TWI834267B - 透明導電圖樣的形成方法 - Google Patents
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Abstract
透明導電圖樣的形成方法包括以下步驟。提供基板。提供前驅物溶液，其中前驅物溶液包括形成透明導電圖樣的前驅物。前驅物通過電漿系統解離，並伴隨電漿系統產生的電漿噴出至基板。雷射光透過振鏡在基板上掃描，使受雷射光照射的基板被局部加熱。解離後的前驅物反應並沉積於被局部加熱的基板上，以形成透明導電圖樣。透明導電圖樣對應於雷射光的掃描路徑。
Description
本發明是有關於一種導電圖樣的形成方法，且特別是有關於一種透明導電圖樣的形成方法。
透明導電材料常應用於顯示裝置、太陽能電池、觸控面板等產品以滿足其透光且導電的需求。為了使透明導電材料與對應線路連接，需要將透明導電材料圖案化。一般來說，圖案化的方式是透過在基板沉積一層透明導電層後，然後以具對應線路圖案的光罩為罩幕，形成圖案化光阻層於透明導電層上，之後再通過濕式蝕刻或乾式蝕刻將未被圖案化光阻層覆蓋的部分透明導電層去除，以得圖案化的透明導電材料。然而，這樣的作法需在真空環境下執行，且需經過多道工序，導致製造成本高，且隨著所需透明導電圖案的不同需對應製造不同的光罩，也造成材料的浪費。
本發明提供一種透明導電圖樣的形成方法，無需在真空環境下執行，且可透過一次工序形成微米級的透明導電圖樣。
本發明的透明導電圖樣的形成方法包括以下步驟。提供基板。提供前驅物溶液，其中前驅物溶液包括形成透明導電圖樣的前驅物。前驅物通過電漿系統解離，並伴隨電漿系統產生的電漿噴出至基板。雷射光透過振鏡在基板上掃描，使受雷射光照射的基板被局部加熱。解離後的前驅物反應並沉積於被局部加熱的基板上，以形成透明導電圖樣。透明導電圖樣對應於雷射光的掃描路徑。
在本發明的一實施例中，上述的電漿系統為噴射式大氣電漿系統，其包括電漿腔體以及電漿噴嘴。電漿腔體包括中央通道以及外圍通道。中央通道適於使前驅物通過。外圍通道適於使主氣通過。電漿噴嘴連接於電漿腔體的出口處。
在本發明的一實施例中，上述的前驅物通過所述電漿系統解離的步驟包括前驅物溶液透過霧化器形成液滴，並透過載氣將液滴送至載氣入口以進入電漿系統的中央通道。使主氣自主氣入口進入電漿系統的外圍通道，以形成電漿。電漿與前驅物於電漿噴嘴中交會，而使前驅物解離。
在本發明的一實施例中，上述的主氣包括氮氣。
在本發明的一實施例中，上述的載氣包括氮氣、氫氣以及氬氣。
在本發明的一實施例中，上述的電漿系統的電漿噴嘴與
基板的之間的距離在2mm至10mm之間。
在本發明的一實施例中，上述的振鏡與控制系統連接，以使雷射光以預定路徑在基板上掃描。
在本發明的一實施例中，上述的形成方法還包括將基板設置於移動平台上，移動平台與控制系統連接，以調整基板與電漿系統的相對位置。
在本發明的一實施例中，上述的透明導電圖樣的材料包括氧化銦錫、鎵摻雜氧化鋅或鋁摻雜氧化鋅。
在本發明的一實施例中，上述的雷射光在基板的掃描路徑與電漿噴射至基板的涵蓋範圍重疊。
基於上述，本發明透過電漿系統及雷射系統的結合使用，可在一次工序中於基板上直接形成透明導電圖樣，而無需使用光罩，進而使製程簡化且降低製造成本。
10:裝置
100:基板
110:前驅物溶液
112:容器
120:霧化器
130:平台系統
132:載台
134:移動平台
140:電漿系統
141:電漿腔體
142:內電極
144:外電極
146:電漿噴嘴
148:電源供應器
149:電漿
150:雷射系統
151:雷射產生器
152:振鏡
154,156:反射鏡
158:透鏡
160:供氣系統
162:載氣流
164:主氣流
170:控制系統
L:雷射光
c1:中央通道
c2:外圍通道
d1:距離
i1:載氣入口
i2:主氣入口
θ:角度
圖1是依照本發明一實施例的一種形成透明導電圖樣的裝置的示意圖。
圖2至圖7是實施例1至6以紅外線熱顯像儀拍攝的影像。
圖1是依照本發明一實施例的一種形成透明導電圖樣的
裝置的示意圖。
請參考圖1，裝置10可包括平台系統130、電漿系統140、雷射系統150、供氣系統160以及控制系統170。
平台系統130可包括載台132及移動平台134。載台132提供基板100放置的地方，並設置於移動平台134上。移動平台134可在水平方向上移動，並可與控制系統170連接。在一些實施例中，載台132包括真空吸盤(未繪示)，以固定位於載台132上的基板100。在一些實施例中，載台可包括加熱板(未繪示)，以使基板100可整面被預熱，但本發明不以此為限，加熱板的使用可依實際需求選擇。
電漿系統140適於產生電漿以激活反應物(即後述的前驅物)，舉例來說，電漿系統140可以為噴射式大氣電漿系統(atmospheric pressure plasma jet system)，可在大氣環境下操作而無需真空環境，並且具有能量集中、處理效率高的優點，進而可有效激活反應物，以降低後續反應的工作溫度。在一些實施例中，電漿系統140可包括電漿腔體141、電漿噴嘴146以及電源供應器148。電漿腔體141可包括內電極142與外電極144。內電極142與外電極144可為管狀金屬，具有相同的軸心，且外電極144環繞內電極142，也就是說，內電極142與外電極144可為兩同軸金屬管。內電極142具有中央通道c1，適於使反應物通過。在一些實施例中，電漿腔體141具有載氣入口i1，載氣入口i1與中央通道c1連接。內電極142與外電極144之間具有外圍通道c2，適於
使主氣(即電漿源氣體)通過。在一些實施例中，電漿腔體141具有主氣入口i2，主氣入口i2與外圍通道c2連接。電源供應器148適於對內電極142施予電壓，例如直流脈衝電壓或高壓交流電壓，本發明不以此為限。外電極144可為接地，以使內電極142與外電極144之間產生高壓電場，進而使通過外圍通道c2的主氣形成電漿狀態。電漿噴嘴146連接於電漿腔體141的出口處，使通過內電極142的中央通道c1的反應物與通過外圍通道c2的電漿於電漿噴嘴146會合，並將其噴出至外部。
雷射系統150適於在基板100上掃描特定圖樣，以使基板100被局部加熱。舉例來說，雷射系統150可包括雷射產生器151、振鏡152、反射鏡154、156以及透鏡158。雷射產生器151適於產生雷射光L，舉例來說，雷射產生器151可以為二氧化碳雷射源，但本發明不以此為限。振鏡152適於控制雷射光L的掃描路徑，並可與控制系統170連接，以使雷射光L以預定路徑掃描。反射鏡154、156適於將雷射光L反射至基板100，圖1中雖繪示兩個反射鏡，但並非用以限定本發明，反射鏡的數量及擺設位置可依實際需求調整。透鏡158適於將雷射光L聚焦於基板100上。
供氣系統160包括載氣流162及主氣流164。載氣流162適於提供載氣以將反應物帶到電漿腔體141的載氣入口i1。在一些實施例中，反應物為溶液並設置於容器112中，盛裝反應物溶液的容器112底部可裝設霧化器120，以使反應物溶液霧化成微米
級的液滴。如此一來，載氣流162可流經容器112，而將容器112中含反應物的液滴隨著載氣進入電漿系統140中。在一些實施例中，霧化器120可以為超音波霧化器。主氣流164適於提供主氣至電漿腔體141的主氣入口i2。
控制系統170可與移動平台134及振鏡152連接，以控制基板100與電漿噴嘴146的相對位置，以及雷射光L的掃描路徑。
以下示例性地以圖1的裝置10具體說明本發明透明導電圖樣的形成方法。
首先，提供基板100。基板100可以是玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯亞胺(PI)、矽、陶瓷或其他合適材料，本發明不以此為限。在一些實施例中，基板100可設置於載台132上，基板100可透過真空吸盤(未繪示)固定於載台132上，以免基板100在後續製程中位移。在一些實施例中，基板100與載台132可以設置於移動平台134上，移動平台134可與控制系統170連接，以調整基板100與電漿系統140的電漿噴嘴146的相對位置。也就是說，透過控制系統170可決定基板100被電漿轟擊的位置，即形成透明導電圖樣的位置。
提供前驅物溶液110，前驅物溶液110可設置於容器112中。前驅物溶液110包括前驅物，前驅物為形成透明導電圖樣的反應物。透明導電圖樣的材料例如可包括氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、鎵摻雜氧化鋅(gallium-doped zinc oxide，GZO)、鋁
摻雜氧化鋅(aluminum-doped zinc oxide，AZO)或其他合適材料。前驅物的材料隨著所欲形成的透明導電圖樣的材料的不同而不同，其可依實際需求調整，本發明不以此無限。舉例來說，以透明導電圖樣的材料為鎵摻雜氧化鋅為例，前驅物可包括硝酸鎵(Ga(NO3)3)及硝酸鋅(Zn(NO3)2)，並溶於適當的溶劑(例如水)中，以形成前驅物溶液110。
前驅物溶液110可透過霧化器120形成微米級的液滴，而載氣流162可流經容器112，並透過載氣將液滴送至電漿腔體141的載氣入口i1，以進入電漿系統140的中央通道c1。換句話說，前驅物是隨著載氣被帶到電漿腔體141的中央通道c1。在一些實施例中，載氣可包括氮氣，但本發明不以此為限，可依實際需求選擇適當的氣體作為載氣。在一些實施例中，載氣除了氮氣外還可包括少量的氫氣與氬氣。氫氣可以幫助後續電漿解離並提升前驅物與電漿的化學反應效率，以提升後續形成的透明導電圖樣的性質。氬氣可有助於維持電漿的穩定性，以使後續形成的透明導電圖樣的鍍覆率增高。
主氣可透過主氣流164，使主氣自主氣入口i2進入電漿腔體141的外圍通道c2。由於外圍通道c2位於內電極142與外電極144之間，且內電極142與外電極144之間具有高壓電場，使得通過外圍通道c2的主氣形成電漿。在一些實施例中，主氣包括氮氣，但本發明不以此為限。
主氣與含前驅物的載氣是由不同入口進入電漿腔體141
的不同通道，可見主氣與載氣在初進入電漿系統140時是分開的。然後，通過中央通道c1的前驅物與通過外圍通道c2而形成的電漿可於電漿噴嘴146交會，電漿可激活前驅物而使前驅物解離。解離後的前驅物可與電漿一同自電漿噴嘴146噴出至基板100。也就是說，前驅物可通過電漿系統140解離，並伴隨電漿系統140產生的電漿噴出至基板100。相較於先於基板100上舖設前驅物的粉末或溶液再對基板100進行電漿轟擊的方式，本實施例可較有效的激活前驅物以利前驅物反應而於後續形成品質較佳的透明導電圖樣。
另一方面，雷射光L可自雷射產生器151發出，雷射光L可通過振鏡152、反射鏡154、156以及透鏡158在基板100上掃描。受雷射光L照射的基板100會被局部加熱，而自電漿噴嘴146噴出的解離後的前驅物可反應並沉積於被局部加熱的基板100上，以形成透明導電圖樣。透明導電圖樣是對應於雷射光L的掃描路徑。也就是說，雷射光L的掃描路徑可導引解離後的前驅物反應且沉積的位置，而於一次工序下形成圖案化的透明導電圖樣。
在一些實施例中，雷射光L可透過透鏡158聚焦於基板100上，使雷射光L的照射範圍集中，進而可形成精細的透明導電圖樣。在一些實施例中，透明導電圖樣的線寬可以在1000μm以下，例如可以在50μm至800μm之間或300μm至750μm之間。
在一些實施例中，振鏡152可與控制系統170連接，以使雷射光L以預定路徑在基板100上掃描。舉例來說，可於控制
系統中依據所欲形成的透明導電圖樣的圖案設計設定雷射光L的預定掃描路徑，並透過控制系統控制振鏡152，以使雷射光L可依預定路徑在基板100上掃描。
在一些實施例中，雷射系統150與電漿系統140是同時作用於基板100上的，也就是說，部分基板100同時受到電漿的轟擊與雷射的掃描。在一些實施例中，雷射光L在基板100的掃描路徑與受自電漿噴嘴146噴射至基板100的電漿(含解離後的前驅物)149轟擊的基板100的涵蓋範圍重疊，以提供透明導電圖樣良好的形成環境。
在一些實施例中，受電漿(含解離後的前驅物)149轟擊的基板100的涵蓋範圍對應於電漿噴嘴146的出口。在一些實施例中，受電漿(含解離後的前驅物)149轟擊的基板100的涵蓋面積與電漿噴嘴146的出口的口徑的截面積相同或相似。
在一些實施例中，若電漿噴嘴146的末端與基板100之間的距離d1太近，雷射光L的掃描路徑不易落入電漿噴射至基板100的涵蓋範圍內。若電漿噴嘴146的末端與基板100之間的距離d1太遠，前驅物的能量可能不足以於基板100上反應。在一些實施例中，基板100與電漿噴嘴146的末端之間的距離d1可以在2mm至10mm之間，但本發明不以此為限。基板100與電漿噴嘴146的末端之間的距離d1可能受基板材質、電漿功率、雷射功率等因素影響而有所調整。
在一些實施例中，雷射光L入射至基板100的角度θ可
以在0度至90度之間，較佳地在25度至85度之間，但本發明不以此為限。
在一些實施例中，在相同雷射掃描速率及掃描時間的條件下，雷射功率可以在0.6W至2W之間，與實際應用之光斑大小、雷射波長、基材材料有關。雷射功率小於0.6W可能會影響前驅物的沉積，使透明導電圖樣的電性不佳。雷射功率大於2W，可能會因雷射能量太強而使基板100破損。應理解，雷射功率的選擇範圍可能受基板材質、電漿功率、掃描速率及掃描時間等因素影響而有所調整，本發明不以此為限。
以下列舉實驗來驗證本發明的功效，但本發明並不侷限於以下的內容。
以下實驗使用類似於圖1所示意的裝置架構，並以形成長約5mm的GZO線段於基板上為例。基板採用碳酸鈉鹼性光學玻璃基板。前驅物是以99.6重量%的硝酸鋅及99.9重量%的硝酸鎵粉末，以去離子水為溶劑，配置成濃度為0.6M且鎵/(鎵+鋅)的元素比例為8%的水溶液。主氣為氮氣，流量設定在20 SLM(standard liter per minute)。載氣包括流量為140 SCCM(standard cubic centimeter per minute)的氮氣以及流量為60 SCCM的氫氬混合氣體(其中氫氣與氬氣的重量百分濃度比為7：93)。電漿系統為噴射式大氣電漿系統。電漿系統的電源供應器提供6400V的脈衝直流電壓。電漿噴頭末端與基板之間的距離為5mm。雷射產生器為二氧化碳雷射源，其最大輸出功率為12.5W。
雷射光入射至基板的角度為45度。
實驗例1至4分別將雷射功率設定在約0.84W、1.20W、1.83W、2.40W，然後以相同掃描時間(20秒)及掃描速率(在20秒的掃描時間下掃描41次GZO線段)，配合大氣電漿的轟擊，形成GZO線段。
實驗例5至6是在相同雷射功率(雷射最大輸出功率的12.5%)及掃描速率下，在掃描時間分別為10秒、30秒的條件下，配合大氣電漿的轟擊，形成GZO線段。
實驗例1至6所形成的GZO線段皆具有良好的透明性及導電性，實驗結果如表1及圖2至圖7所示。圖2至圖7分別為實驗例1至6所形成的GZO線段的影像，其是由紅外線熱顯像儀拍攝的影像，基於基板表面放射率不同而可區別出玻璃基板與透明導電圖樣。
如圖2至5及表1所示，實驗例1至4的GZO線段的線寬，在相同掃描時間及掃描速率下，隨著雷射功率的增加而增加，惟實驗例4可能因雷射功率較高而出現了基板破損的情況。如圖4、6至7及表1所示，實驗例3、5至6的GZO線段的線寬，在相同雷射功率(1.83W)及掃描速率下，隨著掃描時間的增加而增加。由此可見，在掃描速率固定的情況下，可藉由調整雷射功率及其掃描時間控制GZO線段的線寬，以得微米級的透明導電圖樣。
綜上所述，本發明透過電漿系統及雷射系統的結合使用，可在一次工序中於基板上直接形成透明導電圖樣，而無需使用光罩，進而使製程簡化且降低製造成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:裝置
100:基板
110:前驅物溶液
112:容器
120:霧化器
130:平台系統
132:載台
134:移動平台
140:電漿系統
141:電漿腔體
142:內電極
144:外電極
146:電漿噴嘴
148:電源供應器
149:電漿
150:雷射系統
151:雷射產生器
152:振鏡
154,156:反射鏡
158:透鏡
160:供氣系統
162:載氣流
164:主氣流
170:控制系統
L:雷射光
c1:中央通道
c2:外圍通道
d1:距離
i1:載氣入口
i2:主氣入口
θ:角度
Claims (8)
- 一種透明導電圖樣的形成方法，包括：提供基板，其中所述基板設置於移動平台上；提供前驅物溶液，其中所述前驅物溶液包括形成所述透明導電圖樣的前驅物；所述前驅物通過電漿系統解離，並伴隨所述電漿系統產生的電漿噴出至所述基板；雷射光透過振鏡在所述基板上掃描，使受所述雷射光照射的所述基板被局部加熱；以及解離後的所述前驅物反應並沉積於被局部加熱的所述基板上，以形成所述透明導電圖樣，其中所述透明導電圖樣對應於所述雷射光的掃描路徑，其中所述移動平台及所述振鏡與控制系統連接，以透過所述移動平台調整所述基板與所述電漿系統的相對位置，並透過所述振鏡使所述雷射光以預定路徑在所述基板上重覆掃描。
- 如請求項1所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述電漿系統為噴射式大氣電漿系統，其包括：電漿腔體，包括：中央通道，適於使所述前驅物通過；以及外圍通道，適於使主氣通過；以及電漿噴嘴，連接於所述電漿腔體的出口處。
- 如請求項2所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述前驅物通過所述電漿系統解離的步驟包括：所述前驅物溶液透過霧化器形成液滴，並透過載氣將所述液滴送至載氣入口以進入所述電漿系統的所述中央通道；使所述主氣自主氣入口進入所述電漿系統的所述外圍通道，以形成電漿；所述電漿與所述前驅物於所述電漿噴嘴中交會，而使所述前驅物解離。
- 如請求項3所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述主氣包括氮氣。
- 如請求項3所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述載氣包括氮氣、氫氣以及氬氣。
- 如請求項2所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述電漿系統的所述電漿噴嘴與所述基板的之間的距離在2mm至10mm之間。
- 如請求項1所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述透明導電圖樣的材料包括氧化銦錫、鎵摻雜氧化鋅或鋁摻雜氧化鋅。
- 如請求項1所述的透明導電圖樣的形成方法，其中所述雷射光在所述基板的所述掃描路徑與所述電漿噴射至所述基板的涵蓋範圍重疊。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111132695A TWI834267B (zh) | 2022-08-30 | 2022-08-30 | 透明導電圖樣的形成方法 |
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| TW202410745A TW202410745A (zh) | 2024-03-01 |
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ID=91227994
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI834267B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201133882A (en) * | 2010-03-24 | 2011-10-01 | Ind Tech Res Inst | Method of continuously fabricating CIGS-based solar cell under non-vacuum condition |
-
2022
- 2022-08-30 TW TW111132695A patent/TWI834267B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201133882A (en) * | 2010-03-24 | 2011-10-01 | Ind Tech Res Inst | Method of continuously fabricating CIGS-based solar cell under non-vacuum condition |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 網路文獻 莊嘉揚 雷射輔助噴射式大氣電漿透明導電薄膜成形系統/MOST106-2221-E002-123-MY3 科技部補助專題研究計畫報告 109年10月31日 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202410745A (zh) | 2024-03-01 |
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