Анализ морфологии поверхности поли-п-ксилиленовых покрытий, синтезированных из газовой фазы

• Автор: Стрельцов, Дмитрий Ростиславович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 199 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Синтез, структура и свойства поли-п-ксилилена
1.1. Методы синтеза поли-п-ксилилена
1.2. Синтез [2.2]парациклофаиа и его свойства
1.3. Структура п-ксилилена
1.4. Кинетика полимеризации п-ксилилена
1.5. Кристаллическая структура поли-п-ксилилена
1.6. Свойства поли-п-ксилилена
1.7. Области применения поли-п-ксилиленов
Глава 2. Модели роста поли-п-ксилиленовых покрытий
2.1. Введение
2.2. Модели, основанные на кинетике полимеризации
2.3. Модель, основанная на кинетике адсорбционных процессов
2.4. Модели начальных стадий роста поли-п-ксилиленовых пленок
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1. Синтез пленок поли-п-ксилилена методом газофазной полимеризации на поверхности
3.2. Измерение толщины пленок поли-п-ксилилена. Эллипсометрия
3.3. Атомно-силовая микроскопия
Глава 4. Морфология поверхности сплошных пленок поли-п-ксилилена
4.1. Параметризация случайно-шероховатых поверхностей
4.2. Самоаффинные поверхности

4.3. Экспериментальные методы определения скейлинговых коэф-
фициентов. Результаты исследования морфологии поверхности сплошных пленок поли-п-ксилилена
4.4. Континуальные и атомистические скейлинговые модели роста
тонких пленок в неравновесных условиях
4.5. Обсуждение результатов
Глава 5. Начальные стадии роста поли-п-ксилиленовых покрытий
5.1. Модели начальных стадий роста островковых пленок
5.2. Степень чистоты подложки в процессе газофазной полимеризации на поверхности
5.3. Островковая стадия роста на кремниевой подложке
5.4. Островковая стадия роста на сколе слюды
5.5. Стадия свободного роста островков
5.6. Регулирование морфологии тонких пленок поли-п-ксилилена
Выводы
Литература
Введение
Тонкие пленки с комплексом специальных физико-химических свойств находят широкое применение в различных областях науки и техники. В частности, интерес представляют полимерные покрытия, полученные осаждением на субстратах (подложках) из газовой фазы. К таким материалам относится и поли-п-ксилилен, который получают газофазной полимеризацией на поверхности (ГПП)1 [2.2]парациклофана (ПЦФ). При высоких температурах (600—650 °С) в вакууме происходит распад напряженного парациклофаново-го цикла и образуется высокореакционноспособный интермедиат — п-ксили-лен (ПК). Адсорбция п-ксилилена на подложках различной природы сопровождается полимеризацией в широком диапазоне температур и образованием поли-п-ксилиленового (ПИК) покрытия. Этот метод позволяет, во-первых, получить полимерные покрытия со строго контролируемой толщиной, высокой сплошностью и равномерностью нанесения на подложки со сложным рельефом поверхности и, во-вторых, является технологически совместимым с традиционными методами нанесения тонкопленочных покрытий, такими как молекулярно-пучковая эпитаксия, физическое и химическое осаждение из газовой фазы. Кроме того, сам поли-п-ксилилен обладает комплексом ценных физико-химических свойств.
Основной областью традиционного практического применения поли-п-ксилиленовых покрытий является защита различных изделий радиотехники и микроэлектроники (печатные платы, интегральные микросхемы, СВЧ-устрой-ства и др.). В последнее время растет интерес к использованию ППК в качестве диэлектрика с низкой диэлектрической проницаемостью, а также к нанокомпозитам на основе ППК, полученным совместным осаждением из газовой фазы паров мономера и атомов металла или полупроводника.
1 В англоязычной литературе используется термин Vapor Deposition Polymerization (VDP)

формируется покрытие.
Характерным размером, на котором изменяется локальное давление паров, может служить длина свободного пробега мономера в газовой фазе. При типичном давлении паров мономера в камере осаждения в несколько единиц миллиторр (10~3 мм рт. ст.) и сечении рассеяния, равном геометрическим размерам молекулы п-ксилилена, можно оценить длину пробега мономера, которая по порядку величины оказывается равной единицам сантиметров. Таким образом, распределение давления и температуры в реакторе характеризуется макроскопическими масштабами. Однако, в процессе ГПП физические и химические процессы происходят на значительно меньших масштабах. Таким образом, давление паров мономера вблизи поверхности подложки и ее температуру в процессе синтеза можно считать постоянными.
Известны несколько моделей формирования ППК покрытий из газовой фазы, которые описывают процесс осаждения мономера на подложку, полимеризацию мономера и предсказывают зависимости скорости роста пленки ППК и его молекулярной массы от давления паров ПК и температуры подложки. Эти модели можно разделить на несколько классов:
Модели основанные на кинетике реакции полимеризации и равновесных изотермах адсорбции:
• Первая из них была разработана Бичем {Beach) в 1978 году [29]. Для описания процесса адсорбции использовали изотерму Флори. Адсорбированный мономер мог диффундировать внутрь растущей пленки и, таким образом, реакция полимеризации протекала в тонком приповерхностном слое. В 2008 эта модель была расширена самим автором для описания начальных стадий роста ППК покрытий [37].
• Следующей модель была развита Гайнором (Gaynor) в 1997 году [64]. Для описания адсорбции мономера в ней использовали изотерму Ленг-