纳米级直接激光诱导金打印技术用于二维电子器件制作

研究背景

几十年来，所有类型的电子产品的印刷和纳米光刻已经获得了巨大的吸引力。光刻技术是一个耗时的多步骤过程(包括抗蚀剂制备、照明、显影、蒸发和解除)，需要昂贵和有害的光刻胶和恶劣的环境条件 (高真空和热处理)，而油墨印刷则可以直接和简单地应用所需的结构。通常应用两种主要类型的油墨：金属纳米粒子的胶体溶液或金属有机前体溶液，在两种情况下，沉积后需要热固化以实现金属的传导性。为此，激光写入通常比热烧结更有优势，因为施加在材料上的整体热应力较低，特别是在柔性、热敏感的基材上，而金属纳米颗粒的光热稳定性相对较高，需要较大的激光功率才能实现充分烧结，相反，金属有机前体溶液的金属含量相对较低(≤34wt-%)，在激光写入过程中会发生较大的体积收缩。到目前为止，这些挑战阻碍了通过油墨印刷和激光写入定义具有衍射限制特征尺寸的金触点。

研究成果

灵活的电子制造技术对于未来的集成光子和电子设备来说是必不可少的，而且是非常受青睐的。金属的直接激光诱导书写(DIW) 已经显示出潜力，是一种快速和高度可变的适应性电子的方法。然而，大多数 DIW 程序使用的是银结构，它容易氧化，并被限制在微米级的范围内。这里介绍了一种 DIW 技术，它不仅能使二维范德瓦尔斯材料的电金线具有亚微米的结构和 100 nm的间隔分辨率，而且还能在各种刚性和弹性材料上制造光电开关和场效应晶体管。对光敏感的金属胶体 Au32-纳米团簇作为墨水，允许低功率的 cw-激光曝光，而不需要进一步的后处理。通过一个简单的解除程序，未曝光的墨水可以被移除。该技术实现了超快速、高分辨率和高精度的集成电子器件的生产，并可能为个性化的电路铺平道路，甚至打印在弯曲的表面。相关研究以“Nanometer Sized Direct Laser-Induced Gold Printing for Precise 2D-Electronic Device Fabrication”为题发表在Small Methods期刊上。

图文导读

Figure 1. Direct laser-induced printing of Au.

Figure 2. Optical investigations on Au-prints and resolution test.

Figure 3. Electronic properties of Au-prints.

Figure 4. Proof of concept devices with printed Au electrodes.

总结与展望

总之，作者提出了直接激光辅助打印金线，用于从 Au32 NCs 墨水中制造微型和纳米级的设备。这个过程是基于在一定的阐值强度下，单个稳定的团块向块状金的光子转换。一台共聚焦显微镜，用一个可自由编程的图案发生器操作，控制单像素的照明，允许复杂的结构，如在无限的材料上进行复杂的印刷。最小的可能特征是衍射限制的，尺寸250 nm。由于印刷技术的位置精度大约为 10 nm，所以印刷结构之间的距离可以比单一特征尺寸更小，例如，<100 nm。两个基于前瞻性二维材料的设备已经被制造出来，以证明DIW金线对于未来适应性和灵活性技术的潜力。

文献链接

Nanometer Sized Direct Laser-Induced Gold Printing for Precise 2D-Electronic Device Fabrication

https://doi.org/10.1002/smtd.202201221

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