Electro-Mechanical Behavior of Flexible Thin Film Systems

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

In den letzten Jahren wurde umfangreich an flexiblen elektrischen Geräten, seitens der Industrie and an Hochschulen, geforscht. Flexible Elektronik könnte zu potentiellen Fortschritten in den Bereichen Medizin und Logistik, aber auch im Sport, der Unterhaltung und im alltäglichen Leben führen. Unter den zahlreichen Problemen, die für die Umsetzung von zuverlässigen flexiblen elektrischen Geräten gelöst werden müssen, sind eines davon die Elektroden für Daten- und Energietransfer. Für flexible Anwendungen müssen diese die individuellen Komponenten verbinden und unter sich verändernden Beanspruchungen die Funktion erhalten (Biegen, Ziehen, Drehen). Diese Arbeit fokussiert sich auf Mo/Al/Mo Multischichtelektroden, die üblicherweise in TFT Bildschirmen zum Einsatz kommen. Der Mo-Film agiert als Adhäsionsschicht und Diffusionsbarriere, während der Al-Film die Funktion der Elektronenleitung übernimmt. Für elektromechanische Tests wurden vereinfachte Al/Mo Doppelschichten auf Polymere abgeschieden. Die Al/Mo Doppelschichten wurden unter uniaxialem Zug und unter zyklischer Biegung getestet. Die Doppelschichten bestehen aus einer 30 nm dicken Mo Adhäsionsschicht mit verschieden dicken Al Schichten (30, 75, 150, 300 nm) darauf. Die Zugtests zeigten, dass die inhärent spröde Mo Schicht den Bruch der Doppelschicht verursacht, was auch zum Verlust der Leitfähigkeit führt. Jedoch wurde auch gezeigt, dass dickere Al-Schichten den Bruch mindern und verzögern können. Die Biegetests lieferten ein ähnliches Verhalten. Dennoch, für zyklische Biegetests haben die angewandte Biegedehnung und Anzahl der Biegezyklen einen starken Einfluss auf das Ergebnis. Bei 20.000 Biegezyklen und 0,5% Biegedehnung zeigen die Al/Mo Doppelschichten keinen Bruch und kaum Änderung in der elektrischen Leitfähigkeit. Bei derselben Zyklenzahl, aber unter 1,3% und 3,1% Biegedehnung, brechen die Doppelschichten beim Erreichen der ersten Zyklen und erreichen Risssättigung bei ca. 10.000 Zyklen. Die Rissdichtensättigung und der Verlust der Leitfähigkeit sind proportional der Biegedehnung. Bei 1,3% und 3,1% Biegedehnung versagen die Al/Mo Doppelschichten bevor sie 1.000 Zyklen erreichen. Um das spröde Verhalten des Mo-Films, ohne starken Einfluss auf die industrielle Produktionskette und die Funktion des Mo-Films in den Multischichtelektroden, zu verbessern wurden binäre Mo-Legierungen untersucht. Mo-Ta Legierungen stellten sich als beste Kombination aus mechanischer Bruchdehnung (∽1% Steigerung) und spezifischen elektrischen Filmwiderstand (höher, aber nah an Mo) heraus. Die Mo-Filme in den Doppelschichten wurden mit Mo50Ta50-Legierungen, die unter hohen Druckspannungen (-1,9 GPa) stehen, substituiert. Die neuen Al/Mo-Ta Doppelschichten zeigten eine etwa 1% höhere Bruchdehnung unter Zugbeanspruchung. Bei 1,3% Biegedehnung wiesen die Al/Mo-Ta Doppelschichten keine Risse bis zum Ende des Experiments bei 50.000 Biegezyklen auf. Lediglich der elektrische Widerstand stieg vermutlich aufgrund von Ermüdung um 25% bis zum Ende des Experiments. Bei 3,1% Biegedehnung versagen die Al/Mo-Ta Doppelschichten auf ähnliche Weise wie die Al/Mo Doppelschichten. Die Studie hat gezeigt, dass das Legieren des spröden Mo-Films die Belastbarkeit und Verlässlichkeit der gesamten Multischichtelektrode verbessert hat, was diese geeigneter für flexible Anwendungen wie rollbare Fernsehbildschirme and faltbare Smartphones macht.

Details

Titel in ÜbersetzungElektromechanische Eigenschaften von flexiblen Dünnschichtsystemen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020