ΜΕΛΕΤΗ ΜΕΘΟΔΟΥ ΜΕΤΑΞΟΤΥΠΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΗΜΙΑΓΩΓΙΜΩΝ ΥΜΕΝΙΩΝ

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή εργασία με τίτλο «Μελέτη Μεθόδου Μεταξοτυπίας στην Εκτύπωση Ημιαγώγιμων Υμενίων» επικεντρώνεται στη μελέτη και ανάλυση της μεθόδου μεταξοτυπίας (screen printing) για την απόθεση ημιαγώγιμων υμενίων σε αγώγιμο γυαλί. Η έρευνα αποτελεί μια πειραματική μελέτη που αξιοποιεί ποσοτικά και ποιοτικά δεδομένα και παρατηρήσεις για την αξιολόγηση της μεθόδου μεταξοτυπίας, εστιάζοντας στην εκτύπωση τριών διαφορετικών υλικών: οξειδίου του Ζιρκονίου (ZrO₂), άνθρακα (Carbon) και διοξειδίου του Τιτανίου (TiO₂). Σκοπός της μελέτης αυτής είναι να εξεταστούν οι επιδράσεις των παραμέτρων εκτύπωσης στην ποιότητα των υμενίων και ο καθορισμός των βέλτιστων εξ’ αυτών. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στο αντικείμενο της μελέτης. Η μεταξοτυπία ως μέθοδος εκτύπωσης αναλύεται ως μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική με πλεονεκτήματα όπως η χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση και η μαζική παραγωγή, που την καθιστούν ιδανική για την εκτύπωση ημιαγώγιμων υμενίων. Το θεωρητικό υπόβαθρο περιλαμβάνει την ανάλυση των βασικών αρχών της μεταξοτυπίας και των εφαρμογών της σε ηλεκτρονικές διατάξεις, ενώ εξετάζονται και τα χαρακτηριστικά των ημιαγωγών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι διάφορες μέθοδοι εκτύπωσης ηλεκτρονικών διατάξεων. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην συγκριτική ανάλυση της μεταξοτυπίας με άλλες τεχνικές εκτύπωσης, όπως η εκτύπωση έγχυσης μελάνης (inkjet printing), η βαθυτυπία (gravure printing) και η φλεξογραφία (flexographic printing). Καθεμία από τις μεθόδους αυτές παρουσιάζει μοναδικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που σχετίζονται με την ταχύτητα παραγωγής, την ακρίβεια και το κόστος. Το τρίτο κεφάλαιο εστιάζει στην ανάλυση της μεθόδου μεταξοτυπίας, περιγράφοντας τη διαδικασία και τις επιδράσεις των 5 παραμέτρων εκτύπωσης, όπως η πίεση, η ταχύτητα και το μέγεθος του πλέγματος (mesh). Επιπλέον, εξηγούνται οι λόγοι για τους οποίους επιλέχθηκε η συγκεκριμένη μέθοδος για την εκτύπωση ημιαγώγιμων υμενίων, καθώς και τα πλεονεκτήματά της σε βιομηχανικές εφαρμογές. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία της πειραματικής διαδικασίας. Περιγράφεται το σύστημα μεταξοτυπίας και οι παράμετροι εκτύπωσης που χρησιμοποιήθηκαν, όπως η πίεση της σπάτουλας, η ταχύτητα εκτύπωσης και η θερμοκρασία του υποστρώματος. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε αγώγιμο γυαλί (FTO ή ITO), και τα υλικά επίστρωσης ήταν το οξείδιο του Ζιρκονίου (ZrO₂), ο άνθρακας (Carbon) και το διοξείδιο του Τιτανίου (TiO₂). Μετά την εκτύπωση, τα υμένια υποβλήθηκαν σε θερμική επεξεργασία, και αξιολογήθηκε η ποιότητά τους μέσω οπτικής μικροσκοπίας και ηλεκτρικών μετρήσεων. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων, όπου εξετάζονται οι επιδράσεις των παραμέτρων εκτύπωσης στην ποιότητα των υμενίων. Αναλύονται οι ιδιαιτερότητες κάθε υλικού και προτείνονται συγκεκριμένες βελτιώσεις για τη διαδικασία εκτύπωσης με τη μέθοδο της μεταξοτυπίας. Η ανάλυση της εργασίας αποκαλύπτει πως οι διάφορες παράμετροι εκτύπωσης, όπως η πίεση της σπάτουλας και η απόσταση του πλέγματος από το υπόστρωμα, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα των υμενίων. Τέλος, παρατίθενται τα συμπεράσματα που αφορούν το πείραμα που διεξήχθη και γίνονται προτάσεις για τη μελλοντική χρήση της μεθόδου σε ηλεκτρονικές εφαρμογές.

Abstract The present thesis, titled "Study of the Screen-Printing Method for the Deposition of Semiconducting Films", focuses on the study and analysis of the screen printing method for the deposition of semiconducting films on conductive glass. This research is an experimental study that uses quantitative and qualitative data and observations to evaluate the screen printing method, with a particular focus on the printing of three different materials: Zirconium Oxide (ZrO₂), Carbon, and Titanium Dioxide (TiO₂). The objective is to examine the effects of printing parameters on the quality of the films. In the first chapter of the thesis, an introduction to the study is presented. Screen printing is analyzed as a widely used technique with advantages such as low energy consumption and mass production method, which is ideal for printing semiconducting films. The theoretical background includes an analysis of the basic principles of screen printing and its applications in electronic devices, while a reference in the properties of semiconductors is made. In the second chapter, a series of printing methods for electronic devices is analyzed. Special emphasis is given to the comparative analysis of screen printing with other techniques, such as inkjet printing, gravure printing, and flexographic printing. Each of these methods presents unique advantages and disadvantages concerning production speed, accuracy, and cost. The third chapter focuses on the analysis of the screen-printing method, describing the process and the effects of printing parameters such as pressure, speed, and mesh size. Additionally, the reasons for selecting this specific method for printing semiconducting films are explained, along with its advantages in industrial applications. In the fourth chapter, the methodology of the experimental process is presented. The screen-printing system 7 and the printing parameters used, such as squeegee pressure, printing speed, and substrate temperature, are described. The experiments were conducted on conductive glass (FTO or ITO), and the coating materials used were Zirconium Oxide (ZrO₂), Carbon, and Titanium Dioxide (TiO₂). After printing, the films underwent thermal treatment, and their quality was evaluated through optical microscopy and electrical measurements. In the final chapter, the results of the experiments are presented, examining the effects of printing parameters on the quality of the films. The specific properties of each material are analyzed, and specific improvements to the screen printing process are proposed. The analysis of the thesis reveals that various printing parameters, such as squeegee pressure and the distance between the mesh and the substrate, play a crucial role in the quality of the films. Finally, the conclusions are summarized and future directions about the use of the method in electronic applications are proposed