2015 Fiscal Year Annual Research Report
銅ナノ粒子を用いたレーザー直接描画による微細配線形成およびレーザー焼成機構の解明
| Project/Area Number |
15H04132
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
渡辺 明 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40182901)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | レーザープロセッシング / レーザー直接描画 / レーザー焼成 / 銅ナノ粒子 / 微細配線 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、銅ナノ粒子を用いたレーザープロセッシングによって、フレキシブル透明ポリマー基板上へも高導電性微細パターンを自在に形成することが可能な手法を開拓することを目的とする。本研究の目的を達成するために、レーザー光照射による銅ナノ粒子のシンタリング過程を明らかにし、その知見に基づき銅ナノ粒子へのレーザー光照射による低温焼成プロセスを確立し、プリンテッド・フレキシブルエレクトロニクス分野で実現が求められているウェットプロセスによる銅微細配線形成技術の進展への貢献を目指している。平成27年度においては、、透明フレキシブルポリマーフィルム（PEN ポリエチレンナフタレート）上への銅微細グリッドパターンの形成を目指して、３Dプリンター系のモーションコントローラーを用いたレーザー描画装置の改良を行い、コンピューター上に描いた電極パターンを用いたオンディマンドプロセスによって、銅の微細パターンのレーザー描画を可能とした。これによって、PENフィルム上に様々な銅グリッドパターンを形成し、それらのストレスセンサーへとしての特性に関する検討を行った。銅ナノ粒子を用いてレーザー描画法によって形成した銅微細グリッドの曲げ試験における抵抗変化は、通常の銅グリッドパターンでは起こり得ないような非常に高感度な変化を示した。これは、銅ナノ粒子から形成された薄膜が完全な連続体ではなく、ナノ粒子が溶融しネッキングした構造からなるためであると考えられた。
レーザー描画で透明フレキシブルPEN基板上に形成した銅微細グリッドを用いることにより、ウェアラブルデバイスを目指して、身体に装着可能なフレキシブルストレスセンサーに関する検討を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、銅ナノ粒子へのレーザー光照射による低温焼成プロセスを確立し、プリンテッド・フレキシブルエレクトロニクス分野で実現が求められているウェットプロセスによる銅微細配線形成技術の進展への貢献を目指して研究を進めているが、平成27年度の研究において、透明フレキシブルポリマーフィルム（PEN ポリエチレンナフタレート）上への銅微細グリッドパターン形成を、銅ナノ粒子を用いたレーザー直接描画法で達成することができている。また、それらを用いたストレススセンサー特性の検討を行い、通常のバルク銅では起こり得ない非常に大きな抵抗変化が観測された。これは、ナノ粒子形成した薄膜のナノ構造に特徴的な現象である可能性がある。以上のように、ウェットプロセスによる銅微細配線形成技術を現実のものとするプロセスのかなりの部分を達成できている、
|
| Strategy for Future Research Activity |
近年、３Dプリント技術の進展に伴って、その技術に関連した様々な電子デバイスの開拓が行われており、それらの多くはレーザー直接描画プロセスに用いることが可能である。３Dプリンター等で使われている多軸モーションコントローラーおよび制御ソフトウェアを取り入れたレーザー描画装置の進化をさらに進めていくことによって、自在な電子デバイス用銅微細配線パターンの2次元および3次元レーザー描画を可能にしていく。さらに、多軸モーションコントローラーとコンピューター制御によって、マイクロチューブポンプおよびスピンコートによる製膜プロセスとそのレーザー直接描画プロセスを交互に繰り返して行える3Dレーザー描画装置およびそれによる微細パターン・絶縁膜からなる3次元ハイブリッド構造によるデバイス形成プロセスの開拓を目指した検討を行っていく。また、レーザーシンタリング機構の解明に関しては、表面増強ラマン散乱（SERS）およびアンチストークス・ラマン散乱による銅ナノ粒子のシンタリング過程のその場観察法の開拓を行っていく。
|
