Flexible electronic devices, consis

Flexible electronic devices, consisting mainly of thin metal films on compliant polymer substrates, are of great scientific and industrial interest [1,2]. The usability of a flexible electronic device rises and falls with the electro-mechanical performance of the metal film/polymer substrate couple. Straining metallic conductors to large deformations while maintaining a low and constant electrical resistance is one of the main challenges for flexible electronics technologies [3,4]. “Stretchability,” the ability of a film/substrate system to support large stretching, during use, without failing mechanically or electrically, is a keyword used to describe the desired electro-mechanical behaviour of flexible thin film systems. In order to get a high stretchability, a high fracture strain and good adhesion between the metal film and the substrate are required [4]. To achieve high fracture strains methods such as film structuring [5] and wrinkling [6,7] have been utilized. A common way to improve the adhesion of the ductile conductive metal layers such as Au is to use 5–10 nm of brittle Cr, Ti or Ta as adhesion layers [8,9]. However, it is known that the deformation behaviour of ductile and brittle thin metal films on compliant polymer substrates strongly differs from each other [8,10]. Brittle metals used as adhesion promoters will fracture at low applied strains (3%) without electrical failure. The ability to combine good adhesion and high strength for these flexible systems is the current challenge.
This work utilizes fragmentation testing [11–14] and in situ 4 point probe resistance measurements (in situ 4PP) [3,5,15,16], both under uniaxial tensile strain, to determine the effect of a 10 nm Cr adhesion layer on the electro-mechanical behaviour of 50 nm Au films on a flexible polyimide substrate and to assess the suitability of these film systems for flexible electronic technologies. It will be shown that the use of brittle adhesion layers, while possibly promoting adhesion, actually decrease the electrical performance by inducing the formation of cracks in the ductile layer.
Ductile 50 nm Au films were sputter deposited onto 50 lm thick flexible Kapton polyimide (PI) substrates after cleaning with isopropyl alcohol. To improve the adhesion of the Au film, a 10 nm Cr layer was deposited before the Au film without breaking vacuum. For Au films without a Cr layer Au was deposited directly onto PI. Sputtering was performed with a DC Magnetron system and the deposition parameters for the 10 nm Cr layer were a working gas (Ar) pressure of 1.5  103 Torr at 100 W DC power. Sputtering of the Au film was performed at a working gas (Ar) pressure of 7.5 x 10 Torr at a power of 75 W DC. The Au films had a nanocrystalline microstructure with a grain size between 20 and 50 nm measured using transmission electron micrographs [17]. Rectangular samples used for tensile straining were cut with a scalpel to the dimensions of 7 x 35 mm.

Kết quả (Việt) 1:

Thiết bị điện tử linh hoạt, bao gồm chủ yếu là mỏng kim loại phim về tuân thủ polymer chất nền, quan tâm khoa học và công nghiệp lớn [1,2]. Khả năng sử dụng một thiết bị điện tử linh hoạt tăng lên và rơi với hiệu suất điện và cơ khí của các cặp vợ chồng bề mặt kim loại phim/polymer. Căng thẳng kim loại dây dẫn đến biến dạng lớn trong khi duy trì một sức đề kháng điện thấp và liên tục là một trong những thách thức chính cho các thiết bị điện tử linh hoạt công nghệ [3,4]. "Stretchability," các khả năng của một hệ thống phim/bề mặt hỗ trợ lớn kéo dài, trong thời gian sử dụng, mà không có thất bại máy móc hoặc điện, là một từ khóa được sử dụng để mô tả các hành vi electro – mechanical mong muốn của hệ thống màng mỏng linh hoạt. Để có được một stretchability cao, một cao gãy xương căng thẳng và độ bám dính tốt giữa bộ phim kim loại và bề mặt là yêu cầu [4]. Để đạt được cao gãy xương giống như phim cơ cấu [5] và nhăn [6,7] các phương pháp đã được sử dụng. Một cách phổ biến để cải thiện độ bám dính của các lớp kim loại dẫn dễ uốn như Au là sử dụng 5-10 nm giòn Cr, Ti hoặc Ta như bám dính lớp [8,9]. Tuy nhiên, nó biết rằng hành vi biến dạng của dễ uốn và giòn mỏng phim kim loại về tuân thủ polymer chất mạnh mẽ khác với nhau [8,10]. Giòn kim loại được sử dụng như bám dính quảng bá sẽ gãy xương tại thấp áp dụng chủng (< 1%) dẫn đến sự thất bại điện, trong khi phí dễ uốn thực hiện bộ phim (Au, Cu, Ag) plastically biến dạng lúc cao ứng dụng chủng (> 3%) mà không có điện thất bại. Khả năng kết hợp độ bám dính tốt và cường độ cao cho các hệ thống này linh hoạt là những thách thức hiện nay.Tác phẩm này sử dụng phân mảnh thử nghiệm [11-14] và tại chỗ 4 điểm thăm dò sức đề kháng đo lường (tại chỗ 4PP) [3,5,15,16], cả hai đều theo trục chủng độ bền kéo, để xác định tác dụng của một lớp 10 nm Cr bám dính vào các hành vi điện và cơ khí của 50 nm Au phim trên một bề mặt polyimide linh hoạt và để đánh giá sự phù hợp của các phim hệ thống cho các công nghệ điện tử linh hoạt. Nó sẽ được hiển thị rằng việc sử dụng các lớp bám dính giòn, trong khi có thể thúc đẩy bám dính, thực sự giảm hiệu suất điện bằng gây ra sự hình thành của các vết nứt trong lớp dễ uốn.Dễ uốn 50 nm Au phim đã là gửi lên 50 lm dày linh hoạt Kapton polyimide (PI) chất sau khi làm sạch với rượu isopropyl sputter. Để cải thiện độ bám dính của bộ phim Au, một lớp Cr nm 10 được gửi trước khi bộ phim Au mà không vi phạm máy hút. Au tập phim mà không có một lớp Cr Au được gửi trực tiếp vào PI. Tạo được thực hiện với một hệ thống từ trường DC và các thông số lắng đọng cho 10 nm Cr lớp là áp suất khí (Ar) làm việc 1.5 Torr 10 3 lúc 100 W DC điện. Tạo phim Au đã thực hiện tại một áp suất khí (Ar) làm việc của 7,5 x 10 Torr tại một sức mạnh của 75 W DC. Au phim có một microstructure nanocrystalline với một kích thước hạt giữa 20 và 50 nm đo bằng cách sử dụng truyền điện tử micrographs [17]. Mẫu hình chữ nhật được sử dụng cho độ bền kéo căng thẳng đã giảm với một dao để kích thước của 7 x 35 mm.

Kết quả (Việt) 2:

Các thiết bị điện tử linh hoạt, bao gồm chủ yếu của màng kim loại mỏng trên chất nền polymer tuân thủ, là trong khoa học và công nghiệp quan tâm lớn [1,2]. Các tiện ích của một thiết bị điện tử linh hoạt tăng giảm với việc thực hiện cơ điện của kim loại phim / polymer vài chất nền. Căng dây dẫn kim loại để chế biến dạng lớn trong khi duy trì một điện trở thấp và liên tục là một trong những thách thức chính đối với các công nghệ điện tử linh hoạt [3,4]. "Stretchability," khả năng của một hệ thống phim / chất nền để hỗ trợ lớn kéo dài, trong khi sử dụng, mà không thất bại một cách máy móc hoặc bằng điện, là một từ khóa được sử dụng để mô tả các hành vi cơ điện mong muốn của hệ thống màng mỏng và linh hoạt. Để có được một stretchability cao, một chủng gãy xương cao và độ bám dính tốt giữa các bộ phim kim loại và các chất nền được yêu cầu [4]. Để đạt được các chủng gãy xương cao các phương pháp như cấu trúc phim [5] và nếp nhăn [6,7] đã được sử dụng. Một cách phổ biến để cải thiện độ bám dính của lớp kim loại dẫn điện có thể kéo dài được như Au là sử dụng 5-10 nm giòn Cr, Ti hay Ta như các lớp bám dính [8,9]. Tuy nhiên, nó được biết rằng các hành vi biến dạng của màng kim loại mỏng mềm và giòn trên chất nền polymer compliant khác mạnh từ mỗi khác [8,10]. Kim loại giòn sử dụng như quảng bá bám dính sẽ gãy chủng ở mức thấp áp (<1%), dẫn đến suy điện, trong khi phí dẻo mang phim (Au, Cu, Ag) biến dạng dẻo tại các chủng ứng dụng cao hơn (> 3%) mà không thất bại điện. Khả năng kết hợp độ bám dính tốt và độ bền cao cho các hệ thống linh hoạt là những thách thức hiện nay.
Công trình này sử dụng phân mảnh thử nghiệm [11-14] và tại chỗ 4 điểm đo kháng đầu dò (in situ 4PP) [3,5,15,16] , cả hai căng thẳng kéo đơn trục, để xác định hiệu quả của 10 nm Cr lớp bám dính vào các hành vi cơ điện của 50 bộ phim Au nm trên một chất nền polyimide linh hoạt và để đánh giá sự phù hợp của các hệ thống này cho bộ phim công nghệ điện tử linh hoạt. Nó sẽ chỉ ra rằng việc sử dụng lớp dính giòn, trong khi có thể thúc đẩy kết dính, làm suy giảm hiệu suất điện bằng cách gây sự hình thành các vết nứt trên lớp dễ uốn.
dẻo 50 nm phim Au được phún xạ lắng trên 50 lm dày linh hoạt Kapton polyimide (PI ) chất nền sau khi làm sạch với rượu isopropyl. Để cải thiện độ bám dính của màng Au, Cr lớp 10 nm đã được gửi trước khi bộ phim Au mà không phá vỡ chân không. Đối với Au phim mà không có một lớp Cr Au được gửi trực tiếp vào PI. Phún xạ được thực hiện với một hệ thống DC magnetron và các thông số lắng đọng cho Cr lớp 10 nm là một chất khí làm việc (Ar) áp lực của 1,5? 10? 3 Torr tại 100 W điện DC. Phún xạ của bộ phim Au đã được thực hiện tại một khí làm việc (Ar) áp lực của 7,5? X 10? Torr tại một sức mạnh của 75 W DC. Các bộ phim Au đã có một vi cấu nanocrystalline với một kích thước hạt từ 20 đến 50 nm đo bằng ảnh hiển vi điện tử truyền qua [17]. Mẫu hình chữ nhật được sử dụng để kéo căng được cắt bằng dao để các kích thước 7 x 35 mm.