Background: The development of marine electronic systems requires the introduction of miniature, reliable, and durable microelectronic components. A promising solution is the use of multilayer and two-dimensional materials in this environment, for example, graphene and transition metal dichalcogenides. When using these materials, the formation of stable electrical contacts must be ensured, which traditionally requires the use of complex and expensive technological processes.
Aim: This work aims to study the physico-chemical foundations and experimental capabilities of direct-write printing technology for forming electrical contacts on multilayer materials used in marine electronic systems.
Methods: Direct-write printing technology with silver-containing ink was used. Printing was performed on substrates with graphene and similar coatings. The conditions for wetting and annealing were examined, and the electrical properties of the contacts were investigated. Theoretical modeling of contact processes based on existing models and software was also carried out.
Results: Direct-write printing enables the creation of ohmic contacts with linear current-voltage characteristics, bypassing the stages of standard contact formation processes. The possibility of creating stable contacts at annealing temperatures of up to 150 °C was established. According to the results of theoretical modeling, it was revealed: 1) a reduction in resistance, and 2) excellent compatibility of silver-containing ink with graphene structures.
Conclusion: Direct-write printing is a technologically simple and cost-effective method for forming electrical contacts on multilayer materials, making it promising for the development of sensor, switching, and measurement modules in marine electronics. The obtained results confirm the feasibility of implementing maskless additive fabrication techniques in shipbuilding engineering practice and in the educational programs of technical universities.
Актуальность. Для развития судовых электронных систем требуется введение в эксплуатацию миниатюрных, надёжных и долговечных элементов микроэлектроники. Перспективным решением проблемы является использование в этой среде многослойных и двухмерных материалов, например графена и дихалькогенидов переходных металлов. При этом при использовании этих материалов должно быть обеспечено формирование стабильных электроконтактов, традиционно требующее применения сложных и дорогостоящих технологических процессов.
Цель. Изучение физико-химических основ и экспериментальных возможностей технологии прямой печати для формирования электроконтактов на многослойных материалах, применяемых в судовых электронных системах.
Методы. Применяли технологии прямой печати чернилами с содержанием серебра. Печать проходила на подложках с графеновыми и подобными покрытиями. Рассмотрены условия для смачивания и отжига и исследованы электрические свойства контактов. Также проведено теоретическое моделирование контактных процессов на базе существующих моделей и программного обеспечения.
Результаты. Прямая печать даёт возможность создания омических контактов с линейной вольт-амперной характеристикой, минуя этапы стандартных процессов формирования контактов. Установлена возможность создания стабильных соединений при температурах отжига вплоть до 150 °C. По результатам теоретического моделирования было выявлено: 1) снижение сопротивления; 2) отличная совместимость чернил с содержанием серебра с графеновыми структурами.
Заключение. Прямая печать — технологически простой и экономически эффективный метод формирования контактов на многослойных материалах, что делает её перспективной для создания сенсорных, коммутационных и измерительных узлов судовой электроники. Полученные результаты подтверждают целесообразность внедрения безлитографических аддитивных методов в инженерную практику кораблестроения и образовательные программы технических вузов.