الکترودهای شفاف با مقاومت کم برای نمایش در لایه های پلیمری
یکی از مهمترین مشکلات برای تولید نمایشگرها در بستر پلیمری رسوب اکسید قلع ایندیوم ITO با مقاومت کم است. اکثر مواد پلیمری نمی توانند دمای بستر بالاتر از 200 درجه سانتیگراد را که برای فرایند کاملآ عادی است، تحمل کنند. به همین دلیل، راه حلی پیشنهاد شده است که شامل جایگزینی یک لایه ITO منفرد تشکیل شده از سه سیستم لایه ای حاوی ITO/Ag/ITO میشود. مقاومت ورق کمتر از 16 در انتقال بیش از 80 درصد در طول موج 550 نانومتر میتواند به دست آید. علاوه براین، محتوای کلی ایندیوم در پوشش دهی کاهش می یابد. این امر منجر به کاهش هزینه های هدف در حین تولید میشود.
بسیاری از نمایشگرهای صفحه تخت امروزی FPD بر روی لایه های شیشه ای ساخته شده اند؛ دلیل آن را میتوان در خواص مکانیکی شیشه و قابلیت آن در مقاومت در برابر دمای مورد نیاز در ساخت برخی از نمایشگرهای کریستال مایع ماتریکس فعال (AMLCD) دانست. پیش بینی میشود طی چند سال آینده بازار این نوع نمایشگرها در هر سال تقریبآ به 27 میلیارد دلار آمریکا برسد؛ امروزه از سال 2004 تاکنون تقریبآ 45 میلیارد دلار بوده است. البته میتوان کاربرد آنها در صنعت پلاستیک را بعنوان یک بستر پایه دانست؛ دلیل آن نیز میتواند یک یا چند مورد از نگرانی های ذکر شده در زیر باشد:
- مواد پلیمری در مقایسه با شیشه وزن سبک تری دارند.
- پلیمرها شکننده نیستند.
- پلیمرها دارای قابلیت خمشی هستند.
- برخی از آنها ازلحاظ اقتصادی، هزینه مناسبی دارند.
- کار با ورق های پلیمری با ضخامت ده ها یا صدها میکرومتر نسبت به شیشه های مشابه راحت تر است.
باتوجه به این خصوصیات ذکر شده در بالا، برخی از برنامه های آینده مانند نمایشگر روی کارت هوشمند یا نمایشگرهای گسترده برای دستگاه های ارتباطی قابل حمل میتوانند دامنۀ بسترهای پلیمری را افزایش دهند. از بین اصول موجود در تولیدات FPD، ممکن است نمایشگرهای فروالکتریک و بویژه نمایشگرهای لومینس آلی OLED شانس بیشتری برای انتقال از بسترهای شیشه ای به بسترهای پلیمری داشته باشند. برای ساخت یک نمایشگر با پایۀ پلیمر مشکلات فنی بسیاری وجود دارد؛ پلیمرها در برابر حرارت مورد نیاز برای تولید در پردازش نیمه هادی مقاومت نمی کنند. این امر استفاده از فناوری هایی را که بطور گسترده در تولید مدارهای IC و AMLCD استفاده میشوند، با مشکل مواجه میکند. استفاده از فرایندهای دقیق لیتوگرافی نوری در بسترها که حتی ممکن است شکل آنها در حین تولید اندکی تغییر کند، مشکل ساز است. مانع نفوذ برای اکسیژن و مولکول های آب برای پلیمرها درمقایسه با شیشه بدتر است. ساخت الکترودهای شفاف از اکسید قلع ایندیوم ITO بسیار دشوار است زیرا نمیتوان درجه حرارت لازم برای دستیابی به مقاومت الکتریکی کم را به زیر بستر را اعمال کرد. گروه های زیادی در سراسر جهان برای حل این مشکل فناوری در تلاش هستند. در اینجا راه حلی پیشنهاد کرده ایم که شامل جایگزینی لایه ITO با سیستم سه لایه متشکل از نقره و ITO است. این روش بطور کلی تلاس برای فناوری پیچیده تر را توجیه می کند.
فرایند تجربی
آزمایشات در رول کوتر پاششی پیلوتFOSA 600 انجام شده است. پارامترهای اساسی دستگاه در جای دیگر ارائه شده است. پیکربندی دستگاه برای این فرایند در شکل زیر بیان شده است.
شکل 1: نمای شماتیک رول کوتر پاششی پیلوتFOSA 600 تنظیم شده برای تحقیقات ITO/Ag/ITO
این پیکربندی نیز برای ساختار لایه رسوبی در شکل زیر ارائه شده است.
شکل 2: ساختار لایه ای ITO /Ag / ITO
هر لایه بصورت مجزا رسوب شده است. ساخت رولر پیلوت خطی در همان دستگاه امکان پذیر است اما به کاتدهای اضافی ITO و مطابقت با نرخ رسوب نیاز دارد. بستر پلی اتیلن ترفتلات PET، ملینکس، با صخامت 75 متر بود. همچنین رسوب نیز با استفاده از خلوص 99.95 درصدی نقره و هدف سرامیکی با ایندیوم ITO به نسبت 90/10 انجام شد. علاوه براین، از مگنترون های طراحی شده و تولید شده با FEP استفاده شد. همچنین داده نوری توسط اسپکترومتر Lambda 900 Perkin-Elmer بدست آمد. مقاومت ورق نیز با استفاده از دستگاه Veeco FFP 500 با روش چهار نقطه ای اندازه گیری شد. ضخامت لایه در هر دو روش ITO و ITO/Ag/ITO ازطریق روش نوری و روش گام Dektak تعیین شده است.
تأثیر لایه نقره بر عملکرد کلی پوشش دهی
نقره فلزی است که بطور گسترده در پوشش های کم انتشار یا محافظ های EMI با انتشار کم استفاده میشود. یک لایه مداوم از نقره دارای جذب کم و هدایت الکتریکی بسیار خوبی است. لایه های نازک آن در محدود طیف مرئی شفاف میشوند. در ضخامت پایین لایه بحرانی، خواص مواد بطور قابل توجهی با مواد فله متفاوت است. مقاومت الکتریکی و جذب نور با کاهش بیشتر ضخامت لایه از همان نقطه به سرعت افزایش می یابد. این رفتار به انتقال از حالت مداوم به تشکیل جزایر متمایز از حالت تجمع اتم های نقره نسبت داده شده است. ضخامت بحرانی در این انتقال به بستر و شرایط رسوب بستگی دارد که بیشتر بین 10 تا 20 نانومتر ضخامت متوسط است. در نتیجه، حداکثر جذب کل فیلم بین 5 تا 10 نانومتر، ضخامت متوسط بود. شکل زیر مقاومت ورق و انتقالITO 50 نانومتر AgITO 50 نانومتر پشته با متوسط ضخامت در لایه Ag را نشان میدهد.
شکل 3: وابستگی مقاومت ورق و انتقال در ضخامت Ag برای پشته ITO-Ag-ITO
براساس این شکل میتوان نتیجه گرفت که شرایط مطلوب برای تکمیل خواص ذکر شده در بالا، یک پشته لایه با مقاومت ورق کمتر از 16 در انتقال بیش از 80 درصد در طول موج 550 نانومتر است. این شرایط مطلوب برای ضخامت Ag مشاهده میشود که در حال حاضر کمتر از ضخامت یک فیلم مداوم است. داده های نوری Ag نیز در حداکثر انتقال بطور قابل توجهی با داده های n و k لایه های فله محاسبه میشود؛ به این معنا که ضخامت بهینه لایه Ag در محدوده انتقال بین فیلم مداوم و افزایش یافته است. برای دستیابی به نتایج تکرارپذیر، به عملکرد بسیار دقیق فرایند نیاز است.
تأثیر لایه ITO بر عملکرد کلی پوشش دهی
دو سری نمونه با متوسط ضخامت لایه Ag بین 2 و 20 نانومتر به منظور تجزیه و تحلیل سهم ITO نسبت به مقاومت کلی ورق پشته تهیه شدند. این دو سری ازلحاظ ضخامت ITO متفاوت هستند که به ترتیب برای لایه ITO، 30 و 50 نانومتر انتخاب شدند. برای هر ضخامت Ag، نسبت بین مقاومت ورق دو پشته بررسی میشود. میتوان گفت که فقط برای فیلم های Ag بسیار نازک تفاوت قابل توجهی در مقاومت ورق بین دو پشته با نازکی 30 نانومتری و ضخامت 50 نانومتری وجود دارد. برای داشتن ضخامت بهینه در لایه Ag ، تقریبآ هیچ تفاوتی در مقاومت ورق بین این دو سری نمونه وجود ندارد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که کیفیت ITO ازلحاظ خواص الکتریکی اش فقط برای عملکرد کلی پشته دارای اهمیت جزئی است. این نکته بعنوان یک کلید جایگزین برای فیلم واحد ITO با پشته سه لایه است. کیفیت نیز با خواص فیلم Ag به جای خواص ITO تعیین میشود. این بدان معنا است که میتوان از پارامتر اساسی دمای بستر بالا برای الکترودهای با مقاومت کم جلوگیری کرد. همچنین خواص نوری ITO برای عملکرد پشته بسیار مهم هستند. ITO باعث افزایش در محدوده مرئی طیف میشود. شکل دقیق طیف نیز با ضخامت تعبیه شدۀ ITO در لایه Ag تعیین میشود.
