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4-2-1 以奈米小球遮罩製作指叉狀結構

實驗構想:

於有機層 P3HT 上塗佈一層 PS 奈米小球,使其均勻分布後,利用其當作 RIE 蝕刻 之遮罩,蝕刻出指狀結構,再以 PCBM 塗佈於 P3HT 之指狀結構上,將之製作成元件,

流程構想如圖 33。

圖 33 以奈米小球製作指叉狀結構構想流程圖

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ITO/PEDOT:PSS/P3HT/PS 球 實驗條件:

ITO 表面處理

 UV-Ozone,15min PEDOT:PSS

 型號:AI4083

 成膜:spin,2000rpm,40s

 退火:200°C,15min,大氣

 膜厚:約 40nm P3HT

 溶液配製:1.5wt%溶於 Chlorobenzene

 成膜:spin,5000rpm,40s

 Rinse:spin,by Xylene,7000rpm,30s PS

 型號:負電 200nm

 溶液配製:0.4wt%溶於乙醇

 塗佈:浸泡小球溶液 60s,以乙醇沖洗表面,浸泡沸騰之異丙醇(220°C)10s,以 壓力為 25kg/cm2氮氣槍平行於表面吹乾。

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實驗結果:

電子顯微鏡拍攝如圖 34

圖 34 小球分佈之 SEM 影像 結果討論:

可以成功塗佈小球於 P3HT 有機層,但若需達到指叉狀結構之效果,須提高小球分佈的 密度,而此次實驗分布不密集之原因可能為吹拂氮氣時,氣體壓力過大,將未附著之小 球吹離,或是以乙醇、異丙醇沖洗過程中,操作過程中施力過猛,造成尚未付著之小球 被沖刷掉,因此,往後將把壓力降低,並注意沖洗的順暢性,再嘗試以 RIE 進行蝕刻。

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實驗二:以 RIE 蝕刻之膜厚測試 實驗動機:

為了於 RIE 蝕刻能精準掌握 RIE 向下蝕刻之深度,因此預計以不同條件蝕刻 P3HT 表面,

探討其蝕刻之厚度。

實驗結構:

ITO/PEDOT/P3HT→RIE 蝕刻

實驗條件:

ITO 表面處理

 UV-Ozone,15min PEDOT:PSS

 型號:AI4083

 成膜:spin,2000rpm,40s

 退火:200°C,15min,大氣

 膜厚:約 40nm P3HT

 溶液配製:(1)4.5wt%溶於 Chlorobenzene;(2) 2.5wt%溶於 Chlorobenzene

 成膜:spin,(1)1000rpm,40s;(2)550rpm,40s

 Rinse:spin,by Xylene,7000rpm,30s RIE 蝕刻

 瓦數&時間:(1)30W,1min/5min /15min;(2)50W,3min/4min/5min

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實驗結果:

表格 4-1

PEDOT 2000rpm 40s

40nm

表格 4-2

P3HT@CB 4.5% 1000rpm 40s

No rinse 450~500nm Rinse by Xylene 420~450nm Rinse + RIE 30W 1min 380~400nm Rinse + RIE 30W 5min 340nm

Rinse + RIE 30W 15min 110~140nm 內外不均勻

表格 4-3

P3HT@CB 2.5% 550rpm 40s Rinse by Xylene 250nm

Rinse + RIE 50W 3min 125nm

Rinse + RIE 50W 4min 90~100nm 內外不均勻

Rinse + RIE 50W 5min 70nm 結果討論:

由以上可看出以 2.5wt%之溶液 550rpm,40s 之條件搭配 RIE50W,5min 結果為近乎蝕 刻穿透至 PEDOT 層,因此未來將以此條件調變蝕刻厚度。

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實驗三:利用小球當作遮照以 RIE 蝕刻之測試 實驗結構:

ITO/PEDOT/P3HT/PS 球→RIE 蝕刻(→撕球)

實驗條件:

ITO 表面處理

 UV-Ozone,15min PEDOT:PSS

 型號:AI4083

 成膜:spin,2000rpm,40s

 退火:200°C,15min,大氣

 膜厚:約 40nm P3HT

 溶液配製:(1)1.5wt%溶於 Chlorobenzene;(2) 2.5wt%溶於 Chlorobenzene

 成膜:spin,(1)5000rpm,40s;(2) 600rpm,40s

 Rinse:spin,by Xylene,7000rpm,30s PS

 型號:負電 200nm

 溶液配製:0.4wt%溶於乙醇

 塗佈:浸泡小球溶液 60s,以乙醇沖洗表面,浸泡沸騰之異丙醇(220°C)10s,以 壓力為 20kg/cm2氮氣槍平行於表面吹乾。

RIE 蝕刻

 瓦數&時間:(1)30W,1min;(2)50W,1min/2min/3min/4min

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實驗結果:

表格 4-4

未撕球之結果 1.5%wt,5000rpm,40s;

RIE 30W,1min;

未撕球

結果:P3HT 層確實有被蝕刻,而小球有 微微變形。

2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,1min;

未撕球

結果:P3HT 層確實有被蝕刻,而小球變 形程度較大。

2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,2min;

未撕球

結果:小球出現熔解狀包覆

2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,3min;

未撕球

結果:小球出現熔解狀包覆,P3HT 層有 粗糙的表面

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2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,4min;

未撕球

結果:小球出現熔解狀包覆

撕球後結果 2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,2min;

撕球後

結果:P3HT 柱狀結構一起被撕起

2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,3min;

撕球後

結果:P3HT 柱狀結構一起被撕起

2.5%wt,600rpm,40s;

RIE 50W,4min;

撕球後

結果:P3HT 柱狀結構一起被撕起

結果討論:

小球經由 RIE 蝕刻以後會產生變形甚至熔解,而因為小球變形包覆住 P3HT 柱狀結構,

因此撕球以後,柱狀結構將會一起剝落。因此,以小球作為 RIE 蝕刻之遮罩可判定不太 適合。

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