부분이 제거될 수 있다. 제거되어지는 가운데 부분의 “다수”는 증착된 형상의 본래 부분의 80%이상, 90%이상, 95%이상 또는 99%이상일 수 있다. 남아있는 전도성 형상은 전도성 형상의 가운데 부분의 제거하기 전 중간 형상의 가장자리 부분이며, 그것은 예를 들어 약 1microns 내지 약 10microns, 약 2microns 내지 약 5microns, 및 약 3microns 내지 약 4microns과 같이 10microns보다 작은 폭을 가질 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 중간 형상은 가장자리 1과 가운데 부분 2를 포함할 수 있다. 이 제거는 기재 위에 두 가지 고해상도의 형상으로 나타날 수 있는데, 서로 동일하게 평행하거나 실질적으로 평행하고 또 서로 일정한 거리를 두고 떨어져 있을 수 있다.

또한, 가열하기에 앞서, 증착된 형상의 층은 전기적으로 단열이거나 매우 낮은 전기적 전도성을 갖지만, 가열에 의해 어닐링된(annealed) 금속 나노입자로 구성된 전기적 전도성 층을 만들어 전도성이 증가된다. 구현예에서 어닐링된 금속 나노입자는 합쳐지거나 부분적으로 금속 나노입자를 합친다. 어닐링된 금속 나노입자에서 그 금속 나노입자는 충분한 입자 대 입자의 접촉을 달성하여 응집(coalescence) 없이도 전기적으로 전도성 층을 형성한다.

구현예에서 접착 물질의 제거 전과 가열단계 후에 결과로 생겨난 전기적인 전도선과 같은 중간 형상은 예를 들어 약 10nm 내지 약 1mm, 약 50nm 내지 약 500μm, 약 50nm 내지 약 250μm, 약 50nm 내지 약 100μm, 약 100nm 내지 약 50μm와 같은 적어도 10nm의 두께와 높이를 가질 수 있다. 또한 가열 후에 중간 형상은 예를 들어 약 30μm 내지 약 10nm, 약 50μm 내지 약 1mm, 약 75μm 내지 약 250μm, 약 100μm 내지 약 200μm, 및 약 100μm 내지 약 150μm와 같이 적어도 30microns의 폭을 가질 수 있다.

증착된 금속 조성물을 가열함으로써 생산된 단일 전도성 형상의 전도성은 예를 들어 약 100Siemens/centimeter (“S/cm”)이상, 약 1000S/cm이상, 약 2,000S/cm이상, 약 5,000S/cm이상, 약 10,000S/cm 또는 50,000S/cm 이상을 가진다.

가열은 금속 나노입자의 표면에 존재하는 안정화제의 분해와 증발을 유발할 수 있다. 가열은 예를 들어 약 80중량% 내지 약 99.9중량%, 약 90중량% 내지 약 99.5중량%, 또는 약 95중량% 내지 약 99중량%와 같이 대부분의 안정화제를 제거할 것이다. 그러나 예를 들어 약 0.1중량% 내지 약 20중량%, 약 0.5중량% 내지 약 10중량%, 약 1중량% 내지 약 5중량%와 같이 소수의 안정화제나 그것의 분해된 형태가 어닐링되거나 신터링된(sintered) 금속 나노입자의 표면에 존재하는 것으로 생각된다. 그러나 안정화제는 긴 탄화수소 사슬을 포함할 수 있기 때문에 낮은 극성 표면을 제공하여 기재에 나쁜 접착력을 제공한다.

접착 물질이 중간 형상 표면의 적어도 일부에 직접 또는 간접적으로 도포될 수 있다. 접착 물질은 또한 중간 형상 표면 전체를 완전히 덮도록 도포될 수 있다. 접착 물질은 약 0.5 내지 약 10N/mm 또는 약 0.75 내지 약 5N/mm를 포함하는 약 0.5 내지 약 15N/mm와 같이 어느 정도 수준의 접착강도를 가져야 하며, 이는 기재의 전도성 형상으로부터 제거된 부분의 접착강도보다 더 크다. 그러나, (접착 물질의 제거 후에 기재에 남아있고, 중간 형상의 가장자리 부분일 수 있는) 고해상도 형상은 중간 형상의 부분이나 가운데 부분의 표면에 접착 물질의 접착강도보다 더 큰 접착강도를 가져야 한다. 용매의 잔여량이나 안정화제의 잔여량은 가장자리 부분의 접착강도보다 더 낮은 접착강도를 기재의 가운데 부분에 유도한다. 그 차이는 예를 들어 약 0.1 내지 약 5N/mm, 약 0.2 내지 약 1N/mm, 또는 약 0.5 내지 약 1.0N/mm일 수 있다. 접착 물질의 예는 SCOTCH 테이프(3M Innovative Properties Company제조), 아크릴레이트 폴리머(acrylate polymers), 폴리클로로프렌(polychloroprene)에 기초한 감압성 접착제, 테르펜 합성수지(terpene resin), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 또는 소위 열가소성 글루와 같은 핫 멜트 접착제(hot melt adhesives), 폴리에스터 합성수지/폴리우레탄 합성수지, 폴리올/폴리우레탄 합성수지, 아크릴 폴리머/폴리우레탄 합성수지와 같은 몇몇 반응성 접착 물질, 천연고무, 식물성물질, 등과 같은 천연 접착제, 부틸 고무, 실리콘 고무, 에폭시 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무와 같은 합성고무와 같이 접착 물질을 입힌 백킹재(backing material)로 구성된 접착 테이프가 포함된다. 몇몇 구현예에서는 접착제가 중간 형상 표면에 도포되기 전에 지지 기재 위에 도포되었다. 또한 몇몇 구현예에서는 접착제는 감압성 접착제, 고무, 등과 제거 가능한 접착제이다.

중간 형상 표면에 도포된 후에 접착 물질이 중간 형상의 일부분에서 제거되어 기재 위에 적어도 고해상도 형상을 형성한다. 예를 들어, 접착 물질이 접착 테이프인 경우에는 기재로부터 중간 형상의 적어도 가운데 부분을 제거하기 위해 충분한 힘으로 접착 테이프를 당김으로써 접착 테이프가 제거된다. 이 때 상기한 바와 같이, 중간 형상은 잔류 또는 미량의 용매를 포함하며, 용매를 포함하는 중간 형상의 가운데 부분은 약하게 기재에 부착되어 있고, 제거될 수 있다. 프린트된 전도성 기재로부터 제거된 부분은 중간 형상의 가운데 부분에 위치하고, 중간 형상의 크기에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 제거된 부분의 폭은 적어도 두 개의 전도성 형상의 안쪽 가장자리 사이의 거리에 해당한다. 또한, 제거된 후에 고해상도 형상(또는 조성물이 금속 나노입자를 포함하는 경우의 전도성 형상)은 예를 들어 고리, 두 개의 평형선, 및 원과 같은 약 10microns, 예를 들어 약 0.1μm 내지 약 10μm, 약 1μm 내지 약 10μm, 약 1μm 내지 약 5μm, 및 약 2μm 내지 약 5μm보다 더 작은 폭을 갖는 어떠한 2차원 또는 3차원의 기하학적 모양일 수 있다.

그 결과로 만들어진 고해상도 형상은 박막 트랜지스터(thin film transistors), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diodes), 전파식별태그(RFID tags), 광전 변환 소자(phtovoltaics), 디스플레이, 인쇄용 안테나(printed antenna), 및 전도성 소자나 부품을 필요로 하는 다른 전자 기기 장치와 같은 전자기기에서 전극(electrodes), 전도성 패드(conductive pads), 인터커넥트(interconnects), 전도선(conductive lines), 전도성 트랙(conductive tracks), 등으로 사용될 수 있다.

또 다른 구현예에서는 다음과 같은 구성을 포함하는 박막 필름 트랜지스터가 제공된다:

(a) 절연층(an insulating layer);

(b) 게이트 전극(a gate electrode);

(c) 반도체 층;

(d) 소스 전극(a source electrode); 및

(e) 드레인 전극(a drain electrode).

여기에서 절연층, 게이트 전극, 반도체 층, 소스 전극, 및 드레인 전극은 게이트 전극과 반도체 층이 모두 절연층과 접촉해 있고, 소스 전극과 드레인 전극이 모두 반도체 층과 접촉해 있는 한 어떤 순서로도 배열될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은 금속 나노입자, 안정화제, 및 용매를 포함하는 액체 조성물을 사용하여 본 명세서에 기재된 공정으로 형성된다.

게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극은 본 명세서의 구현예에 따라 제조될 수 있다. 게이트 전극 층의 두께는 예를 들어 약 10 내지 약 2000nm의 범위이다. 소스 전극과 드레인 전극의 대표적인 두께는 예를 들어 약 40nm 내지 약 1μm 보다 상세하게는 약 60nm 내지 약 400nm의 두께를 가진다.

절연층은 일반적으로 무기 물질 필름이거나 유기 폴리머 필름이 될 수 있다. 절연층에 적합한 무기 물질의 예로는 산화 규소, 질화 규소, 산화 알루미늄, 티탄산 바륨, 티탄산 바륨 지르코늄(barium zirconium titanate) 등을 포함할 수 있다. 절연층으로 예시적인 유기 폴리머의 예로는 예를 들어 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(비닐페놀), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리(메타크릴레이트산), 폴리(아크릴레이트산), 에폭시 합성수지 등이 포함될 수 있다. 절연층의 두께는 사용된 유전체 물질의 유전 상수에 따라 달라지며, 예를 들어 약 10nm 내지 약 500nm이다. 절연층의 예시적인 두께는 약 100nm 내지 약 500nm이다. 절연층은 예를 들어 약 10^-12S/cm보다 적은 전도성을 가질 수 있다.

예를 들어 반도체 층은 절연층과 소스/드레인 전극의 사이에 접촉하여 위치하고, 여기에서 반도체 층의 두께는 일반적으로 예를 들어 약 10nm 내지 1μm 또 는 약 40nm 내지 약 100nm이다. 어떤 반도체 물질이라도 이 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 예시적인 반도체 물질은 위치 규칙성을 가진 폴리티오펜, 올리그티오펜(oligthiophene), 펜타센, 및 미국 특허 출원 공개 제2003/0160230 A1, 미국 출원 공개 제2003/0160234 A1, 미국 특허 출원 공개 제2003/0136958 A1에서 개시된 반도체 폴리머들을 포함한다. 어떤 적합한 기술도 반도체 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 한 가지 방법은 분말 형태의 화합물을 가지고 있는 소스용기와 기재를 포함하는 챔버(chamber)에 약 10^-5torr 내지 10^-7torr의 진공을 적용하고, 용기를 조성물이 기판 위로 승화될 때까지 가열하는 것이다. 본 발명의 반도체 층은 또한 일반적으로 스핀 코팅, 캐스팅, 스크린 프린팅, 스탬핑, 용액의 제트 프린팅 또는 반도체의 분산과 같이 용액 공정으로 제조될 수 있다.

절연층, 게이트 전극, 반도체 층, 소스 전극 및 드레인 전극은 특히 구현예에서 게이트 전극과 반도체층이 모두 절연층과 접촉하고 소스전극과 드레인 전극이 모두 반도체 층과 접촉하는 임의의 순서로 형성된다.“임의의 순서로”란 용어는 순차적이고 동시적인 형성과정을 포함한다. 예를 들어, 소스 전극과 드레인 전극은 동시에 또는 연속적으로 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터의 조성, 제조, 및 동작은 미국 특허 제6,107,117에 개시되어 있다.

본 발명의 구현예는 다음 예시의 방식으로 더 설명된다. 모든 퍼센트와 부분(parts)은 다른 언급이 없으면 중량으로 나타낸다. 실온은 예를 들어 약 20℃ 내지 약 25℃ 범위의 온도를 의미한다.

실시예

헥사데실아민 안정화된 은 나노입자의 제조

144.6g의 1-헥사데실아민(600 millimoles, Aldrich, 90%)과 160ml의 톨루엔을 질소 블랭킷(blanket)하 1L 자켓 반응기(jacketed reactor)에서 교반을 하면서(under agitation) 약 65℃로 가열하였다. 그리고 나서 20g의 실버 아세테이트(silver acetate)(120 mmoles, Alfa Aesar, 99%)을 2분 동안 반응용기에 가하면, 실버 아세테이트는 빠르게 용해되었다. 두 번째로 144.6g의 헥사데실아민을 반응용기에 부어 용액을 45분 동안 55℃로 냉각했다. 10ml의 톨루엔으로 희석된 7.13g의 페닐히드라진(66mmoles, Aldrich, 97%)은 10분 동안 반응용기에 가했다. 용액은 은 입자의 환원과 나노입자의 형성을 나타내는 검붉은 색이 되었다. 상기 용액을 15분 더 혼합하여 환원 반응을 완료했다. 그리고 나서 반응용기를 50℃ 이하로 냉각시키고 반응용기에 240ml의 이소프로판올을 더하고 뒤이어 560ml의 메탄올을 첨가함으로써 생성물을 침전시켰다. 상기 용액은 짙은 청보라색으로 변했다. 상기 용액은 5분 동안 혼합시킨 다음 꺼내어, 0.5GORE-TEX 멤브레인이 장착된 지름 3인치 직경의 필터로 진공 여과 장치로 옮겼다. 금속성의 블루 케이크(The metallic blue cake)를 200ml의 이소프로판올에 분산시키고 30분 동안 세척하여 반응에서 잔여 아민과 부산물을 제거했다. 혼합물을 동일한 여과재(filter media)를 사용하여 여과했다. 그 다음으로 3번의 50ml 메탄올 세정을 하여 입자 표면으로부터 이소프로판올이 제거되도록 했다. 그 다음 입자를 하룻밤 동안 30~40℃로 진공 오븐에서 건조했다. 생성물의 최종 수율은 81%의 은(TGA분석으로 산출된)을 포함하여 15.21g(이론상 94.4%)이었다.

은 나노입자 조성물의 제조

0.8g의 헥사데실아민-은 나노입자를 데칼린과 도데실벤젠(데칼린 1.1g, 도데실벤젠 0.1g)의 혼합물 1.2g에 분산시켜 잉크 조성물을 형성시켰다. 상기 잉크 조성물을 38~40℃ 온도에서 3시간 동안 혼합한 다음 1μm 시린즈 필터(syringe filter)를 통해 여과했다. 그 결과로 생성된 혼합물은 5~10분 동안 랩 셰이커(lab shaker)(IKA MS2 Minishaker)에 두었다.

본 발명의 은 나노입자 조성물을 위해서 피에조 드랍-온-디멘드(piezo drop-on-demand) 잉크 카트리지 장치를 갖춘 DIMATIX 2800 Materials Printer를 사용하여 유리 슬라이드에 인쇄하여 은 나노입자의 얇은 갈색 선을 형성했다. 은 나노입자의 얇은 선을 140℃ 온도로 10분 동안 오븐에서 가열하여 은 나노입자를 어닐링하고 Veeco Dektak 6M Surface Profiler를 사용하여 측정하였을 때 대략 140nm의 두께와 8μm의 폭을 가진 광택의 유리 같은 얇은 선을 형성하게 했다. 한 조각의 스카치 테이프(3M사에서 제조된)를 상기 얇은 선 바로 위에 놓고, 테이프 위에 가벼운 압력을 가하여 얇은 선과 테이프 사이가 충분한 접촉을 하게 했다. 상기 테이프를 기재에서 천천히 제거하여 상기 얇은 선의 가운데 부분이 제거되고, 결과적으로 연속적이고 균일한 약 4~5μm의 폭을 가지는 전도선을 얻었다. 어닐링된 실버선의 전도성은 KEITHLEY 4200-SCS 2-탐침법으로 측정했을 때, 약 10⁴S/cm로 측정된다.

당업자에게는 상기한 다양하고 다른 특징들과 기능들 또는 그 대안들이 많은 다른 시스템이나 기기들과 바람직하게 결합될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

Claims

기재 위에 용매와 물질을 포함하는 액체 조성물을 증착(depositing)시켜 2차원의 증착된 형상을 형성하는 단계;
상기 증착 단계 동안이나 그 후에 80℃ 내지 350℃ 범위의 가열 온도로 2차원의 증착된 형상을 가열하여 가운데 부분과 가장자리 부분을 가지는 2차원의 중간 형상을 형성하는 단계로서, 상기 액체 조성물의 용매는 증착된 형상을 가열하는 온도보다 100℃ 이상의 끓는점을 가지고, 상기 2차원의 중간 형상은 가운데 부분에 잔여량의 용매를 포함하는 단계;
2차원의 중간 형상의 가운데 부분의 적어도 일부분에 접착 물질을 도포하는 단계; 및
2차원의 중간 형상의 가운데 부분과 함께 접착 물질을 제거하고 기재 위에 2차원의 중간 형상의 가장자리 부분이 남아 있게 하여서 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 단계;를 포함하는 기재 위에 고해상도 형상(feature)을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 물질은 은, 금, 백금, 팔라듐, 구리, 코발트, 아연, 인듐, 주석, 크롬, 니켈, 은-구리 복합체, 은-금-구리 복합체, 은-팔라듐 복합체, 은-금-팔라듐 복합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 나노입자인, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 금속 나노입자는 X-Y의 화학식을 가지는 안정화제를 추가로 포함하며,
X는 4 내지 24의 탄소 원자를 포함하는 탄화수소기이고,
Y는 금속 나노입자의 표면에 부착된 작용기이며 히드록실, 아민, 카르복실산, 티올(thiol) 및 그 유도체, 크산틴산(xanthic acid), 피리딘, 피롤리돈, 카바메이트, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 금속 나노입자는 은 나노입자이고, 안정화제는 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 헥사데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 디아미노펜탄, 디아미노헥산, 디아미노헵탄, 디아미노옥탄, 디아미노노난, 디아미노데칸, 디아미노옥탄, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 메틸프로필아민, 에틸프로필아민, 프로필부틸아민, 에틸부틸아민, 에틸펜틸아민, 프로필펜틸아민, 부틸펜틸아민, 트리부틸아민, 트리헥실아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 유기아민 안정화제인, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용매는 도데실벤젠, 데칼린, 테트라히드로나프탈렌, 바이사이클로헥산, 이소파라핀 히드로카본, 헥살린(hexalin), 사이클릭 테르펜(a cyclic terpene), 사이클릭 테르피넨(a cyclic terpinene), 1-페닐-1-사이클로헥센, 1-tert-부틸-1-사이클로헥센, 테르피놀렌(terpinolene), γ-테르피넨, α-테르피넨, α-피넨, 테르피놀(terpineol), 메틸나프탈렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 증착은 잉크젯 프린팅에 의해 실행되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 2차원의 중간 형상은 적어도 30microns의 폭을 가지는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고해상도 형상은 10microns 미만의 폭을 가지는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 액체 조성물은 제2 용매를 추가로 포함하며, 상기 용매의 끓는점은 제2 용매의 끓는점보다 적어도 50℃ 더 높은, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 접착 물질은 2차원의 중간 형상의 표면 전체에 도포되어서, 상기 접착 물질은 상기 2차원의 중간 형상의 가운데 부분 및 가장자리 부분과 접촉하지만, 접착 물질의 제거가 상기 기재로부터 가장자리 부분을 제거하지는 않는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
기재 위에 금속 나노입자 및 용매를 포함하는 액체 조성물을 증착하여 2차원의 증착된 형상을 형성하는 단계;
상기 증착 단계 동안이나 그 후에 80℃ 내지 350℃ 범위의 가열 온도로 2차원의 증착된 형상을 가열하여 2차원의 증착된 형상을 어닐링(annealing)하여 가운데 부분과 가장자리 부분을 가지는 2차원의 중간 형상을 형성하는 단계로서, 상기 액체 조성물의 용매는 증착된 형상을 가열하는 온도보다 100℃ 이상의 끓는점을 가지고, 상기 2차원의 중간 형상은 가운데 부분에 잔여량의 용매를 포함하는 단계;
2차원의 중간 형상의 가운데 부분의 적어도 일부분에 접착 물질을 도포(applying)하는 단계; 및
2차원의 중간 형상의 가운데 부분과 함께 접착 물질을 제거하고 기재 위에 2차원의 중간 형상의 가장자리 부분이 남아 있게 하여서 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 단계;를 포함하는 기재 위에 고해상도 형상(feature)을 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 접착 물질은 2차원의 중간 형상의 표면 전체에 도포되어서, 상기 접착 물질은 상기 2차원의 중간 형상의 가운데 부분 및 가장자리 부분과 접촉하지만, 접착 물질의 제거가 상기 기재로부터 가장자리 부분을 제거하지는 않는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금속 나노입자는 은, 은-구리 복합체, 은-금-구리 복합체, 은-팔라듐 복합체, 은-금-팔라듐 복합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금속 나노입자는 X-Y의 화학식을 가지는 안정화제를 추가로 포함하며,
X는 4 내지 24의 탄소 원자를 포함하는 탄화수소기이고,
Y는 금속 나노입자의 표면에 부착된 작용기이며 히드록실, 아민, 카르복실산, 티올(thiol) 및 그 유도체, 크산틴산(xanthic acid), 피리딘, 피롤리돈, 카바메이트, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 금속 나노입자는 은 나노입자이고, 상기 안정화제는 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 헥사데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 디아미노펜탄, 디아미노헥산, 디아미노헵탄, 디아미노옥탄, 디아미노노난, 디아미노데칸, 디아미노옥탄, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 메틸프로필아민, 에틸프로필아민, 프로필부틸아민, 에틸부틸아민, 에틸펜틸아민, 프로필펜틸아민, 부틸펜틸아민, 트리부틸아민, 트리헥실아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 유기아민 안정화제인, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 용매는 도데실벤젠, 데칼린, 테트라히드로나프탈렌, 바이사이클로헥산, 이소파라핀 히드로카본, 헥살린(hexalin), 사이클릭 테르펜(a cyclic terpene), 사이클릭 테르피넨(a cyclic terpinene), 1-페닐-1-사이클로헥센, 1-tert-부틸-1-사이클로헥센, 테르피놀렌(terpinolene), γ-테르피넨, α-테르피넨, α-피넨, 테르피놀(terpineol), 메틸나프탈렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 기재 위에 고해상도 형상을 형성하는 방법.