Главная » 2014»Август»21 » Скачать Технология пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов для устройств микросистемной техники. Пасюта, Вячеслав Михайлович бесплатно
04:52
Скачать Технология пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов для устройств микросистемной техники. Пасюта, Вячеслав Михайлович бесплатно
Технология пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов для устройств микросистемной техники
Диссертация
Автор: Пасюта, Вячеслав Михайлович
Название: Технология пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов для устройств микросистемной техники
Справка: Пасюта, Вячеслав Михайлович. Технология пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов для устройств микросистемной техники : диссертация кандидата технических наук : 05.27.06 Санкт-Петербург, 2005 137 c. : 61 06-5/602
Объем: 137 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2005
Содержание:
Введение
Глава 1 Получение, свойства и применение пленок ЛБ ПИ
11 Свойства ПИ
12 Получение наноразмерных пленок ПИ с помощью метода ЛБ
121 Формирование пленок ЛБ преполимера ПИ: ленгмюровский монослой и его перенос на твердую подложку
122 Получение наноразмерных пленок ПИ — имидизация пленок ЛБ преполимера
13 Свойства и применение наноразмерных пленок ПИ, полученных с использованием метода ЛБ
131 Применение пленок ПИ в качестве ультратонких диэлектрических слоев
132 Получение проводящих углеродных ультратонких пленок путем пиролиза ПИ пленок
133 ПИ пленки как матрицы для записи информации
134 Газоразделительные мембраны, содержащие ПИ пленки
135 Использование ультратонких пленок ПИ для создания светоизлучающих приборов
136 Фотопроводящие наноразмерные пленки ПИ
137 Ультратонкие гетероэпитаксиальные пленки SiC
138 Применение пленок ПИ в качестве ориентирующих слоев для ЖК ячеек, антифрикционных покрытий (твердых смазок), матриц, содержащих функционально активные комплексы, и фоторезистов
Глава 2 Аппаратура, методы получения и исследования пленок ЛБ
21 Конструкции и требования к исполнительным и измерительным узлам установки ЛБ
22 Автоматический комплекс для получения наноразмерных пленок методом ЛБ, созданный в ЦМИД СПбГЭТУ
23 Материалы и подложки, используемые для получения ультратонких пленок
ПИ с применением технологии ЛБ
24 Методы исследования пленок ЛБ преполимера и пленок ПИ
Глава 3 Получение, структура и морфология пленок ЛБ преполимера жесткоцепного ПИ
31 Исследование ленгмюровских монослоев ПАК, ТА и соли ПАК: изотермы сжатия и кривые стабильности монослоя преполимера — соли ПАК
32 Формирование пленок ЛБ преполимера
33 Структура пленок ЛБ преполимера
34 Морфология пленок ЛБ преполимера
Глава 4 Получение, структура и морфология наноразмерных пленок жескоцепного ПИ
41 Наноразмерные пленки жесткоцепного ПИ, полученные методами термической и химической имидизации
42 Изменение структуры и морфологии пленок ЛБ перполимера в ходе термической имидизации
43 Особенности строения ультратонких пленок жесткоцепного ПИ полученных методом ЛБ
Глава 5 Применение наноразмерных пленок жесткоцепного ПИ
51 Применение наноразмерной пленки ПИ в структуре МТДП
52 Эффект стабилизации электретных свойств в структуре «S1O2-наноразмерная пленка ПИ»
53 Структура «наноразмерная пленка ПИ - неорганическая механическая мембрана» для устройств микросистемной техники
54 Применение наноразмерных пленок ПИ для формирования мультислойных органических газоразделительных мембран
55 Формирование матрицы наноразмерных ПИ мембран методом ЛБ
Введение:
Актуальность работы. Устойчивая тенденция к миниатюризации элементов электронной и микросистемной техники (МСТ) постоянно стимулирует поиск новых веществ и методов формирования ультратонких пленок и покрытий. Метод Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ), основанный на переносе монослоев дифильного органического вещества с поверхности жидкой фазы на твердую подложку, позволяет без значительных экономических затрат (не требует высоких температур и вакуумирования) формировать на поверхности твердого тела органические нанослоевые композиции различного функционального назначения. Уникальность метода ЛБ заключается в возможности послойно увеличивать толщину получаемой пленки, причем толщина одного слоя определяется размером молекулы используемого вещества.
Для практического применения наибольший интерес представляют пленки и покрытия, обладающие высокой термостабильностью, механической, химической и радиационной стойкостью. Среди органических веществ данным требованиям наиболее полно удовлетворяют термостойкие полимеры -полиимиды (ПИ). Пленки ПИ толщиной до нескольких микрон уже используются в различных устройствах МСТ: микронасосы, мембранные клапаны, микромеханические виброакустические преобразователи, микродатчики давления и потока. Метод ЛБ является основой способа, позволяющего получать ультратонкие пленки ПИ толщиной от единиц до сотен нанометров. В последнее время круг областей применения наноразмерных пленок ПИ постоянно расширяется. Введение в состав полимерной цепи ПИ различных функциональных групп позволяет перейти от традиционно диэлектрических пленок к пленкам, обладающим проводимостью, нелинейно-оптическими, люминесцентными и фотоэлектрическими свойствами. Кроме того, ультратонкие пленки ПИ могут быть использованы в МСТ в качестве антифрикционных и гидрофобизирующих покрытий.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из приоритетных направлений развития науки и технологий РФ — «Индустрия наносистем и материалов». Работа является актуальной в научном плане, т.к. направлена на исследование процессов, происходящих при формировании нанослоев высокомолекулярных органических веществ на различных подложках, и представляет практический интерес при решении задач по применению новых материалов и их нанокомпозиций для создания базовых конструктивных и функционально-активных элементов МСТ: мембран и покрытий со специальными свойствами. Результаты диссертационной работы могут быть использованы в рамках образовательного процесса по недавно открытому направлению подготовки кадров - «Нанотехнология».
Целью работы являлась разработка на основе метода Ленгмюра-Блоджетт технологии получения термостойких диэлектрических наноразмерных пленок жесткоцепных полиимидов и их применение для создания базовых конструкционных и функционально-активных элементов микросистемной техники.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Разработка и изготовление двухсекционной автоматизированной установки ЛБ с симметричным расположением двух сжимающих барьеров
2. Разработка технологии получения пленок ЛБ преполимера и технологии получения наноразмерных пленок ПИ путем термической и химической имидизации пленок ЛБ преполимера.
3. Исследование влияния условий формирования пленок ЛБ преполимера и ПИ на их структурные и морфологические характеристики.
4. Разработка методики получения наноразмерных полимерных мембран жесткоцепного ПИ на «полых» сетчатых подложках - матрицах.
5. Исследование электрических характеристик структур с использованием наноразмерных пленок ПИ.
6. Разработка методики формирования композиционной бислойной мембраны «неорганический материал - наноразмерная пленка ПИ» с уменьшенным значением внутреннего напряжения для микромеханических первичных преобразователей.
7. Разработка методики формирования композиционной газоселективной бислойной мембраны «нанопористая органическая мембрана — наноразмерная пленка ПИ», обладающей повышенным значением коэффициента разделения газов с близкими молекулярными массами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлено, что использование в качестве преполимера алкиламмонийной соли полиамидокислоты (ПАК) ДФ-оТД с двумя молекулами третичного амина (ТА) позволяет формировать на поверхности раздела «вода-воздух» стабильные монослои конденсированного типа, при осаждении которых на твердую подожку методом ЛБ формируются пленки Y-типа.
2. Установлено, что характер надмолекулярной организации пленок ЛБ преполимера и ПИ зависит от давления, создаваемого в монослое при получении пленки ЛБ преполимера, количества нанесенных на подложку слоев и способа проведения имидизации.
4. Экспериментально показана возможность формирования наноразмерных пленок ПИ на «полых» сетчатых матрицах - металлических подложках, с отношением толщины пленки к линейным размерам ячейки порядка 1:1000.
5. Обнаружены эффекты: 1) временной стабилизации заряда электрета в системе «Si02 - наноразмерная пленка ПИ»; 2) снижения внутреннего напряжения в бислойной мембране — «неорганический материал - наноразмерная пленка ПИ» микромеханического первичного преобразователя; 3) повышения коэффициента разделения близких по молекулярной массе газов азота и кислорода при использовании композиционной мембраны «полифиниленоксид — наноразмерная пленка ПИ».
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработан и изготовлен автоматизированный нанотехнологический комплекс, позволяющий получать на основе метода ЛБ моно- и мультислоевые органические композиции различного функционального назначения.
•О^-Ю^К*1), которая позволяет послойно увеличивать толщину пленки на твердой поверхности, причем толщина каждого слоя составляет 0,55-0,70 нм.
3. Разработана технология формирования матриц на основе наноразмерных полимерных пленок - мембран толщиной 70-130 нм из жесткоцепного ПИ, предназначенных для микромеханических преобразователей
4. Показано, что наноразмерные (1-4 нм) пленки ПИ обеспечивают получение электретов на основе структур «диоксид кремния — ПИ», не уступающих по стабильности электретного заряда композициям с покрытием из пленок политетрафторэтилена микронной толщины.
5. Разработан метод формирования бислойных мембран «неорганическая мембрана — наноразмерная пленка ПИ» для виброакустических микромеханических преобразователей, позволяющий управлять внутренним напряжением композиционной мембраны, при этом пленка ПИ может выполнять защитные и стабилизирующие электретный заряд функции.
6. Показано, что сформированная на поверхности газоселективной мембраны из полифениленоксида (ПФО) наноразмерная пленка ПИ позволяет достичь для такой композитной мембраны значения коэффициента разделения 8.5 для газов с близкими молекулярными массами - О2 и N2.
По результатам исследований получены два патента РФ: RU 2137250, H01L 21/208, 1999; RU 2193255, H01L 21/18, 2002.
Результаты работы использованы при выполнении:
• государственного контракта ТМП — ЦМИД-59 (1998-2000гг) в рамках ФЦНТП «Исследование и разработки по приоритетным направлениям науки и техники гражданского назначения» (подпрограмма «Технологии, машины и производства будущего»), проект «Интегрированные кластерные технологические микросистемы и микроинструмент»;
• проектов, выполняемых по заданию Министерства Образования
РФ: ЦМИД-65 (2001-2003гг) и ЦМИД-74 (2004г) «Исследование микро- и нанослоевых композиций широкозонных материалов неорганической и органической природы»;
• проекта МНТП «Электроника» Министерства Образования РФ ЭЛ/ЦМИД-68 (2002г) «Технология наноразмерных пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов»;
• хозяйственных договоров с организациями силовых ведомств РФ: ЦМИД-99 (2002-2004гг) «Исследование направлений и тенденций развития материаловедческого и технологического базисов, изготовление и проведение испытаний экспериментальных образцов изделий микросистемной техники», ЦМИД-102 (2003-2004гг) «Разработка унифицированных систем регистрации слабых аку сто вибрационных сигналов»; грантов РФФИ, коды проектов: № 00-03-32277 А, № 02-03-32683.
Имеются акты подтверждающие использование результатов диссертационной работы Пасюты В.М. в следующих областях: «Применение жесткоцепного полиимида ДФ-оТД в технологии Ленгмюра-Блоджетт» (Институт высокомолекулярных соединений РАН), «Технология формирования защитно-изолирующих нанослоев полиимидов на диоксиде кремния для электретных микрофонов» (ФГУП «Центр технологий микроэлектроники»), «Аппаратура и методика реализации лабораторной работы «Получение мономолекулярных слоев органических нерастворимых амфифильных веществ по технологии Ленгмюра-Блоджетт»» (Санкт-Петербургский Государственный электротехнический университет)
Научные положения, выносимые на защиту: 1. В формировании монослоя полиимидного преполимера алкилламмонийной соли ПАК ДФ-оТД, с двумя молекулами ТА на поверхности раздела «вода - воздух» основную роль играет взаимодействие между алифатическими цепями ТА, обуславливающее образование стабильного монослоя конденсированного типа с плотной укладкой полимерных цепей на поверхности воды.
2. Пленки ЛБ преполимера состоят из доменов, размер которых зависит от давления создаваемого в монослое при переносе его на твердую подложку и количества слоев в пленке, при этом цепи ТА образуют слои с плотной упаковкой алифатических цепей, ориентированных перпендикулярно подложке.
3. При проведении имидизации доменная структура пленок ЛБ преполимера сохраняется независимо от способа имидизации, однако пленки ПИ, полученные в результате термической обработки, обладают более высокой плотностью укладки полимерных цепей и меньшим значением шероховатости по сравнению с пленками, образовавшимися в результате химической обработки.
Автор выражает признательность научному руководителю профессору ЛучининуВ.В. и с.н.с. Голоудину С.И., а также Дунаеву А.Н. и Казак-Казакевичу А.З. за постоянное внимание, поддержку и помощь в работе. Автор благодарит Панова М.Ф. (проведение эллипсометрических исследований), Кудрявцева В.В., Склизкову В.П., Гофмана В.И. и Волкова А.Я. (моделирование, синтез и проведение имидизации преполимера жесткоцепного ПИ ДФ-оТД) Розанова В.В. (исследование полученных образцов пленок методом АСМ), Клечковскую В.В., Дембо К.А., Баклагину Ю.Г., Левина А.А. и Занавескину И.С. (проведение исследований методами рентгеновской малоугловой дифракции и рефлектометрии, а также методом электронной дифракции), Корлякова А.В. и Белых С.В. (измерения параметров механических мембран), Казадаеву Д. (измерения электретного потенциала), Полоцкую Г.А. (за предоставленные мембраны ПФО и проведение измерений параметров композитной газоселективной мембраны).
