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聚对二甲苯的沉积过程和特性详解

2020-12-01 10:49
纳米防水
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聚对二甲苯保形涂料具有许多吸引人的特性,可广泛用于各种应用中。它们的低介电性能,高机械强度,透明度,生物相容性,对所有常见酸,碱和有机溶剂的化学惰性,低水/气渗透性和热性能使它们在许多行业中广受欢迎。同样,厚度大于0.1μm的无针孔的聚对二甲苯保形涂层也是可能的,并且已有报道[1] 。因此,了解它们的沉积过程和特性很重要。

聚对二甲苯保形涂层是使用Gorham化学气相沉积(CVD)工艺在真空下沉积的。如图所示,聚对二甲苯的(CVD)工艺分为三个步骤(升华,热解,沉积)。首先,将二聚体(具有两个重复单元的前体)升华。下一步,在高于> 500°C的温度下通过热解将二聚体裂解为两种单体。最后,单体在基材表面(以及腔室表面)上聚合,形成线性聚合物链。最后一步在室温下进行,得到无应力的保形涂层。

聚对二甲苯(Parylene N-C 16 H 16)的聚合路线

影响聚对二甲苯沉积速率和厚度的因素:

涂覆过程中聚对二甲苯保形涂层的沉积速率和压力控制着最终薄膜的均匀性和表面粗糙度。据报道,高压和高沉积速率会产生粗糙且不均匀的薄膜涂层,其介电性能较差[1] 。Jui-Mei Hsu等人报道,较高的前体升华速率会导致沉积速率从0.015至0.08 g / min的均方根表面粗糙度从5.78至9.53 nm略高[2] 。因此,选择沉积速率时必须格外小心,这反过来会影响聚对二甲苯的沉积速度。

根据Franz Selbmann等人的公式。(1)和(2)表明,聚对二甲苯厚度s和沉积持续时间t随着二聚体质量(使用的二聚体的量)的增加而分别增加约0.45μm/ g和10.80min / g。他们研究了1.1 g至10 g之间的二聚体质量,发现了相关性。所有沉积均在

130°C升华温度和自生压力<5.5 Pa。

s = 0.3386 ?m + 0.4528 ?m / g·mD(式1)

t = 1.55分钟+ 10.80分钟/克·mD(式2)

他们还使用不同的沉积参数来了解其对聚对二甲苯涂层的影响。它们的升华温度从100°C到200°C不等,温度步进为10°C。他们报道沉积速率在100°C下为20 nm / min和200°C下为156 nm / min之间变化。他们还表明,在较高的升华温度下,层厚度略低,这可以用单体分子的驻留时间短和反应时间短来解释[2] 。

聚对二甲苯C在100-200°C和恒定二聚体质量(6 g)之间的不同升华温度下的沉积持续时间,平均沉积速率和层厚。图像参考:[2]

虽然聚对二甲苯涂层通常很薄,但它们的沉积速度也相对较慢。聚对二甲苯沉积最快的变体-聚对二甲苯C-通常以每小时0.2密耳或5微米的速率沉积。这意味着75微米的涂层大约需要15个小时。聚对二甲苯N和D沉积较慢。

总体而言,该过程可能需要几个小时到24小时以上,具体取决于我们要达到的涂层厚度。达到该厚度所需的时间由二聚体质量,沉积速率,温度和其他因素控制。

参考文献

[1] T. Marszalek,M。Gazicki-Lipman和J. Ulanski,“聚对二甲苯C作为有机场效应晶体管的通用介电材料,” Beilstein J. Nanotechnol。,卷 8号 1,第1532-1545页,2017年7月,doi:10.3762 / bjnano.8.155。

[2] F. Selbmann,M。Baum,M。Wiemer和T. Gessner,“聚对二甲苯C的沉积及其在MEMS和医疗设备封装中的气密性表征”,在2016 IEEE第11届纳米/纳米国际会议上微型工程和分子系统(NEMS),日本仙台,2016年4月,第427-432页,doi:10.1109 / NEMS.2016.7758283。

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