《抗氧化銅微結構的飛秒雷射直寫及其電性能調控機理》是依託北京航空航天大學，由彭鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：抗氧化銅微結構的飛秒雷射直寫及其電性能調控機理
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：彭鵬
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高效、環保、低成本的柔性電極製造在消費電子、航空航天、醫療、能源等領域有廣泛套用前景，以賤金屬銅為代表的噴墨燒結製造方法受到工藝複雜、氧化問題的困擾。飛秒雷射與物質作用時具有極低熱效應、超快加工過程等優點，已成為微納加工研究熱點。本項目提出直接從銅離子油墨出發，利用飛秒雷射在柔性基體上進行導電性能可調的電極/微結構的直寫加工與機理研究。通過光還原得到納米銅顆粒並原位光連線形成導電結構，解決製造中銅的氧化問題；利用飛秒雷射作用的超快過程減少保護性有機物的燒蝕和去除，減輕銅微結構在後續使用過程中的氧化問題以提高其可靠性；利用飛秒雷射的空間和時間區域精確控制，在直寫過程中通過還原和連線過程的控制實現微結構整體和局部不同部位的導電性調控。發展低成本、高效率製造柔性器件的新技術，推動銅納米材料在電子行業的套用及電子製造業向環境友好、高效率和高附加值的產業轉型與升級。
結題摘要
高效、環保、低成本的柔性電極製造在消費電子、航空航天、醫療、能源等領域有廣泛套用前景，以賤金屬銅為代表的噴墨燒結製造方法受到工藝複雜、氧化問題的困擾。飛秒雷射與物質作用時具有極低熱效應、超快加工過程等優點，已成為微納加工研究熱點。本項目提出了直接從銅離子油墨出發，利用飛秒雷射在柔性基體上進行導電性能可調的電極/微結構的直寫加工與機理研究。採用飛秒雷射直寫技術，在預塗覆廉價銅離子塗層的柔性基體上通過雷射還原得到納米銅顆粒並原位連線形成導電結構，成功得到具有優良導電性能的銅微電極。通過調控雷射工藝參數，分析了納米Cu顆粒還原、顆粒連線方式與微結構導電性的關係，建立了直寫工藝-銅價態及連線方式-性能之間的影響規律。通過對比飛秒雷射、半導體雷射及直接加熱的製備過程，探究了不同光、熱作用對納米銅顆粒還原及連線方式的影響，揭示了飛秒雷射還原與連線納米銅顆粒的機理。通過添加不同含量及種類的有機物，研究了有機物在雷射作用下的變化，並進一步分析了有機物在飛秒雷射直寫過程中的變化及狀態。據此，探究了起保護作用的有機物在Cu結構抗氧化性能中的貢獻，並揭示了Cu微結構抗氧化機理。提出了銅微結構導電性能的整體或局部（選區）調控機制，獲得具有不同電性能的可靠Cu 微結構直寫技術（可調範圍為0.2μΩ·m 至數MΩ·m）；成功直寫製備了電阻加熱器、濕度感測器、記憶電阻器件等，為後續不同微電子器件的銅微結構設計中的不同電阻率需要提供工藝設計原則。促進微電子器件和微電子單元的低成本、快捷製造和發展，豐富納連線理論，提升我國在該研究領域的國際地位。發表SCI論文16篇，EI論文1篇，申請發明專利1項。完成了本項目的研究目標。並根據本項目研究結果及積累，成功獲批國家自然科學基金面上項目1項。本項目研究工作是發展低成本、高效率製造柔性器件的新技術，有望推動銅納米材料在電子行業的套用及電子製造業向環境友好、高效率和高附加值的產業轉型與升級。
