Технология наноразмерных пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов

С.И.Голоудина ¹⁾, В.М.Пасюта ¹⁾, М.Ф.Панов ¹⁾, А.З.Казак-Казакевич ¹⁾, В.П.Склизкова ²⁾, И.В.Гофман ²⁾, В.В.Кудрявцев ²⁾, В.В.Розанов ³⁾, А.О.Голубок ³⁾, В.В.Клечковская ⁴⁾

( ¹⁾ Санкт-Петербургский Государственный электротехнический университет

²⁾ Институт высокомолекулярных соединений РАН

³⁾ Институт аналитического приборостроения РАН

⁴⁾ Институт кристаллографии РАН)

Уникальность метода Ленгмюра-Блоджетт заключается в возможности послойно увеличивать толщину пленки формирующуюся на твердой поверхности, причем толщина каждого слоя определяется размерами молекулы используемого органического вещества и для полиимидов составляет 0,4-0,6нм. Использование жесткоцепных ПИ обусловлено тем, что они обладают максимальной термостабильностью (до 560°С) и малым значением коэффициента температурного расширения (~0,5×10^-5 К^-1) по сравнению с прочими полимерными материалами. Жесткоцепные ПИ обладают высокой механической прочностью, химической и радиационной стойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами.

Пленки Ленгмюра-Блоджетт (ПЛБ) жесткоцепных полиимидов (ПИ), как диэлектрики, перспективны для использования в микро- и наноэлектронике. Однако до сих пор высокий уровень дефектности ПЛБ ПИ препятствует их практическому применению.

Целью работы было изучение влияния условий формирования преполимера и способа имидизации (термической и химической) на морфологию, структурную упорядоченность и оптические свойства ПЛБ преполимера и полиимида.

Для получения ПЛБ ПИ был использован следующий подход. Сначала методом Ленгмюра-Блоджетт [1] на твердую подложку наносили пленку полиимидного преполимера, затем проводили термическую или химическую имидизацию полученной пленки.

Преполимером служила амфифильная соль жесткоцепной полиамидокислоты ДФ-оТД (соль ПАК), для получения которой использовался третичный амин с мультицепями - O', O', O" – тригексадеканоилтриэтаноламин [2].

Установлено, что соль ПАК образует на поверхности воды стабильные монослои конденсированного типа. Монослои переносились на подложки кремния при давлении в монослое 30 и 35 мН/м. Перенос проходил по Y-типу. Полученные ПЛБ соли ПАК содержали 29 слоев.

Межплоскостное расстояние в пленке, определенное по данным малоуглового рентгеновского рассеяния, составило 5,49 нм, что указывает на образование Y-структуры в пленке.

Атомно-силовой микроскопией выявлены отличия морфологии ПЛБ соли ПАК, образованных при разных поверхностных давлениях в монослое, и ПЛБ ПИ полученных путем химической и термической имидизации ПЛБ соли ПАК.

Методом отражательной эллипсометрии определено, что после имидизации толщина ПЛБ соли ПАК (94 нм) уменьшается до 21 нм в случае химической имидизации и до 16 нм в случае термической имидизации. Показатель преломления ПЛБ соли ПАК и ПИ после химической и термической имидизации составил соответственно 1,53, 1,61, 1,71. Расчеты толщины и коэффициента преломления ПЛБ проводились в рамках однослойной модели методом Холмса.

Толщина одного слоя ПЛБ ПИ, рассчитанная по данным эллипсометрических измерений, составила для термически имидизованной пленки 0,55 нм, что хорошо согласуется с литературными данными, а для химически имидизованной – 0,72 нм.

Методом дифракции электронов высоких энергий показано, что увеличение поверхностного давления в монослое при переносе приводит к формированию более упорядоченной структуры.

Наиболее упорядоченные пленки формировались при давлении 35 мН /м и после термической имидизации.

Работа выполнена в рамках проекта подпрограммы "Электроника". Код – 208.06.01.053

1.Пасюта В.М., Голоудина С.И. Комплекс для получения моно- и мультислойных органических нанокомпозиций на основе метода Ленгмюра-Блоджетт. Петербургский журнал электроники, 2001, №4, с. 71-78.

2.Кудрявцев В.В., Склизкова В.П., Казак-Казакевич А.З., Баклагина Ю.Г., Сазанов Ю.Н., Костерева Т.А., Волков А.Я., Степина Н.Д., Клечковская В.В, Беляев В.В., Фейгин Л.А. Особенности процессов иммидизации амфифильных солей жесткоцепных полиамидокислот и структура пленок Ленгмюра-Блоджетт на их основе. Высокомолекулярные соединения, 2001, т.43, №7, с.1-10.

С.И.Голоудина, В.М.Пасюта, М.Ф.Панов, А.З.Казак-Казакевич, В.П.Склизкова, И.В.Гофман, В.В.Кудрявцев, В.В.Розанов, А.О.Голубок, В.В.Клечковская. Технология наноразмерных пленок Ленгмюра-Блоджетт жесткоцепных полиимидов // IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2002». Зеленоград, МИЭТ, 19 – 21 ноября, 2002г., с. 34-35

назад | главная страница