Гибридный мульти

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2513 (2023) Цитировать эту статью

612 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Ограниченные электрические характеристики микроэлектронных устройств, вызванные низкой связностью между частицами и низким качеством печати, по-прежнему остаются самым большим препятствием, которое необходимо преодолеть для технологии аэрозольной струйной печати (AJP). Несмотря на то, что включение углеродных нанотрубок (УНТ) и определенных растворителей в функциональные чернила может улучшить межчастичные связи и качество печати чернилами соответственно, по-прежнему сложно одновременно учитывать несколько противоречивых свойств при разработке смеси. В этом исследовании предлагается новый гибридный метод многокритериальной оптимизации для определения оптимального функционального состава чернил для достижения низкого удельного электрического сопротивления и высокого качества печатной линии. В предлагаемом подходе серебряные чернила, чернила на основе УНТ и этанол смешиваются в соответствии с дизайном смеси, а на основе дисперсионного анализа разрабатываются две модели поверхности отклика (ReSM). Затем используется метод функции желательности для определения двумерного окна оптимального рабочего материала, чтобы сбалансировать противоречивые реакции. После этого конфликтующие цели оптимизируются более надежным образом в пространстве трехмерного проектирования смесей за счет интеграции генетического алгоритма сортировки без доминирования III (NSGA-III) с разработанными ReSM и соответствующей статистической неопределенностью. Проведены эксперименты по проверке эффективности предложенного подхода, расширяющего методологию проектирования материалов с многокомпонентностью и мультисвойством в технологии AJP.

Аэрозольная струйная печать (AJP) становится революционной технологией трехмерной (3D) печати для изготовления гибких микроэлектронных устройств с высоким разрешением1,2. По сравнению с традиционными методами изготовления, такими как травление, фотолитография и гальваника3, AJP может значительно сократить химические отходы и упростить производственный процесс4, одновременно снижая производственные затраты5. Поэтому он получил широкое распространение в электронной промышленности для изготовления современных микроэлектронных компонентов6,7,8. Однако из-за относительно высокого удельного сопротивления печатных линий AJP электрические характеристики микроэлектронных устройств, производимых AJP, ограничены, например, низкая чувствительность/калибровочный коэффициент печатных резистивных датчиков для измерения температуры/деформации, что ограничивает широкий диапазон применение технологии AJP. Это происходит из-за пробелов и дефектов в структуре осажденных наночастиц, таких как границы зерен и структурные дефекты9. Следовательно, связь между металлическими наночастицами серьезно повреждена, а напечатанные металлические линии демонстрируют относительно высокое удельное электрическое сопротивление по сравнению с объемными металлическими материалами, что значительно ухудшает электрические характеристики печатной электроники. Несмотря на то, что оптимизация условий спекания (температура и техника) может улучшить морфологию поверхности печатных линий, достигая удельного сопротивления менее чем в 2 раза превышающего объемное сопротивление серебра10,11, также важно снизить удельное сопротивление печатных линий за счет улучшения связности в структуре наночастиц перед постпечатным процессом. Кроме того, поскольку низкая пригодность для печати функциональными чернилами имеет тенденцию вызывать неравновесное аэродинамическое взаимодействие внутри печатающей головки, проводящие линии будут печататься с плохими морфологическими характеристиками12, что еще больше ухудшит электрические характеристики производимой электроники13.

Благодаря чрезвычайному соотношению сторон углеродные нанотрубки (УНТ) демонстрируют преимущества в качестве мостов для соединения дефектов/границ зерен в печатных проводящих линиях, что повысит проводимость печатной электроники за счет улучшения электрических контактов между сформированными частицами и коэффициентов теплового расширения. между печатными рисунками и подложками14. Поэтому проводились различные исследования по включению УНТ в функциональные чернила наночастиц для обеспечения превосходной связи между частицами и улучшения электрических свойств электронных компонентов, напечатанных аэрозольной струей15. Помимо улучшения электрических свойств, способность печатных пленок проводить проводимость по требованию может быть достигнута за счет настраиваемой и контролируемой загрузки УНТ16. Однако, поскольку проводимость УНТ относительно ниже, чем у функциональных чернил с металлическими наночастицами, эффективность УНТ в качестве наполнителей, повышающих проводимость, зависит от относительной концентрации по сравнению с уровнем перколяции17. Поэтому необходимы дальнейшие исследования, направленные на оптимизацию относительного состава между УНТ и функциональными чернилами наночастиц для повышения проводимости. С другой стороны, поскольку напыленная линия является фундаментальным элементом электронных компонентов, напечатанных аэрозольной струей18, различные методы машинного обучения и эмпирические подходы были приняты для оптимизации качества напечатанной линии19,20,21, что будет полезно для полученных электрических характеристик13. Несмотря на то, что эти исследования помогают продвигать применение технологии AJP с определенного аспекта, существует необходимость дальнейшего улучшения общих электрических характеристик при одновременной двойной оптимизации проводимости печатной линии и качества печати.