Thạc Sĩ Nghiên cứu chế tạo thẻ nhận dạng sử dụng Ăng-ten sóng Radio bằng công nghệ Nano

GIỚI THIỆU

Các công nghệ ngày nay luôn hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưng nluôn được ưu tiên hàng đầu là khả năng không dây (wireless). Thiết bị không dây càng ngày càng phát triển rộng rãi làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn. Công nghệ RFID ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng trong môi trường tương tác hiện nay.
Khi một thẻ RFID được gắn vào một sản phẩm sẽ phát ra các tín hiệu vô tuyến cho biết sản phẩm ấy đang nằm ở chỗ nào, trên xe đẩy vào kho, trong kho lạnh hay trên xe đẩy của khách hàng. Do thiết bị này được nối kết trong mạng vi tính của cửa hàng nên nhờ vậy các nhân viên bán hàng có thể biết rõ sản phẩm ấy được sản xuất khi nào, tại nhà máy nào, màu sắc và kích cỡ của sản phẩm, để bảo quản sản phẩm tốt hơn thì phải lưu trữ nó ở nhiệt độ nào hoặc gắn thẻ RFID lên những động vật hoang dã để biết hành tung của chúng trong những khu rừng rậm rạp. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các ăng-ten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến. Với sự tiện lợi đó, các nước tiên tiến hiện nay đã và đang nghiên cứu những tính năng ưu việt của thẻ RFID. Hệ thống RFID không thể thiếu một bộ phận quan trọng, đó là ăng-ten trong các thiết bị thu phát, truyền tin. Nhất là với công nghệ kết nối không dây đang phát triển rất mạnh như hiện nay, ăng-ten đã có những thay đổi hết sức linh hoạt về phẩm chất, cấu trúc, kích thước nhằm thoả mãn tối đa nhu cầu của người sử dụng. Để chế tạo ăng-ten chúng tôi sẽ kim loại hóa chất dẻo (PET) để tiết kiệm được một lượng kim loại đáng kể, giá thành của PET rẻ hơn nhiều lần so với sản phẩm kim loại. Ngoài ra việc mạ điện trên PET còn làm giảm trọng lượng của sản phẩm cũng như bền với môi trường ăn mòn. Quy trình để tạo ăng-ten gồm 3 quy trình chính: đó là phún xạ (tạo lớp mỏng đồng để làm điện cực cho quá trình mạ điện), quang khắc (sử dụng ánh sáng để biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo hình dạng của ăng-ten), và cuối cùng là mạ điện (tạo hình dạng ăng-ten dày 10àm). Đối với ăng-ten có độ dày 10àm cho độ dẫn điện tốt, không bong tróc khi chịu tác dụng của lực lớn và có thể hàn được với thẻ RFID.
Chế tạo lớp đồng có bề dày 10àm trên đế PET bằng phương pháp phún xạ đòi hỏi thời gian rất lâu và rất tốn kém. Vì vậy, đề tài tập trung nghiên cứu quy trình mạ đồng bằng phương pháp mạ điện để ứng dụng trong chế tạo ăng-ten RFID. Những thuận lợi ban đầu của đề tài là: phương pháp mạ điện đã được nghiên cứu từ lâu, quy trình mạ điện đơn giản, các nguyên vật liệu cần thiết để mạ đồng có giá thành thấp. Vì thế sử dụng quy trình này để tạo lớp đồng dày
10àm vừa tiết kiệm lại ít tốn thời gian đồng thời có thể hướng đến sản xuất ở quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, quá trình mạ điện thông thường sẽ làm cho lớp đồng nhanh chóng bị oxi hóa sau khi lấy ra khỏi bể mạ, lớp đồng không đồng đều, không bóng như lớp đồng chế tạo bằng phương pháp phún xạ nên đòi hỏi phải nghiên cứu các chất phụ gia, các thông số và điều kiện mạ điện để tạo ra lớp đồng như mong muốn với độ bám dính tốt, bề dày đồng đều với điện trở thấp.
Trước tiên đề tài nghiên cứu việc mạ đồng lên đế PET đã được phún xạ mà chưa có hình dạng ăng-ten, diện tích 10cmx10cm để khảo sát bề dày, điện trở và độ bám dính Sau đó sẽ mạ đồng lên ăng-ten để so sánh và tìm ra điều kiện tốt nhất của quy trình mạ điện ứng dụng cho ăng-ten RFID. Ngoài phương pháp phún xạ - quang khắc – mạ điện mà đề tài nghiên cứu, phòng thí nghiệm Công nghệ Nano còn nghiên cứu một số quy trình khắc như in phun – mạ điện; in lụa – mạ điện; quang khắc – ăn mòn – mạ điện trong đề tài nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng: “Nghiên cứu chế tạo thẻ nhận dạng sử dụng Ăng-ten sóng Radio bằng công nghệ Nano” – chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Trần Thuật.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC BẢNG 6
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7
GIỚI THIỆU . 10
Chương 1: TỒNG QUAN . 12
1.1 TỔNG QUAN VỀ PHÚN XẠ 12
1.1.1 Phún xạ là gì? . 12
1.1.2.Cơ chế phún xạ catốt . 12
1.1.3.1. Phún xạ phóng điện một chiều (DC discharge sputtering) . 12
1.1.3.2. Phún xạ phóng điện xoay chiều (RF discharge sputtering) 14
1.1.3.3. Phún xạ magnetron 15
1.2 TỔNG QUAN QUANG KHẮC 16
1.2.1. Polymer cảm quang 16
1.2.1.1. Giới thiệu . 16
1.2.1.2. Ứng dụng . 17
1.2.2. Quang khắc 17
1.2.2.1. Khái niệm 17
1.2.2.2. Nguyên lý hệ quang khắc 17
1.2.3. Qui trình quang khắc 20
1.3. TỔNG QUAN MẠ ĐIỆN 27
1.3.1.Sự hình thành lớp mạ điện . 27
1.3.1.1. Khái niệm 27
1.3.1.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ 27
1.3.2. Định luật Faraday . 29
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạ . 29
1.3.2.1. Vật liệu nền và sự thoát hydro 29
1.3.2.2. Ảnh hưởng của bản chất kim loại nền . 30
1.3.2.3. Ảnh hưởng của sự thoát hydro và quá thế catốt 31
1.3.2.4. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch mạ 32
1.3.2.5. Mật độ dòng điện catốt . 35
1.3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ 36
1.3.2.7. Điều kiện xuất hiện tinh thể . 37
Chương 2 THỰC NGHIỆM . 38
2.1. QUY TRÌNH CHẾ TẠO ĂNG-TEN 38
2.1.1. Chuẩn bị đế 38
2.1.2. Phún xạ tạo màng đồng 39
2.1.3. Quá trình Lithography (quang khắc) . 40
2.1.3.1. Phủ Photoresist và sấy sơ bộ (Soft-Baking) 40
2.1.3.2. Quá trình phơi sáng (exposure) . 41
2.1.3.2. Quá trình tráng rửa 43
2.1.3.3. Quá trình ăn mòn . 43
2.1.4. Quá trình mạ điện 44
2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CHẾ TẠO
ĂNG-TEN 50
2.2.1. Khảo sát độ bám dính của mẫu . 50
2.2.2. Khảo sát hình thái bề mặt lớp màng: 51
2.2.3. Khảo sát kích thước bằng kính hiển vi quang học GX51 . 53
2.2.4. Khảo sát độ dày của màng bằng máy Dektak 6M Stylus Profiler
(Veeco) . 55
2.2.5. Khảo sát điện trở bằng thiết bị đầu dò 4 điểm . 57
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 60
3.1 ĐỘ BÁM DÍNH 60
3.1.1. Độ bám dính của lớp màng đồng với đế PET 60
3.1.2. Độ bám dính của ăng-ten với đế PET . 62
3.2. KHẢO SÁT BỀ MẶT MẪU: 62
3.2.1. Bề mặt mẫu với nồng độ bể mạ khác nhau . 62
3.2.2 Bề mặt mẫu với nhiệt độ khác nhau 65
3.3. KÍCH THƯỚC ĂNG-TEN 67
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỘ DÀY VÀ ĐIỆN TRỞ SUẤT . 69
3.4.1. Độ dày và điện trở suất của lớp màng đồng 69
3.4.2. Độ dày và điện trở suất của mẫu ăng-ten 72
3.4.3. Hiệu suất dòng điện . 77
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN . 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 803