Способ формирования пленок на основе полианилина
Использование: микроэлектроника, технология нанесения диэлектрических пленок на основе полианилина. Сущность изобретения: пленку наносят центрифугированием из раствора, дополнительно содержащего поливиниловый спирт при следующем соотношении по массе компонентов: полианилин : муравьиная кислота : поливиниловый спирт 1 : 40 : 0,2 - 1 : 40 : 1,7, а термообработку проводят при температуре 80 - 120oС. Способ позволяет получать тонкие пленки с высокой однородностью.
Изобретение относится к технологии производства электронной техники и касается нанесения активного диэлектрика на полупроводниковые подложки. В качестве активного диэлектрика обычно используют диоксид и нитрид кремния и другие материалы, которые выращивают из газовой фазы при высоких температурах (350-750оС), что может вызвать нежелательное перераспределение примесей из скрытого слоя в эпитаксиальный коллектор. Нанесенные из раствора методом центрифугирования полимерные пленки также применяются в качестве активного диэлектрика и имеют практически одинаковые электрофизические параметры с упомянутыми выше классическими диэлектриками, но нанесение проводят при комнатной температуре, что создает большие преимущества в технологии. В качестве полимеров используют поливинилпиридин, полимерные производные тетратиофульвалена и другие полимеры. В последнее время для этой цели предложено использовать полисопряженные проводящие полимеры, синтез и исследование которых интенсивно развиваются. Наиболее близким по своей технологической сущности и достигаемому эффекту является способ получения пленок толщиной 40-100 мкм на основе полианилина путем отливки на подложку из раствора в органическом растворителе, например в муравьиной кислоте, последующим испарением растворителя. Недостатком известного способа является трудность получения тонкой (до 1 мкм) пленки, однородной по толщине. Как показывают испытания этого способа при нанесении пленки из раствора полианилина в муравьиной кислоте даже с использованием метода центрифугирования образуются кометы радужные пятна, вытянутые от центра к краю подложки, которые указывают на неоднородность распределения полимерного материала по площади подложки. Целью изобретения является улучшение качества пленок за счет повышения однородности и снижения толщины. Сущность изобретения заключается в том, что пленку наносят на подложку из раствора, содержащего полианилин, муравьиную кислоту и поливиниловый спирт, в соотношении 1:40:0,2 1:40:1,7 мас. с последующей термообработкой при 80-120оС. Для этого в насыщенный раствор полианилина (30 г/л) в концентрированной муравьиной кислоте (99,7%) добавляют поливиниловый спирт в указанном соотношении. При отливке на подложке методом центрифугирования образуется однородная пленка, представляющая собой композиционный материал, состоящий из тонкой дисперсии полианилина в матрице из поливинилформиата. Последний образуется в результате этерификации поливинилового спирта муравьиной кислотой. На образование этого продукта указывает практически полное исчезновение полос валентных колебаний гидроксильных групп поливинилового спирта и муравьиной кислоты в широком диапазоне частот (2200-3600 см-1) при сохранении полосы валентных колебаний карбоксильной группы в радикале муравьиной кислоты (1730 см-1). В совокупности это указывает на образование сложноэфирной группировки со степенью формилирования, близкой к 0,95-1. Эту величину можно регулировать, вводя небольшое количество воды и изменяя тем самым физико-механические свойства пленки. Композиционный материал характеризуется массовым соотношением компонентов поливинилформиат:полианилин=2,9-0,34:1. При добавлении поливинилового спирта менее чем 0,2 ч. на 1 ч. полианилина трудно добиться однородности пленки и наблюдается образование комет. Верхний предел введения поливинилового спирта определяется его растворимостью в муравьиной кислоте (50 г/л). Образующийся поливинилформиат обладает хорошими пластифицирующими и стабилизирующими свойствами и улучшает однородность дисперсии полианилина в своей матрице. В качестве материала подложки можно использовать стекло и кремний с хорошо полированной поверхностью, а также любые другие материалы, устойчивые к действию муравьиной кислоты. Покрытия, полученные на кремнии, могут быть в дальнейшем использованы в изделиях микроэлектроники. Для ускорения сушилки и получения нерастворимых в воде покрытий изделия прогревают при 80-120оС в течение нескольких минут. При этом образуются поперечно связанные нерастворимые пленки. Верхняя граница температурного диапазона определяется устойчивостью поливинилового спирта и при более высоких температурах происходит деструкция с образованием темноокрашенных продуктов, вызывающих изменение проводимости пленки неконтролируемым образом. При более низких температурах затвердевание происходит медленно и пленка имеет более высокую гигроскопичность. Контроль качества нанесенной пленки может быть осуществлен тремя способами: выборочным измерением толщины по микрофотографиям, измерением проводимости в разных участках покрытия, измерением оптической плотности в видимой области на стеклах и в ИК-области на кремнии. Во всех случаях разброс измеряемых величин не превышал 10% П р и м е р 1. Полианилин получают окислением анилина персульфатом аммония в разбавленной соляной кислоте при пониженной температуре (около 0о). К 10 мл анилина, растворенного в 300 мл соляной кислоты (1 М), медленно добавляют раствор 34 г персульфата аммония в 76 мл воды. Выпавший осадок промывают, обрабатывают раствором аммиака (0,12 М), сушат в вакууме при 60-70оС. Полученный порошок полианилина-основания растворяют в концентрированной муравьиной кислоте (99,7% ). После удаления нерастворившейся части центрифугированием получают раствор полианилина концентрацией 30 г/л. Из этого раствора наносят пленки на подложки из стекла или кремния методом центрифугирования (5-7 тыс. об/мин). Полученные пленки имеют неравномерную толщину, что видно по образованию интерференционных "комет". При разбавлении муравьиной кислотой с целью получения более тонких и однородных пленок качество остается прежним и достичь улучшения не удается. П р и м е р 2. Все операции выполняют по примеру 1 с тем отличием, что в раствор полианилина в муравьиной кислоте вводят поливиниловый спирт в массовом соотношении к полианилину 0,25:1. После термообработки при 80оС пленка имеет однородную толщину и окраску. Толщина по измерениям на микрофотографиях составляет 0,7 мкм. П р и м е р 3. Операции выполняют по примеру 2, но поливиниловый спирт берут в соотношении к полианилину 1,7:1. После нанесения на подложку подвергают термообработке при 120оС в течение 10 мин. Пленка имеет однородную окраску и толщину 1 мкм. П р и м е р 4. Операции выполняют по примеру 2, но поливиниловый спирт вносят в соотношении к полианилину 0,1:1. Нанесенная пленка неоднородна и на ней видны интерференционные "кометы", направленные от центра к краям.
Формула изобретения
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ПОЛИАНИЛИНА, включающий нанесение пленки на подложку из раствора, содержащего полианилин и муравьиную кислоту, с последующей термообработкой, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества за счет повышения однородности и снижения толщины, пленку наносят центрифугированием из раствора, дополнительно содержащего поливиниловый спирт, при следующем соотношении по массе компонентов: полианилин : муравьиная кислота : поливиниловый спирт 1 : 40 : 0,2 - 1 : 40 : 1,7, а термообработку проводят при температуре 80 - 120oС.MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 28.07.2005
Извещение опубликовано: 20.07.2006 БИ: 20/2006
