高度稳定的钼/铝（Mo/Al）双层电极已被证明是用于可拉伸电子产品的最有前景的材料之一。蛇形Mo/Al双层电极伸长率高达220%，并且伸长后电阻没有显著变化。在纯铝电极中，铝会渗透到聚酰亚胺（PI）中，因为它与PI具有高化学反应性。可以通过在Al铝层下方插入Mo（钼）来克服，从而阻止Al和PI之间的反应，并能够形成坚固且高导电的可拉伸电极。利用所提出的双层电极，实现了即使伸长高达220%也能工作的可拉伸薄膜晶体管阵列。制造的设备在高度拉伸的条件下表现出非常稳定的设备性能。

可拉伸电子产品具有自由形状因素，并且由于其新颖的功能而引起了越来越多的关注，这是传统刚性材料无法提供的。目前已经开发了几种类型的显示器和可拉伸传感器，以及许多身体可连接和可穿戴设备。然而，它们的电气性能较差，而且材料选择有限。此外，这些设备中的大多数与大规模生产制造工艺不兼容。

(资料图)

在这方面，由刚性岛和蛇形互连器（聚酰亚胺（PI）和金属的组合）组成的混合系统可以成为满足可拉伸电子产品的电气和机械要求的良好候选者。该系统还显示出良好的可见性，因为它在拉伸条件下具有稳定的像素尺寸，并与当前的制造工艺兼容，因此与其他方法相比，有源区可以更容易地钝化。因此，对混合系统和蛇形互连器进行了广泛的研究。

由于不可能在混合系统中拉伸刚性岛，因此必须开发可高度拉伸的电极。蛇形电极的高电阻在混合系统中也是一个问题，因为波浪形互连的长度相对较长，难以实现系统的可拉伸性。因此，有必要开发一种具有高拉伸性和稳定性的低电阻互连器。为了满足这些标准，研究了具有低杨氏模量的材料如：Au（金）、Ag（银）和Cu（铜）。然而，由于其带来的污染问题，Au不适合用于半导体工艺。此外，Ag和Cu的蚀刻工艺困难，阻碍了精细图案的形成。为此，Al已被用作金属层，因为它适用于半导体工艺并且可以被蚀刻。然而，Al和PI之间的高化学反应性阻碍了可拉伸电极的制造。

此文论述了基于具有低电阻和高拉伸性的钼/铝（Mo/Al）双层的高度稳定的可拉伸电极。插入Al层下方的Mo薄膜通过阻止Al和PI之间的反应解决了与Al/PI界面相关的问题，从而能够形成可高度拉伸的电极。此外，基于所提出电极的氧化物薄膜晶体管（TFT）阵列显示在超过200%的伸长率下稳定运行。

蛇形电极的基本结构如图1所示。马蹄铁的半径为40µm，而金属和PI的线宽分别为10µm和20µm。2µm厚度的顶部和底部PI薄膜通过旋涂和烘烤形成。考虑到TFT工艺，低温固化材料用于顶部PI层。然后将350nm厚的金属层放置在PI膜内。通过使用氧化铟锡作为蚀刻硬掩模（HM）的干法蚀刻对双层PI膜进行图案化。电极形成后，通过激光剥离（LLO）工艺将电极图案转移到拾取膜上。在此过程中，激光照射在基板的背面，蚀刻掉靠近基板界面的一小部分PI，从而将图案从基板上剥离。在主要模式的LLO之前，进行了激光功率测试。在110～200mJ/cm2不同功率的激光照射下，采用最佳条件进行可拉伸电极LLO工艺，如图2所示。可拉伸电极的整体工艺流程如图3所示。

图1 蛇形电极基本结构图

图2 LLO工艺的晶圆、激光辐照测试及可拉伸电极图案的剥离过程图

图3 可拉伸电极的制造工艺流程

钼被用作对照组的金属层，实验组使用具有较低杨氏模量和薄层电阻的铝以获得更稳定的蛇形线。

本研究包含Mo/Al双层方案的高度稳定的可拉伸电极在可拉伸电子学中的潜在应用。Mo/Al双层蛇形电极表现出低电阻和优异的机械性能。Mo薄膜的插入解决了Al和PI之间的固有问题，允许制造高度稳定的可拉伸电极，可以拉伸超过200%。使用这种电极技术，制造了可拉伸的氧化物TFT阵列。即使拉伸超过200%，系统仍保持稳定，并且设备参数保持不变。Mo/Al双层格式可以使用标准流程快速实现商业化。这项工作将作为使可伸缩电子产品变为现实的重要基础技术。

图文来源：Journal of Information Display

https://doi.org/10.1080/15980316.2022.2163313

原标题：Highly stable Mo/Al bilayer electrode for stretchable electronics

原作者：Ji Hun Choi，Chan Woo Park，Bock Soon Na，Jong-Heon Yang，Jeho Na，Jae-EunPi，Hee-Ok Kim，Chi-Sun Hwang and Seunghyup Yoo