Recently, there are growing interests in reliable and economical processes for the printed electronics fabrication. In this master’s thesis, we present a novel direct metal patterning method by two-step transfer printing process of conductive metal nano-ink solution. This fabrication process consists mainly of two steps: (1) transfer of metal nano-ink solution from the donor substrate to the polymer stamp, and (2) transfer of metal nano-ink solution from the polymer stamp to the target substrate. This fabrication method allows simple direct patterning of various metallic structures on the silicon wafers, flexible polymer films, and photographic papers. In addition to monolayer metal patterns, complex structures such as multilayer line array, patterns along non-flat surfaces, and micro/nanoscale hybrid patterns were achieved. Also, low temperature and pressure process conditions are compatible with the fabrication of electronic structures and devices on flexible substrates. These printed metal patterns showed a typical ohmic resistor characteristics with an average resistivity of $9.08\times10^{-7}\omega??m$. Furthermore, printed patterns were used as electrode patterns for making electrical interconnection with various nanowires. As applications, we fabricated metal electrodes by two-step transfer printing for electronic devices such as organic filed effect transistor (OFET) and UV sensors based on ZnO nanowires. The performance of OFET showed typical p-type semiconductor characteristics. Also, we demonstrated a highly sensitive and fast responding ZnO nanowire-based sensor to UV light with high on/off ratio. In addition to fabricating various micro/nanoscale structures, we present the characterization of adhesion of silver nanoparticle film on the silicon substrate by using double cantilever beam (DCB) test. Also, we report mechanical robustness by tensile test of silver nanoparticle film on the flexible polymer substrate. The effects of annealing temperature and periods of Ag nanoparticle thin films on their mechanical properties were investigated.
최근에 신뢰성과 경제성을 갖춘 전자 인쇄 공정에 대한 관심이 커지고 있다. 그리하여 본 석사 학위논문에서는 이중 전사 인쇄방식을 이용하여 전도성의 금속 나노 잉크를 직접 패터닝 하는 새로운 기술에 대하여 논한다. 공정 과정은 크게 잉크 제공 기판으로부터 폴리머 스탬프로의 나노 잉크의 첫 번째 전사과정과 폴리머 스탬프에서 대상 기판으로의 나노 잉크의 두 번째 전사과정으로 구성 된다. 이 방법은 실리콘 웨이퍼, 유연한 폴리머 기판, 사진 인쇄용 종이 기판 등 다양한 기판 위에 여러 금속 구조물의 패터닝을 가능하게 한다. 또한, 다중 층의 선 배열, 굴곡이 있는 기판 위의 패턴, 마이크로/나노 크기의 하이브리드 패턴 등도 이루었다. 이중 전사 인쇄방식은 저온 및 저압에서 공정이 가능하기에 유연 기판 위에 여러 전자 구조물 및 소자 공정에 활용 될 수 있다. 이중 전사 인쇄에 의해 형성된 금속 구조물은 전형적인 금속 저항 특성을 보였으며 평균 비저항은 $9.08\times10^{-7}\omega??m$ 였다. 응용 기술로서, 금속 구조물을 유기 전계효과 트랜지스터와 ZnO 나노와이어 기반의 자외선 센서 소자의 전극으로 활용하였다. 유기 전계효과 트랜지스터는 전형적인 p 타입 반도체 특성을 보였다. 그리고 높은 on/off 비를 갖으며 빠르게 반응하는 고감도의 ZnO 나노와이어 기반 자외선 센서 특성도 입증하였다. 여러 금속 구조물과 전극으로의 응용 기술 이외에도 DCB 실험을 통하여 다양한 온도에서 여러 시간동안 열처리 된 은 나노입자 박막의 실리콘 기판에 대한 부착 특성을 연구하였으며 인장 실험을 통해 폴리머 기판 위에 코팅 된 은 나노입자 박막의 파손 변형률 등 기계적 특성을 살펴보았다.
