Solution-based direct metal printing methods without conventional microfabrication processes
are drawing a significant attention as the next generation manufacturing processes for low-cost
electronics applications. Gold or silver nanoparticles with size from a few to tens of nanometers are
typically used as the materials of metal nanoparticle-based ink solutions for the printed flexible electronics
fabrication process. In this master`s thesis, we present four methods to improve reliability of
silver nanoparticle thin film. First, we investigated the adhesion characteristics by double cantilever
beam (DCB) test of silver nanoparticle thin film on the silicon substrate. Basing on the results of DCB
test of fracture mechanics, using SEM, AFM, XPS and other analytical equipment, we can propose a
bridging mechanism of improving the reliability of the nanoparticle thin film. Second, we made nanocomposite
by adding nanowires into nanoparticle thin film like rebar in a concrete. From the research
results, there were almost no micro-cracks that formed in the existing thin film, and even there were
cracks, nanowires were bridging between the cracks maintaining electrical and mechanical properties.
The third solution is the effects of UV-Ozone treatment decomposing the organics of nanoparticles
surrounded by organic shells. By removing the organics shells that block self-cohesion within the nanoparticles,
higher reliability was obtained for more nanoparticles were induced to contact each other
intimately. In addition, nanocomposite and UV-Ozone treatment measured the resistance of the thin
film on the polymer substrate under tensile. Lastly, evaluating the characteristics that porous nanoparticle
thin film will be sensitive to moisture is the solution. Through the subcritical test, an effect of
moisture was forming crack growths and nanoparticle resistance to moisture was investigated.
본 학위논문에서는 은 나노파티클 박막의 신뢰성을 향상시키는 방법으로 네 가지 방법을
제시하였다. 첫 번째는 어닐링을 이용하여 은 나노파티클 박막과 실리콘 기판 간의 접합
에너지를 향상 시키는 방법으로 다양한 어닐링 조건에서 실험을 실시하였다. Double Cantilever
Beam(DCB) 테스트를 통해 최적의 조건을 조사하였으며 이를 SEM, AFM, XPS 를 이용하여 분석
함으로써 유기 잔여물을 이용한 브리징 메카니즘을 제시하였다. 두 번째 방법에서는 콘크리트에
철근을 넣듯 은 나노파티클 박막에 나노와이어를 섞어 강화시키는 방법이다. 본 연구 결과에서는
나노와이어를 이용하여 크랙이 거의 없는 박막을 만들 수 있었으며, 심지어 크랙이 생긴
경우에도 브리징을 통해 진전을 방해함으로써 박막의 기계 그리고 전기적인 신뢰성을 확보하는
결과를 얻었다. 세 번째 방법은 UV-Ozone 처리를 통해 나노파티클들의 표면을 감싸고 있는
유기물을 분해 함으로써 좀 더 긴밀한 접촉을 하게 만들 수 있는 방법이다. 시간과 온도를
파라미터로 한 연구의 결과로 150℃, 20 분에서 긴밀히 압축된 은 나노파티클 박막을 얻을 수
있었고 이때 예상되는 메카니즘을 제시하였다. 나노컴파짓과 UV-Ozone 처리를 이용한
방법에서는 신뢰성 평가방법으로 실시간으로 저항을 측정하면서 인장테스트를 실시하였다.
마지막은 나노파티클 박막의 환경에 대한 영향을 평가하고 이에 대해 보완할 수 있는 Sol-gel
캡슐화 방법이다. 본래 다공성인 특성으로 습기에 큰 영향을 받을 것이라 예상되는 나노파티클
박막을 Subcritical 테스트를 통해 정량적으로 평가하였고 어닐링이 된 박막이 습기에 대한
저항하는 정도 또한 조사하였다. 그리고 습기에 대한 영향을 줄일 수 있는 방법으로 Solgel
캡슐화 방법을 제시하였다.
