Исследование воздействия синхротронного излучения на толстые слои полименых материалов в процессах формирования микроструктур с высоким аспектным отношением

• Автор: Назьмов, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 180 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Характеристики воздействия ионизирующего излучения на
вещество
1.2. Радиационные физико-химические процессы в полимерах
1.2.1. Полиметилметакрилат
1.2.2. Полиэтилентерефталат
1.2.3. Политетрафторэтилен
1.3. Исследование радиационного травления и абляции
полимеров
1.3.1. Полиметилметакрилат
1.3.2. Политетрафторэтилен
1.4. Особенности воздействия синхротронного излучения на
полимерные материалы
1.5. Процессы рентгенолитографии в слоях
полиметилметакрилата
1.5.1. Тонкие слои
1.5.2. Толстые слои
1.6. Моделирование процессов рентгенолитографии
1.6.1. Моделирование облучения
1.6.2. Моделирование профиля микроструктур
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исследуемые полимерные материалы
2.2. Методики и режимы формирования структур в полимерных
материалах
2.2.1. Экспонирование синхротронным излучением
2.2.2. Растворение
2.3. Методы исследования облученных полимерных материалов
и процессов формирования микроструктур

Оптическая, интерференционная и электронная сканирующая
микроскопия
ИК спектроскопия
Измерение аномального рассеяния рентгеновских лучей
Метод гель-проникающей хроматографии
Методика Бециуса для определение температуры плавления
Измерение температуры полимеров в процессе облучения
Измерение теплопроводности
ЭПР спектроскопия
Изменение потери массы взвешиванием
Измерение мощности СИ
Программное обеспечение
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Расчетные и экспериментальные характеристики мощности
СИ, поглощенного в полимерах
Методика расчета плотности дозы поглощенного СИ в толстых
слоях полимерных материалов
Расчет распределения поглощенной мощности в толстых слоях
полимеров
Спектральное распределение поглощенной мощности
Угловое распределение поглощенной мощности
Распределение поглощенной мощности СИ вглубь полимера
Контраст поглотителя рентгеновской маски
Экспериментальное определение мощности СИ
Изучение радиационно-индуцированного температурного
поля в полимерах в процессе облучения СИ
Измерение радиационно-индуцированной температуры
Расчет распределения температуры в толстом слое полимера
Исследование физико-химических свойств облученных
полимерных слоев
ИК спектроскопия поглощения
3.3.2. Аномальное рассеяние рентгеновского излучения
3.3.3. Молекулярная масса и общий радиационный выход
3.3.4. Концентрация парамагнитных центров
3.3.5. Температура плавления
3.3.6. Теплопроводность
3.3.7. Морфология поверхности
3.4. Исследование абляции толстых слоев полимеров
3.4.1. Экспериментальное изучение абляции ПММА
3.4.2. Экспериментальное изучение абляции ПТФЭ
3.4.3. Физико-химическая модель абляции ПТФЭ
3.5. Изучение рентгенолитографических процессов
формирования глубоких микроструктур
3.5.1. Характеристические зависимости скорости растворения
полимеров от удельной дозы поглощенного излучения
3.5.2. Глубина растворения полимеров
3.5.3. Временная и концентрационная зависимость скорости
растворения ПЭТФ
3.5.4. Физико-химическая модель растворения облученных пленок
ПЭТФ
3.6. Моделирование профиля глубоких микроструктур с высоким
аспектным отношением
3.6.1. Математическая модель
3.6.2. Результаты численного анализа
3.7. Примеры изготовленных микроструктур с высоким аспектным отношением в полимерных материалах и их
применение
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Установлено экспериментально, что уравнение Чарльзби (1.14) не выполняется при малой плотности поглощенных электронов в единице объема ПММА [93]. В этом случае деструкция протекает неравномерно по поверхности образца, так как необходимое для равномерного превращения полимера перекрывание треков электронов отсутствует. Для устранения несоответствия в уравнение Чарльзби предложено наряду с практической чувствительностью Ц.р (минимальная доза, при которой в фиксированных условиях обеспечивается полное удаление полимерной пленки) ввести макроскопическую чувствительность Z)sm (минимальная доза, вызывающая заметное изменение скорости растворения полимера). Показано, что можно достигнуть согласия теории с экспериментальном, если в уравнение (1.14) вместо D подставлять разность (D-Dsm), где Dsm = 1,985-1013 электрон/см-2. Тогда расхождения эксперимента и теории устраняются, а количество разрывов на 100 эВ С, = 2,6. При такой дозе поглощенного излучения в каждой макромолекуле происходит ~3,3 разрыва главной полимерной цепи, тогда эффект облучения становится заметным [94].
Скорость растворения облученного синхротронным излучением ПММА исследована в работе [95]. Авторами предложена следующая зависимость скорости растворения ПММА от дозы поглощенного излучения :
V=B-D*, (1.15)
где А и В - эмпирические параметры. А = 1,45 для МИБК и А=2,5 для МИБК : ИПС 1 :2.
Для пленок ПММА толщиной в 2-4 монослоя существенным становится сенсибилизирующее воздействие подложки. Основной причиной этого отличия по сравнению с более толстым слоем ПММА является эффективная передача в полимер энергии, поглощаемой поверхностным слоем подложки, высокий выход поверхностно-активных центров и их участие в радиолизе [96]. Так, например, молекулярная масса нанесенных на поверхность аэросила тонких полимерных слоев уменьшается с ростом удельной дозы поглощенного излучения приблизительно в 2 раза быстрее, чем в блоке. При этом радиационно-химический выход разрывов главных цепей ПММА в тонких пленках выше почти в 4 раза, чем в блоке.