WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

незначительное уменьшение (рис. 5), рост NPC (рис. 6) при практически неизменной величине H, 2.5-3.0G для ионов Ar+ и 1.5-2.0 G для ионов Ar2+, снижение оптического пропускания с выходом на постоянную величину (рис. 7). При превышении дозой величины Рис. 7. Зависимость спектров пропускания от дозы для 2.5 · 1016 cm-2 для образцов, имплантированных как образцов, имплантированных ионами Ar+ энергией 40 keV при однозарядными, так и двухзарядными ионами аргона, j = 8 µA/cm2. Доза D, cm-2: 1 —5 · 1014, 2 —1 · 1015, характерен скачкообразный рост электропроводности, 3 —2.5 · 1015, 4 —5 · 1015, 5 — 1 · 1016, 6 —2.5 · 1016, который сопровождается резким снижением оптического 7 —5 · 1016, 8 —7.5 · 1016, 9 —1.5 · 1017.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 92 В.Н. Попок, И.И. Азарко, Р.И. Хайбуллин териал с отдельными фрагментами полимерных цепей.

Данное заключение хорошо согласуется с результатами работы [10], где для полиимида, имплантированного ионами Ar+ и N+, на основе анализа температурной зависимости проводимости сделан вывод о переходе от полупроводникового характера проводимости к металлической при дозах, превышающих 3 · 1016 cm-2, что соответствует предполагаемому фазовому изменению. Необходимо отметить, что аналогичный перколяционный переход в характере проводимости наблюдался также и для других полимеров, например при имплантации легких ионов дозами свыше 5 · 1016 cm-2 и низких плотностях ионного тока (0.1 µA/cm2) [22]. Это позволяет заключить, что эффект обусловлен в основном дозой имплантации, а не ионным током.

Таким образом, демонстрируемая в настоящей работе Рис. 8. Спектры пропускания полиимида, имплантированного корреляция в изменении параметров спектров ЭПР и дозой 1 · 1016 cm-2 при тех же условиях, что и на рис. 5 и 6.

электрического сопротивления позволяет сделать вывод о тесной взаимосвязи электрических и парамагнитных характеристик имплантированных органических полупроводников.

пропускания, уменьшением концентрации парамагМежду тем наблюдаются различия в значениях нитных центров (рис. 5–7) и уширением линии ЭПР до 4.0 Gв случае ионов Ar+ и до 2.5 G для ионов Ar2+. электрических, парамагнитных и оптических параметров Аналогичное поведение параметров спектров ЭПР образцов полиимида для случаев имплантации однос дозой имплантации для полиимида, облученного зарядных и двухзарядных ионов аргона (рис. 5, 6, 8).

близкими по энергии (40-90 keV) ионами аргона, было Данные различия могут быть объяснены как вкладом отмечено в работе [10]. электронного торможения в модификацию структуры Наблюдаемые экспериментальные зависимости пара- полимера для ионов с различным зарядом и энергией, так и усилением роли эффекта радиационно-стимуметров полиимида от дозы облучения могут быть легко поняты в рамках изложенной выше концеп- лированного термолиза. Как мы уже указывали раньше, ции структурной модификации полимеров ионной им- влияние электронного торможения на молекулярную плантацией. А именно, увеличение концентрации па- структуру полиимида является значительным в силу наличия слабых эфирных связей между ароматическими рамагнитных центров с ростом дозы в интервале 5.0 · 1014-2.5 · 1016 cm-2 (рис. 6) свидетельствует о циклами [8]. Обладающие энергией 80 keV двухзарядные росте углеродных кластеров, формируемых в облучен- ионы Ar2+ при торможении обеспечивают сравнительно ном полимере. Постоянство ширины линии ЭПР в этом высокую степень ионизации полимера, которая в свою интервале доз предполагает отсутствие качественных очередь приводит к более существенным радиационным изменений в электронной системе формирующейся кар- изменениям структуры материала в сравнении со слубонизированной фазы. Этот факт подтверждается нали- чаем имплантации полиимида однозарядными ионами чием лишь незначительных изменений для указанных аргона. Это находит отражение в более высоких значевыше доз (рис. 5). Снижение оптического пропускания ниях NPC (рис. 6), в снижении оптического пропускания с увеличением дозы имплантации также предполагает (рис. 8) и в ухудшении проводимости (рис. 5) вследрост размеров углеродных кластеров, которые являются ствие увеличения числа радиационных дефектов. Однако основными центрами поглощения в имплантированном не исключено, что наблюдаемое снижение оптического слое полимера, а выход величины пропускания на насы- пропускания для случая двухзарядных ионов Ar2+ может щение (кривые 4–6 на рис. 7) указывает на стабилизацию быть также обусловлено ростом толщины модифициропроцессов радиационно-индуцированной сшивки и агло- ванного слоя полимера вследствие увеличения проециромерации углеродных кластеров. ванного пробега ионов (см. экспериментальную часть).

Скачкообразное изменение сопротивления, парамаг- При имплантации полимерных образцов однозарядными нитных и оптических параметров образцов при до- ионами Ar+ более высокое значение j стимулирует зе > 2.5 · 1016 cm-2 может быть объяснено переходом эффекты термолиза, приводящие, как уже упоминалось карбонизированного слоя полимера из фазы, характе- выше, к реструктурированию карбонизированной фазы ризующейся наличием протяженных агломератов угле- и, как следствие, к уменьшению концентрации парамагродных кластеров и сопряженных макроциклов в по- нитных центров и росту электропроводности модифицилимероподобной структуре, в фазу, представляющую рованного слоя по сравнению со случаем двухзарядных собой аморфный углерод либо графитоподобный ма- ионов.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Влияние высоких доз имплантации и плотности ионного тока на свойства пленок полиимида Заключение [5] Gied R.E., Moss M.G., Kaufmann J. et al. // Electrical and Optical Polymer Systems / Ed. D.L. Wise, G.E. Wnek, D.J. Trantolo et al. New Yokr: Marcel Dekker, 1998. P. 1011– В работе представлены результаты комплексного ис1030.

следования электрофизических параметров пленок поли[6] Попок В.Н. // Поверхность. 1998. Вып. 6. С. 103–118.

имида в зависимости от режимов и параметров имплан[7] Lee E.H. // Nucl. Instr. and Meth. B. 1999. Vol. 151. P. 29–41.

тации ионов аргона. Показано, что увеличение плотности [8] Оджаев В.Б., Козлов И.П., Попок В.Н. и др. Ионная ионного тока с 1 до 16 µA/cm2 при фиксированной имплантация полимеров. Минск: БГУ, 1998. 197 с.

высокой (1.0 · 1016 cm-2) дозе имплантации ведет к [9] Iwaki M. // Nucl. Instr. and Meth. B. 2001. Vol. 175–177.

возрастанию электропроводности полиимида на пять P. 368–374.

порядков величины без радиационно- или термически- [10] Алешин А.Н., Грибанов А.В., Добродумов А.В. и др. // ФТТ. 1989. Т. 31. Вып. 1. С. 12–18.

индуцированного разрушения полимера, что позволяет [11] De Bonis A., Bearzotti A., Marletta G. // Nucl. Instr. and сделать заключение о возможности эффективного исMeth. B. 1999. Vol. 151. P. 101–108.

пользования имплантации высокими токами для практи[12] Feger C., Khojasteh M.M., McGrath J.E. Polyimides, ческих целей модификации электропроводности данного Chemistry and Characterization. Amsterdam: Elsevier, 1989.

полимера. Выявлена корреляция в поведении величин [13] Вертц Дж., Болтон Дж. Теория и практические прилоэлектрических параметров имплантированного полиимижения метода ЭПР. М.: Мир, 1975. 548 с.

да с его парамагнитными и оптическими характеристи[14] Ziegler J.F. The Sopping and Range of Ions in Matter ками. Это позволило развить представления о процессах (SRIM-2000). www.research.ibm.com/ionbeams.

изменения структуры полимера и формирования карбо- [15] Popok V.N., Azarko I.I., Khaibullin R.I. et al. // Appl. Phys. A.

низированной фазы под воздействием мощных энерге- In Press.

[16] Davenas J., Xu X.L., Boiteux G. et al. // Nucl. Instr. and тических ионных пучков на основе эффекта теплового Meth. B. 1989. Vol. 39. P. 754–763.

клина и особенностей химической структуры полиимида.

[17] Magee J.L., Chattejee A. // J. Phys. Chem. 1980. Vol. 84.

Обнаружено скачкообразное изменение электрофизичеP. 3529–3536.

ских параметров полимерных пленок с ростом дозы [18] Fink D., Ibel K., Goppelt P. et al. // Nucl. Instr. and Meth. B.

имплантации при превышении определенной величины 1990. Vol. 46. P. 342–346.

(в нашем случае 2.5 · 1016 cm-2), которое находит [19] Rao G.R., Wang Z.L., Lee E.H. // J. Mater. Res. 1993. Vol. 8.

объяснение в рамках предложенной модели реструктуриP. 927–933.

зации карбонизированной фазы модифицированного слоя [20] Козлов И.П., Оджаев В.Б., Карпович И.А. и др. // ЖПС.

полимера. Показано, что изменение заряда имплантиру- 1998. Т. 65. Вып. 3. С. 377–381.

[21] Козлов И.П., Оджаев В.Б., Попок В.Н. и др. // ЖПС.

емых ионов аргона при постоянной мощности ионного 1998. Т. 65. Вып. 4. С. 562–567.

пучка приводит только к количественному различию в [22] Popok V.N., Karpovich I.A., Odzhaev V.B. et al. // Nucl. Instr.

характеристиках облученного слоя полимера вследствие and Meth. B. 1999. Vol. 48. P. 1106–1110.

эффектов ионизации и радиационного термолиза, но [23] Miotello A., Kelly R. // Nucl. Instr. and Meth. B. 1997.

качественно не меняет поведение экспериментальных заVol. 122. P. 458–469.

висимостей параметров полиимида с увеличением дозы [24] De Cicco H., Saint-Martin G., Alurralde M. et al. // Nucl.

имплантации.

Instr. and Meth. B. 2001. Vol. 173. P. 455–462.

[25] vorik V., Endrt R., Rybka V. et al. // Eur. Polym. J. 1995.

Авторы выражают признательность И.А. Карповичу Vol. 31. N 2. P. 189–191.

за помощь в проведении электрических измерений.

[26] Hu C.Z., De Vris K.L., Andrade J.D. // Polymer. 1987.

Р.И. Хайбуллин благодарит РФФИ (грант № 99-03Vol. 28. P. 663–667.

32548) и ”Ведущие научные школы России” (грант № 00-15-96615) за финансовую поддержку настоящего исследования.

Список литературы [1] The 2000 Nobel Prize in Chemistry (for the Discovery and Development of Conductive Polymers). Press Release.

www.nobel.se/chemistry/laureates/2000/press.html.

[2] Chiang C.K., Fisher C.R., Park Y.W. et al. // Phys. Rev. Let.

1977. Vol. 39. N 17. P. 1098–1101.

[3] Venkatesan T., Calcagno L., Elman B.S. et al. // Ion Beam Modification of Insulators / Ed. P. Mazzoldi, G.W. Arnold.

Amsterdam: Elsevier, 1987. P. 301–379.

[4] Marletta G., Iacona F. // Materials and Processes for Surface and Interface Engineering / Ed. Y. Pauleau. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1995. P. 597–640.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.