Einstufiges Photolithografie-Verfahren für druckbare Elektronik

Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben nun ein Verfahren entwickelt, bei dem sie durch Belichtung eines Silberkomplexes mit nur einem einzigen Verfahrensschritt solche strukturierten Leiterbahnen erzeugen. Der Programmbereich „Optische Materialien“ des INM stellt diese Entwicklung als „Live-Demonstrator“ auf der MATERIALICA in München aus: vom 18.-20. Oktober, Halle A6, Stand 302, Smart Materials, SchauPlatz Nano.

„Für dieses Verfahren stellen wir zuerst ein Substrat her, das mit einer photoaktiven Schicht aus Metall-Nanopartikeln versehen ist“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs „Optische Materialien“. „Anschließend bringen wir einen farblosen Silberkomplex auf und behandeln diese Schichtfolge mit UV-Licht“, so de Oliveira weiter. Durch die Belichtung werde der Silber-Komplex an der photoaktiven Schicht zersetzt und die Silber-Ionen zu Silber reduziert. Wenn beim Belichten eine Photomaske verwendet werde, erhalte man kleinste elektrische leitfähige Strukturen mit einer Größe von wenigen Mikrometern. Auch ein individuelles Schreiben der Strukturen mittels Laser ist möglich.

Dieses Verfahren birgt mehrere Vorteile: Es ist schnell, flexibel und ungiftig. In nur einem Schritt und anschließendem Spülen mit Wasser ist der lithographische Prozess in nur wenigen Minuten abgeschlossen. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfallen. Selbst eine Temperaturbehandlung ist nicht unbedingt notwendig. „Das macht vor allem die Anwendung auf sehr vielen dünnen und biegsamen oder temperaturempfindlichen Substraten interessant“, sagt der Physiker de Oliveira. Dazu zählen zum Beispiel Polyethylenfolien, Polycarbonatfolien und sogar Papier.

Bei einer Silber-Schichtdicke von rund 100 Nanometern erhalten die Forscher am INM eine spezifische Leitfähigkeit, die rund einem Viertel der spezifischen Leitfähigkeit von Bulk-Silber entspricht. Eine Wärmebehandlung bei 150 °C steigert die Leitfähigkeit sogar auf die Hälfte von Silber. Zur Zeit arbeiten die Forscher noch im Labormaßstab mit Testgrößen im Postkarten Format. Sie sind sich jedoch einig, dass zukünftig auch der Druck über das klassische Rolle-zu-Rolle Verfahren möglich sein wird, wenn erst einmal die Feinheiten für das Up-Scaling austariert sind.

Diese und weitere industrielle Anwendungen zeigt das INM auf der internationalen Messe „MATERIALICA 2011“. Dazu zählen vor allem Entwicklungen zu speziellen Eigenschaften, wie zum Beispiel diffusionshemmende, korrosionsbeständige und transparente, leitfähige Beschichtungen sowie Beschichtungen mit Antireflex.

Ansprechpartner:

Dr. Peter William de Oliveira
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH
Tel: (+49) 681 9300 148
peter.oliveira@inm-gmbh.de
Vortrag:
„Materialien für druckbare Elektronik“
am 18. Oktober
im Kongress „Design“
von 10.00 bis 10.30 Uhr
Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung folgen sie den wiederkehrenden Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig nutzen?

Das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH mit Sitz in Saarbrücken ist ein international sichtbares Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V. und beschäftigt rund 190 Mitarbeiter. Seine Forschung gliedert sich in die drei Felder Chemische Nanotechnologie, Grenzflächenmaterialien und Materialien in der Biologie.