DE3541721C2 - - Google Patents

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DE3541721C2
DE3541721C2 DE19853541721 DE3541721A DE3541721C2 DE 3541721 C2 DE3541721 C2 DE 3541721C2 DE 19853541721 DE19853541721 DE 19853541721 DE 3541721 A DE3541721 A DE 3541721A DE 3541721 C2 DE3541721 C2 DE 3541721C2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/46Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
    • C08F2/52Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by electric discharge, e.g. voltolisation

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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner und dabei lochfreier elektrisch leitender Polymerschichten auf beliebig geformten Substraten.The invention relates to a method for producing thin and thereby hole-free electrically conductive polymer layers on any shaped substrates.

Die Herstellung dünner (bis herab in den Bereich von 10 nm), aber geschlossener Polymerschichten durch Polymerisation mit Niedertemperatur-Plasmen, im folgenden auch kurz als "Plasmen" bezeichnet, ist bekannt. Die erhaltenen Polymerschichten sind jedoch in aller Regel gute Isolatoren (s. z.B. A. Bradley und J.P. Hammes, J. Electrochem. Soc. 110 (1), S. 15-22, 1963), weshalb ihre Verwendbarkeit als Dielektrika in Kondensatoren ausführlich untersucht wurde (Bundesminist. Forsch. Technol. Forschungsber. Technol. Forsch. Entwickl. BMFT-FB T 76-66, 1976; s.a. M. Gazicki und H. Yasuda, Plasma Chem. Plasma Proc. 3 (3), S. 279-327, 1983). Bisher bekannte Ausnahmen sind Schichten aus im Niedertemperatur- Plasma polymerisierten Acrylnitril, die anschließend durch Tempern bei relativ hohen Temperaturen leitfähig gemacht wurden (T. Hirai und O. Nakada, Jap. J. Appl. Phys. 7 (2), 112-121, 1968) und aus im Niedertemperatur-Plasma polymerisierten organischen Aminen, organischen Siliziumverbindungen sowie radikalisch polymerisierbaren ungesättigten und aromatischen Verbindungen hergestellte Schichten mit antistatischen Eigenschaften (DE 32 30 204 A1). Leitfähige Schichten konnten außerdem erhalten werden, wenn aus Kohlenwasser­ stoffen fast reine, harte Kohlenstoffschichten abgeschieden wurden, z.B. aus CH4 mit geringen Zusätzen von B2H6 durch Mikrowellen- Niedertemperatur-Plasma (N. Fujimori, T. Imai und A. Doi, Proc. 5th Int. Conf. Ion Plasma Ass. Techn. (IPAT 85), 1985, Hrsg. H. Oechsner, S. 307-311). Generell wurden leitfähige Polymerschich­ ten aber nur dann erhalten, wenn ein beträchtlicher Anteil von Metallpartikeln in die Polymerschicht eingelagert wurde, z.B. durch Zersetzung und Polymerisation metallorganischer Verbindungen im Niedertemperatur-Plasma (E. Kny, L.L. Levenson, W.J. James und R.A. Auerbach, J. Vac. Sci. Technol. 16 (2), S. 359-362, 1979) oder durch gleichzeitige Kathodenzerstäubung eines Metalls und Polymerisation von Fluorkohlenwasserstoffen im Niedertemperatur­ Plasma (E. Kay, Proc. 5th Int. Conf. Ion Plasma Ass. Techn. (IPAT 85), 1985, Hrsg. H. Oechsner, S. 258).The production of thin (down to the 10 nm range) but closed polymer layers by polymerization with low-temperature plasmas, hereinafter also referred to as "plasmas", is known. However, the polymer layers obtained are generally good insulators (see, for example, A. Bradley and JP Hammes, J. Electrochem. Soc. 110 (1), pp. 15-22, 1963), which is why their usability as dielectrics in capacitors has been extensively investigated ( Federal Ministerial Research Technological Research Area Technological Research Development BMFT-FB T 76-66, 1976; see M. Gazicki and H. Yasuda, Plasma Chem. Plasma Proc. 3 (3), pp. 279-327, 1983). Exceptions known to date are layers of acrylonitrile polymerized in low-temperature plasma, which were subsequently made conductive by annealing at relatively high temperatures (T. Hirai and O. Nakada, Jap. J. Appl. Phys. 7 (2), 112-121, 1968) and layers produced from low-temperature plasma polymerized organic amines, organic silicon compounds and free-radically polymerizable unsaturated and aromatic compounds with antistatic properties (DE 32 30 204 A1). Conductive layers could also be obtained if almost pure, hard carbon layers were deposited from hydrocarbons, for example from CH 4 with small additions of B 2 H 6 by microwave low-temperature plasma (N. Fujimori, T. Imai and A. Doi, Proc. 5th Int. Conf. Ion Plasma Ass. Techn. (IPAT 85), 1985, ed. H. Oechsner, pp. 307-311). In general, however, conductive polymer layers were only obtained if a considerable proportion of metal particles were embedded in the polymer layer, for example by decomposition and polymerization of organometallic compounds in low-temperature plasma (E. Kny, LL Levenson, WJ James and RA Auerbach, J. Vac Sci. Technol. 16 (2), pp. 359-362, 1979) or by simultaneous sputtering of a metal and polymerization of fluorocarbons in low-temperature plasma (E. Kay, Proc. 5th Int. Conf. Ion Plasma Ass. Techn. ( IPAT 85), 1985, ed. H. Oechsner, p. 258).

Die bisher gefundenen, auf konventionelle Weise (nicht mittels Plasma) hergestellten, elektrisch leitenden, organischen Polymere, zumeist dotierte Polyene, Polyaromaten oder Charge-Transfer-Kom­ plexe können gegenwärtig nicht in Form dünner (<1µm) und dabei lochfreier Schichten auf Substrate aufgebracht werden. Zudem sind sie in der Regel thermisch und gegenüber Lufteinwirkung zuwenig stabil. Leichter zu verarbeiten sind konventionelle, an sich nicht leitende Polymere, die durch Beimischung erheblicher Mengen eines elektrisch leitenden Füllmaterials wie Ruß oder Silber leitend gemacht wurden. Ein Nachteil solcher Dispersionen ist, daß ihre Leitfähigkeit nur in relativ engen Grenzen kontrolliert werden kann.The previously found, in a conventional way (not by means of Plasma) produced, electrically conductive, organic polymers, mostly doped polyenes, polyaromatics or charge transfer com plexes can currently not be in the form of thinner (<1µm) hole-free layers can be applied to substrates. In addition they are usually thermal and exposed to air not stable enough. Conventional, per se non-conductive polymers, which by admixing considerable Amounts of an electrically conductive filler such as carbon black or Silver were made conductive. A disadvantage of such dispersions is that their conductivity controls only within relatively narrow limits can be.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung dünner, lochfreier, elektrisch leitendender Poly­ merschichten zu schaffen, die keine elektrisch leitenden Füllmate­ rialien wie Kohlenstoff oder Metalle enthalten und deren elektrische Leitfähigkeit in einem weiten Bereich variiert werden kann. Das Verfahren soll weiter die Verbesserung der thermischen und Luftstabi­ lität der Polymerschichten ermöglichen.The object of the present invention is a method for the production of thin, hole-free, electrically conductive poly to create layers that have no electrically conductive filler contain materials such as carbon or metals and their electrical Conductivity can be varied within a wide range. The The process is said to further improve thermal and air stability lity of the polymer layers.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein geeig­ netes, gasförmiges Monomer oder Monomergemisch durch ein Niedertem­ peratur-Plasma polymerisiert wird und daß gleichzeitig eine Dotie­ rung der aufwachsenden Polymerschicht erfolgt. Es wurde überraschend gefunden, daß mittels Plasma biegsame, elastische Polymerschichten hergestellt werden können, die elektrisch leitend sind, ohne daß sie eingelagerte Metallpartikel enthalten und deren elektrische Leitfähigkeit über einige Größenordnungen hinweg variiert werden kann. Erfindungsgemäß wird hierzu ein geeignetes gasförmiges Monomer oder Monomerengemisch, vermischt mit oder ohne Hilfsgas, mittels Niedertemperatur-Plasma bei geeigneter Wahl der Parameter Druck, Leistungsdichte, Substrattemperatur, Gasdurchflußrate in solcher Weise polymerisiert, daß eine Polymerschicht mit einem hohen Gehalt an konjugierten Doppelbindungen entsteht. Dabei wird gleichzeitig mit der Polymerisation ein gasförmiges Dotierungs­ mittel in den Reaktor eingelassen und in die aufwachsende Polymer­ schicht eingelagert. Vorteilhafterweise wird die Polymerschicht zur Stabilisierung gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit anschließend mit Radikalfängern behandelt.According to the invention this object is achieved in that a geeig nice, gaseous monomer or monomer mixture by a low temperature plasma is polymerized and that at the same time a Dotie The growing polymer layer takes place. It was surprising found that by means of plasma flexible, elastic polymer layers can be produced that are electrically conductive without that they contain embedded metal particles and their electrical Conductivity can be varied over several orders of magnitude can. According to the invention, this is a suitable gaseous Monomer or monomer mixture, mixed with or without auxiliary gas, using low-temperature plasma with a suitable choice of parameters Pressure, power density, substrate temperature, gas flow rate polymerized in such a way that a polymer layer with a high content of conjugated double bonds. Here becomes a gaseous doping at the same time as the polymerization medium let into the reactor and into the growing polymer layer stored. The polymer layer is advantageously  for stabilization against oxygen and moisture afterwards treated with radical scavengers.

Erfindungsgemäß verwendbar sind allgemein genügend flüchtige Monomere, die unter der Einwirkung von Plasmen zu Polymeren mit hohem Gehalt an konjugierten Doppelbindungen reagieren, insbeson­ dere Monomere der folgend aufgeführten Gruppen:Sufficiently volatile are generally usable according to the invention Monomers that under the influence of plasmas to form polymers react high content of conjugated double bonds, in particular their monomers from the following groups:

  • 1. Ungesättigte, vorteilhaft hoch ungesättigte, aliphatische Verbindungen wie z.B. Äthin, Propin, Butin-(1), Butin-(2), Buten-(1)-in-(3), Allen, Acrylnitril, Cyanacetylen, Dicyanoace­ tylen und Tetracyanoäthylen,1. Unsaturated, advantageously highly unsaturated, aliphatic Connections such as Ether, propyne, butyne (1), butyne (2), Butene- (1) -in- (3), allen, acrylonitrile, cyanoacetylene, dicyanoace tylen and tetracyanoethylene,
  • 2. Alicyclische, vorteilhafterweise hoch ungesättigte Verbindungen wie z.B. Cyclopropen, Vinylcyclopropan, Cyclopentadien und Cyclo­ oktatetraen,2. Alicyclic, advantageously highly unsaturated compounds such as. Cyclopropene, vinylcyclopropane, cyclopentadiene and cyclo octatetraen,
  • 3. Aromatische und heteroaromatische Verbindungen wie z.B. Benzol, Biphenyl, Naphthalin, Pyridin, Bipyridyl, Diazine, Thiophen, Furan, Chinolin, Isochinolin, Pyrrol, Diazole, Thiazol, Oxazol, Pyridazol und Imidazol,3. Aromatic and heteroaromatic compounds such as e.g. Benzene, Biphenyl, naphthalene, pyridine, bipyridyl, diazines, thiophene, Furan, quinoline, isoquinoline, pyrrole, diazole, thiazole, oxazole, Pyridazole and imidazole,
  • 4. Aromatische und heteroaromatische Verbindungen mit ungesättigten Substituenten wie z.B. Styrol, Phenylacetylen, Stilben, Divinyl­ benzol, Benzonitril und Terephthalsäuredinitril,4. Aromatic and heteroaromatic compounds with unsaturated Substituents such as Styrene, phenylacetylene, stilbene, divinyl benzene, benzonitrile and terephthalic acid dinitrile,
  • 5. Verbindungen, die durch Einwirkung von Plasmen unter Elimination zu Schichten mit hochkonjugierten Doppelbindungssystemen poly­ merisieren, z.B. Verbindungen der folgenden, allgemeinen Typen:
    • a) ArE x , vorzugsweise Ar-E oder ArE2, Ar gleich einem einfach oder mehrfach, bevorzugt zweifach substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem, z.B. einem Benzol-, Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen- oder Furansystem und der Substituent E gleich einer durch Niedertemperatur- Plasma leicht eliminierbaren Gruppe wie: -SO2R, -COOR (mit R = -Alkyl oder -Aryl), vorteilhaft einer Aldehyd-, Carboxy- oder Anhydridgruppe. Erfindungsgemäß vorteil­ haft verwendbare Verbindungen dieses Typs sind z.B. Benzaldehyd, Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Terephthalsäure, Terephthaldi­ aldehyd und Thiophen-3,4-Dialdehyd.
    • b) E-Ar-EE-Ar-E oder Ar-EE-Ar, wobei Ar und E wie in a) definiert sind, und EE eine durch Niedertemperatur-Plasma leicht eliminier­ bare oder spaltbare Gruppe ist, wie z.B. -N=N-, -CO-. -SS-, -SO2- oder -S-. Erfindungsgemäß vorteilhaft verwendbare Verbin­ dungen dieses Typs sind z.B. Azobenzol und Thianthren.
    • c) Ungesättigte alicyclische Systeme, in denen eine leicht eliminierbare Gruppe, vorteilhaft eine Carbonyl- oder Anhydrid­ gruppe, Bestandteil des Ringes ist: z.B. 1,4-Naphthochinon, 1,2-Naphthochinon, 2,6-Naphthochinon oder vorteilhaft 1,4-Benzo­ chinon, 1,2-Benzochinon, Cyclopentadienon, Maleinsäureanhydrid und Glutarsäureanhydrid.
    • d) R-(CH=CX-) n R mit R gleich -H, einem Äthinyl-, Vinyl- oder sonstigen ungesättigten Kohlenwasserstoffrest (hierbei können zwei Reste R zu einem Ringsystem geschlossen sein) oder einer Cyanogruppe und X gleich Chlor, Brom oder Iod. Eine erfindungsge­ mäß vorteilhaft verwendbare Verbindung dieses Typs ist z.B. 2-Chloracrylnitril.
    5. Compounds which polymerize by the action of plasmas with elimination to give layers with highly conjugated double bond systems, for example compounds of the following general types:
    • a) ArE x , preferably Ar-E or ArE 2 , Ar is a single or multiple, preferably doubly substituted aromatic or heteroaromatic ring system, for example a benzene, pyridine, pyrrole, thiophene or furan system and the substituent E is one Low temperature plasma easily eliminable group such as: -SO 2 R, -COOR (with R = alkyl or aryl), advantageously an aldehyde, carboxy or anhydride group. Compounds of this type which can advantageously be used according to the invention are, for example, benzaldehyde, phthalic acid, phthalic anhydride, terephthalic acid, terephthalic aldehyde and thiophene-3,4-dialdehyde.
    • b) E-Ar-EE-Ar-E or Ar-EE-Ar, where Ar and E are as defined in a), and EE is a group which can be easily eliminated or split by low-temperature plasma, such as, for example, -N = N -, -CO-. -SS-, -SO 2 - or -S-. Connections of this type which can advantageously be used according to the invention are, for example, azobenzene and thianthrene.
    • c) Unsaturated alicyclic systems in which an easily eliminable group, advantageously a carbonyl or anhydride group, is part of the ring: for example 1,4-naphthoquinone, 1,2-naphthoquinone, 2,6-naphthoquinone or advantageously 1,4- Benzo quinone, 1,2-benzoquinone, cyclopentadienone, maleic anhydride and glutaric anhydride.
    • d) R- (CH = CX-) n R with R equal to -H, an ethynyl, vinyl or other unsaturated hydrocarbon radical (two radicals R can be closed to form a ring system) or a cyano group and X is chlorine, bromine or Iodine. An example of a compound of this type which can advantageously be used is 2-chloroacrylonitrile.

Ferner eignen sich substituierte Verbindungen der unter 1. bis 5. aufgeführten Gruppen als Monomere.Substituted compounds of 1 to 1 are also suitable 5. groups listed as monomers.

Die Leitfähigkeit der Polymerschichten kann über die Substituenten beeinflußt werden. So ist bekannt, daß elektronenschiebende Substi­ tuenten (z.B. -OCH3) an Benzolringen, die Bestandteil der Polymer­ kette sind, die Leitfähigkeit erhöhen, während elektronenziehende Substituenten an Benzolringen (z.B. -NO2) oder vinylischen Doppel­ bindungen (z.B. -CN), die Bestandteil der Polymerkette sind, die Leitfähigkeit herabsetzen (G. Koßmehl, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 83, 417-426, 1979).The conductivity of the polymer layers can be influenced via the substituents. So it is known that electron-donating substituents (eg -OCH 3 ) on benzene rings, which are part of the polymer chain, increase the conductivity, while electron-withdrawing substituents on benzene rings (eg -NO 2 ) or vinyl double bonds (eg -CN), the Part of the polymer chain are those that reduce conductivity (G. Koßmehl, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 83, 417-426, 1979).

Als Dotierungsmittel können erfindungsgemäß bekannte Dotierungsmittel wie I2, AsF5, SbCl5, Br2, PCl5, SiF4, ICN und SO3 sowie andere geeignete Verbindungen, die genügend flüchtig sind, verwendet werden.Dopants known according to the invention, such as I 2 , AsF 5 , SbCl 5 , Br 2 , PCl 5 , SiF 4 , ICN and SO 3 and other suitable compounds which are sufficiently volatile, can be used as dopants.

Für bestimmte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, zusätzlich ein nicht polymerisierendes Gas als Hilfsgas zuzusetzen, z.B. um den Druck in der Gasphase zu erhöhen oder um Eliminationsreaktionen zu begünstigen. Hierzu können beispielsweise Edelgase, O2, H2, N2O, CO, CO2, H2O, H2S, CS2, SO2, N2, NH3, N2H4, PH3 sowie andere, unter den Bedingungen eines Niedertemperatur-Plasmas nicht polymerisierende Verbindungen mit genügender Flüchtigkeit verwendet werden. For certain configurations of the method according to the invention, it is advantageous to additionally add a non-polymerizing gas as auxiliary gas, for example in order to increase the pressure in the gas phase or to favor elimination reactions. For example, noble gases, O 2 , H 2 , N 2 O, CO, CO 2 , H 2 O, H 2 S, CS 2 , SO 2 , N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , PH 3 and others, non-polymerizing compounds with sufficient volatility are used under the conditions of a low-temperature plasma.

Das die Polymerisation bewirkende Plasma kann erfindungsgemäß durch verschiedene Formen elektrischer Entladungen erzeugt werden:The plasma causing the polymerization can be used according to the invention can be generated by various forms of electrical discharge:

  • 1. Gleichspannungs- oder Niederfrequenz (bis ca. 100 kHz)-Glimment­ ladung:
    Der verwendbare Druck reicht von ca. 1 Pa bis 1000 Pa, die anzulegenden Spannungen betragen typischerweise 50-5000 V. Die Elektroden liegen innerhalb des Reaktors. Erfindungsgemäß soll die Leistungsdichte im Niedertemperatur-Plasma im Bereich von 0,001 bis 0,5 W/cm3 liegen.
    1. DC voltage or low frequency (up to approx. 100 kHz) glow charge:
    The usable pressure ranges from approx. 1 Pa to 1000 Pa, the voltages to be applied are typically 50-5000 V. The electrodes are located inside the reactor. According to the invention, the power density in the low-temperature plasma should be in the range from 0.001 to 0.5 W / cm 3 .
  • 2. Hochfrequenz-Glimmentladung:
    Die Anwendung von Hochfrequenzspannungen im Bereich von 0,1 bis 100 MHz, üblicherweise 13,56 MHz, ermöglicht es, bei Verwen­ dung eines aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Glas oder Keramik) bestehenden Reaktors auf innenliegende Elektroden zu verzichten und die Energie über außenliegende Elektroden oder eine außenliegende Spule zu übertragen. Es können jedoch auch innerhalb des Reaktors liegende Elektroden verwendet werden, z.B. im Falle eines aus Metall bestehenden Reaktors. Der nutzbare Druckbereich beträgt 1 bis 1000 Pa, die Leistungsdichte im Plasma soll im Bereich von 0,001 bis 0,5 W/cm3 liegen.
    2. High frequency glow discharge:
    The use of high-frequency voltages in the range from 0.1 to 100 MHz, usually 13.56 MHz, makes it possible, when using a reactor made of an electrically insulating material (for example glass or ceramic), to dispense with internal electrodes and the energy with external ones Electrodes or an external coil to transfer. However, electrodes lying inside the reactor can also be used, for example in the case of a reactor consisting of metal. The usable pressure range is 1 to 1000 Pa, the power density in the plasma should be in the range of 0.001 to 0.5 W / cm 3 .
  • 3. Mikrowellenentladung:
    Bei Verwendung spezieller Reaktoren (z.B. nach US PS 40 49 940) können Frequenzen im Bereich von 0,1 bis 1000 kHz verwendet werden. Es können auf diese Weise Plasmen mit hohen Elektronen­ dichten erzeugt werden, wodurch hohe Abscheidungsraten erzielt werden können. Der nutzbare Druckbereich liegt zwischen 10 2 Pa und ca. 105 Pa (1 atm), die Leistungsdichte soll zwischen 0,001 und 0,5 W/cm3 liegen.
    3. Microwave discharge:
    When using special reactors (eg according to US PS 40 49 940) frequencies in the range from 0.1 to 1000 kHz can be used. In this way, plasmas with high electron densities can be generated, as a result of which high deposition rates can be achieved. The usable pressure range is between 10 2 Pa and approx. 10 5 Pa (1 atm), the power density should be between 0.001 and 0.5 W / cm 3 .
  • 4. Coronaentladung:
    Insbesondere zur Beschichtung Bahnen- oder Platten-förmiger Gegenstände eignen sich Coronaanlagen, die bei Drücken von 10 Pa bis 2 × 105 Pa (2 atm) betrieben werden können. Die Frequenz der angelegten Spannung kann von einer Gleichspannung bis zur Hochfrequenz gewählt werden, beträgt aber üblicherweise 10 bis 40 kHz. Die Spannung beträgt je nach Druck und Elektroden­ abstand bis zu 20 kV.
    4. Corona discharge:
    Corona systems which can be operated at pressures of 10 Pa to 2 × 10 5 Pa (2 atm) are particularly suitable for coating sheet-like or plate-shaped objects. The frequency of the applied voltage can be selected from a DC voltage to a high frequency, but is usually 10 to 40 kHz. The voltage is up to 20 kV depending on the pressure and electrode spacing.
  • 5. Unselbständige Glimmentladung:
    Zur Aufrechterhaltung der Entladung werden dieser Elektronen, üblicherweise durch eine Glühkathode, zugeführt. Hierdurch wird der nutzbare Druckbereich vergrößert. Eine für die Erfin­ dung vorteilhaft verwendbare, kommerziell erhältliche Anlage mit einem Volumen von ca. 7 m3 arbeitet vorzugsweise im Bereich von 0,065 Pa bis 13 Pa Druck, 400 bis 800 V Entladungsspannung und Stromdichten von 0,1 bis 0,5 mA/cm2.
    5. Independent glow discharge:
    To maintain the discharge, electrons are supplied to them, usually through a hot cathode. This increases the usable print area. A commercially available plant with a volume of approximately 7 m 3 which can be used advantageously for the invention preferably works in the range from 0.065 Pa to 13 Pa pressure, 400 to 800 V discharge voltage and current densities of 0.1 to 0.5 mA / cm 2nd

Die Einstellung der Reaktionsparameter:Setting the reaction parameters:

  • - Mischungsverhältnis von Monomer oder Monomeren, Dotierungsmittel und eventuellem Hilfsgas- Mixing ratio of monomer or monomers, dopants and possibly auxiliary gas
  • - Gasdurchflußrate- gas flow rate
  • - Druck- Print
  • - auf das Plasma übertragene elektrische Leistung- Electrical power transferred to the plasma
  • - Temperatur der Substrate- temperature of the substrates
  • - Plazierung der Substrate im Reaktor- Placement of the substrates in the reactor
  • - Anordnung der Einlaßöffnungen für Monomer bzw. Monomere und Dotierungsmittel im Reaktor- Arrangement of the inlet openings for monomer or monomers and Dopant in the reactor
  • - Reaktionsdauer- response time

hängt ab von der gewählten Form der elektrischen Entladung, dem oder den verwendeten Monomeren und dem oder den Dotierungsmitteln sowie den gewünschten chemischen, elektrischen und sonstigen physikalischen Eigenschaften der aufzubringenden Polymerschicht. Allgemein nimmt die Leitfähigkeit mit dem Dotierungsgrad, der Oberflächentemperatur der Substrate und der Leistung zu. Sofern die Substrate während der Beschichtung nicht auf Temperaturen von 150°C und höher erwärmt wurden, ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäß beschichteten Substrate unter Vakuum bei Temperatu­ ren bis zu 400°C zwischen 5 Minuten und 5 Stunden lang zu tempern. Durch diese Temperaturbehandlung kann die Zahl der in der Polymer­ schicht vorhandenen Radikalstellen, die die Sauerstoff- und Luftsta­ bilität der Polymerschichten ungünstig beeinflussen, drastisch gesenkt werden (EP 01 32 686 A1).depends on the chosen form of electrical discharge, the or the monomers used and the dopant (s) as well as the desired chemical, electrical and other physical properties of the polymer layer to be applied. In general, the conductivity increases with the degree of doping Surface temperature of the substrates and performance. Unless the substrates are at temperatures during coating were heated from 150 ° C and higher, it is advantageous to substrates coated according to the invention under vacuum at temperature annealing up to 400 ° C for between 5 minutes and 5 hours. This temperature treatment can reduce the number of in the polymer layer existing radical sites that oxygen and air Adversely affect the stability of the polymer layers, drastically be lowered (EP 01 32 686 A1).

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist die Behandlung der abgeschiedenen Polymerschichten mit Radikalfängern. Hiermit werden Verbindungen bezeichnet, die durch chemische Reaktion reaktive Radikale abfangen, d.h. unwirksam machen können. An advantageous further development of the invention is treatment of the deposited polymer layers with radical scavengers. Herewith are compounds that are caused by chemical reaction trap reactive radicals, i.e. can render ineffective.  

Vorzugsweise werden als Radikalfänger Verbindungen verwendet, die selbst Radikale sind, z.B. NO, oder solche, die unter Einwir­ kung von Licht, Wärme oder Plasmen in Radikale zerfallen. Hierzu zählen insbesondere die sog. Telogene (O.A. Neumüller, "Römpps Chemielexikon", 7. Aufl., Bd. 6, S. 3487, Stuttgart 1977). Beispiele für vorteilhaft verwendbare Telogene sind:
CCl4, CHCl3, C6H5-CCl3, H3C-CCl3, CCl3-CCl3, CCl3Br, CFCl3, CBr4, CHBr3, CCL3I, CCl3Br, CF3I, CF3CCl2I, SF5Cl, ClCN, C2H5I, CH3SH, Cl2, HBr und SiCl3H.
Compounds which are themselves radicals, for example NO, or those which disintegrate into radicals under the action of light, heat or plasmas are preferably used as radical scavengers. These include, in particular, the so-called telogens (OA Neumüller, "Römpps Chemielexikon", 7th edition, vol. 6, p. 3487, Stuttgart 1977). Examples of telogens that can be used advantageously are:
CCl 4 , CHCl 3 , C 6 H 5 -CCl 3 , H 3 C-CCl 3 , CCl 3 -CCl 3 , CCl 3 Br, CFCl 3 , CBr 4 , CHBr 3 , CCL 3 I, CCl 3 Br, CF 3 I, CF 3 CCl 2 I, SF 5 Cl, ClCN, C 2 H 5 I, CH 3 SH, Cl 2 , HBr and SiCl 3 H.

Die Radikalfänger werden, sofern sie nicht bereits in Form von Radikalen vorliegen, durch Tempern bis 400°C und/oder ein Plasma vorteilhaft bei einem Druck im Bereich von 0,65 Pa bis 650 Pa und einer Leistungsdichte von 0,001 bis 0,1 W/cm3 aktiviert.Unless they are already in the form of free radicals, the free radical scavengers are advantageously annealed at up to 400 ° C. and / or a plasma at a pressure in the range from 0.65 Pa to 650 Pa and a power density of 0.001 to 0.1 W / cm 3 activated.

Bei Aktivierung mit einem Niedertemperatur-Plasma können auch sonstige Verbindungen verwendet werden, die unter diesen Bedingungen in Radikale zerfallen, wie z.B. N2, H2N-NH2, I2, H3C-CH3 und H2. Ganz besonders vorteilhaft ist die Kombination einer Behandlung mit Radikalfängern mit gleichzeitigem Tempern bei bis zu 400°C.When activated with a low-temperature plasma, other compounds can also be used which decompose into radicals under these conditions, such as N 2 , H 2 N-NH 2 , I 2 , H 3 C-CH 3 and H 2 . The combination of treatment with radical scavengers with simultaneous annealing at up to 400 ° C. is particularly advantageous.

Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:The invention has the following advantages:

  • a) Die erfindungsgemäß hergestellten, elektrisch leitfähigen Polymerschichten weisen die allgemeinen Vorteile von mittels Niedertemperatur-Plasma erzeugten Polymerschichten (auch: "Plasma-Polymeren") auf: sie sind hoch vernetzt, unlöslich, hart und dabei flexibel, lochfrei, chemisch und thermisch sehr stabil.a) The electrically conductive produced according to the invention Polymer layers have the general advantages of means Low temperature plasma generated polymer layers (also: "Plasma polymers"): they are highly cross-linked, insoluble, hard and flexible, hole-free, chemical and thermal very stable.
  • b) Die Leitfähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Polymerschich­ ten läßt sich leicht über die Wahl des oder der Monomeren, die Einstellung der Reaktionsparameter und den Dotierungsgrad kontrollieren und innerhalb weiter Grenzen variieren.b) The conductivity of the polymer layer produced according to the invention can be easily determined by the choice of the monomer (s) the setting of the reaction parameters and the degree of doping control and vary within wide limits.
  • c) Es können hohe Dotierungsgrade erzielt werden. Da das Dotierungs­ mittel nicht durch Diffusion eingebracht, sondern in die auf­ wachsende Polymerschicht inkorporiert wird, ist seine Verteilung innerhalb der Schichtdicke homogen.c) High degrees of doping can be achieved. Because the doping medium not introduced by diffusion, but in the growing polymer layer is incorporated is its distribution homogeneous within the layer thickness.
  • d) Das Dotierungsmittel ist in die dichte, vernetzte Polymerschicht fest eingeschlossen und wandert deshalb erst bei hohen Temperatu­ ren in merklichem Umfang aus. d) The dopant is in the dense, cross-linked polymer layer firmly enclosed and therefore only migrates at high temperatures noticeable extent.  
  • e) Das Verfahren ist über die Reaktionsparameter leicht zu kontrol­ lieren. So kann z.B. die Schichtdicke leicht über die Reaktions­ dauer bis herab zu 10 bis 20 nm eingestellt werden.e) The process is easy to control via the reaction parameters lieren. For example, the layer thickness slightly over the reaction duration down to 10 to 20 nm.
  • f) Es können in der Regel billige Ausgangssubstanzen verwendet werden.f) In general, cheap starting substances can be used will.
  • g) Es können auch unregelmäßig geformte Körper mit einer gleichmäßi­ gen, leitfähigen Polymerschicht überzogen werden.g) It can also irregularly shaped body with a uniform conductive polymer layer.
  • h) Das Verfahren ist ein "Trockenprozeß" und kann auch bei niedrigen Temperaturen betrieben werden. Es kann leicht in Vakuumanlagen, wie sie in der Halbleiter- oder Magnetbandherstellung verwendet werden, integriert werden.h) The process is a "dry process" and can even at low Temperatures are operated. It can easily be used in vacuum systems, as used in semiconductor or magnetic tape production become integrated.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich u.a. besonders zur Herstellung chemischer Sensorschichten und antistatischer Beschich­ tungen, z.B. auf Magnetbändern.The method according to the invention is suitable inter alia. especially for Manufacture of chemical sensor layers and antistatic coating conditions, e.g. on magnetic tapes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Eine entsprechende Apparatur ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Sie eignet sich zur Beschichtung kleiner, vorteilhaf­ terweise flacher Gegenstände.The invention is explained below using exemplary embodiments. A corresponding apparatus is shown schematically in Fig. 1. It is suitable for coating small, advantageously flat objects.

1. Ausführungsbeispiel1st embodiment

Ein Reaktor mit einem Volumen von 0,9 dm3, bestehend aus Glas wird nach Entfernung eines Verschlußteils (2) mit den zu beschichten­ den Gegenständen (3), in diesem Anwendungsbeispiel Glasscheiben, beschickt und wieder verschlossen. Anschließend wird der Reaktor mittels einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe mit einer Saugleis­ tung von 50 dm3/min bis zu einem Restdruck von weniger als 0,26 Pa evakuiert. Der Druck wird mit einem elektrischen Vakuum­ meßgerät (4) abgelesen. Eine (nachteilige) Rückströmung von Kohlen­ wasserstoffen von der Vakuumpumpe her wird mit einer Kühlfalle (5) oder einem Adsorptionsfilter unterdrückt. Ein Strom gasförmigen 2-Chloracrylnitrils wird mit Hilfe eines Dosierventils (6) so reguliert, daß sich bei saugender Pumpe ein Druck von 13,3 Pa bei einer (durch den Gewichtsverlust des 2-Chloracryl­ nitrils bestimmten) Gasdurchflußrate von 1,5 cm3/min (bezogen auf Standardbedingungen) einstellt. Anschließend wird ein Ventil (7) geschlossen und in analoger Weise ein Strom dampfförmigen Iods so reguliert, daß sich ein Druck von 2,66 Pa (0,02 Torr) bei einer Gasdurchflußrate von 0,5 cm3 (bezogen auf Standardbedin­ gungen) einstellt.A reactor with a volume of 0.9 dm 3 , consisting of glass, is charged with the objects ( 3 ), in this application example glass panes, after removal of a closure part ( 2 ) and closed again. The reactor is then evacuated by means of a vacuum pump (not shown) with a suction power of 50 dm 3 / min to a residual pressure of less than 0.26 Pa. The pressure is read with an electric vacuum measuring device ( 4 ). A (disadvantageous) backflow of hydrocarbons from the vacuum pump is suppressed with a cold trap ( 5 ) or an adsorption filter. A flow of gaseous 2-chloroacrylonitrile is regulated with the aid of a metering valve ( 6 ) in such a way that a pressure of 13.3 Pa at a gas flow rate of 1.5 cm 3 (determined by the weight loss of the 2-chloroacrylonitrile) when the pump is sucking / min (based on standard conditions). Then a valve ( 7 ) is closed and a stream of vaporous iodine is regulated in an analogous manner so that a pressure of 2.66 Pa (0.02 Torr) is established at a gas flow rate of 0.5 cm 3 (based on standard conditions) .

Das Ventil (7) wird daraufhin wieder geöffnet. Die Glasscheiben werden auf 150°C erwärmt, indem von einem Ölthermostaten (10) heißes Öl durch eine Substratauflage (11) gepumpt wird. Nun wird durch Einschalten eines Hochfrequenzgenerators (12) mit einer Frequenz von 13,56 MHz ein Plasma gezündet. Mit Hilfe eines Anpassungsnetzwerks (13) wird die reflektierte Leistung minimiert. Die über eine Spule (14) auf das Niedertemperatur-Plasma übertragene Leistung wird auf 10 W eingestellt. Im Laufe von 75 Minuten wird so eine schwarzglänzende Polymerschicht auf den Glasscheiben abgeschieden. Anschließend wird der HF-Generator (12) abgeschaltet und 10 Minuten später die Zufuhr des heißen Öls durch die Substratauflage (11) unterbrochen. Nach Abkühlen der Substratauflage wird der Reaktor über ein Ventil (15) belüftet und die Substrate entnommen.The valve ( 7 ) is then opened again. The glass panes are heated to 150 ° C. by pumping hot oil through an substrate thermostat ( 10 ) through a substrate support ( 11 ). Now a plasma is ignited by switching on a high-frequency generator ( 12 ) with a frequency of 13.56 MHz. The reflected power is minimized with the help of an adaptation network ( 13 ). The power transmitted to the low-temperature plasma via a coil ( 14 ) is set to 10 W. In the course of 75 minutes, a glossy black polymer layer is deposited on the glass panes. The HF generator ( 12 ) is then switched off and the supply of the hot oil through the substrate support ( 11 ) is interrupted 10 minutes later. After the substrate support has cooled, the reactor is aerated via a valve ( 15 ) and the substrates are removed.

Die Eigenschaften der Polymerschicht variieren mit der Position der Glasscheiben auf der Substratauflage (11) relativ zur Spule (14). Die elektrische Leitfähigkeit der Polymerschicht, die inner­ halb der Spule abgeschieden wird, liegt im Bereich von 10 -6 Ohm -1 cm -1 bei einer Dicke von 2µm. Das mittels ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) ermittelte Verhältnis von Iod zu Kohlenstoff beträgt ca. 0,1. Bei Erhitzen der Polymerschicht im Ultrahochvakuum des ESCA-Geräts wird bis zu einer Temperatur von 215°C keine Abnahme des Iodgehalts gefunden. The properties of the polymer layer vary with the position of the glass panes on the substrate support ( 11 ) relative to the coil ( 14 ). The electrical conductivity of the polymer layer, which is deposited within the coil, is in the range of 10 -6 ohms -1 cm -1 with a thickness of 2 microns. The ratio of iodine to carbon determined using ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) is approximately 0.1. When the polymer layer is heated in the ultra-high vacuum of the ESCA device, no decrease in the iodine content is found up to a temperature of 215 ° C.

2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment

Es wird analog Bsp. 1 verfahren, als Monomer jedoch Ethin (Partialdruck: 9 Pa, Durchflußrate: 1 cm³/min), als Dotierungsmittel SbCl₅ (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: 0,5 cm³/min) verwendet. Zusätzlich wird Argon als Hilfsgas (Partialdruck: 4 Pa, Durchflußrate: 0,5 cm³/min) eingesetzt. Die Substratauflage wird auf 100°C beheizt. Die HF-Leistung beträgt 15 W, die Dauer des Plasmas 30 min. Anschließend wird, ohne vorher den Reaktor zu belüften, eine Stunde lang bei 150°C Substrattemperatur mit CCl₄ als Telogen nachbehandelt.The procedure is analogous to Example 1, but as a monomer Ethyne (partial pressure: 9 Pa, flow rate: 1 cm³ / min), as dopant SbCl₅ (partial pressure: 2.7 Pa, Flow rate: 0.5 cm³ / min) was used. In addition, Argon as auxiliary gas (partial pressure: 4 Pa, flow rate: 0.5 cm³ / min) used. The substrate support is on Heated at 100 ° C. The RF power is 15 W, the duration of the plasma 30 min. Then without before ventilating the reactor for an hour 150 ° C substrate temperature with CCl₄ as telogen aftertreated.

Hierzu wird die Pumpe abgestellt, ein Ventil zwischen Kühlfalle und Reaktor geschlossen und dampfförmiges CCl₄ aus einem (nicht gezeichneten) Vorratsgefäß in den Rekator eingelassen.To do this, the pump is switched off, a valve between Cold trap and reactor closed and vaporous CCl₄ from a (not shown) storage vessel in the Rekator let in.

Das Vorratsgefäß enthält flüssiges CCl₄ und wird über Raumtemperatur hinaus nicht beheizt. Es wird der überstehende Dampf in den Reaktor eingelassen, wobei sich der Partialdruck des CCl₄ bei Raumtemperatur im Reaktor einstellt.The storage vessel contains liquid CCl₄ and is about Room temperature not heated. It will be the excess steam admitted into the reactor, whereby the partial pressure of the CCl₄ at room temperature in Reactor sets.

Die Schicht weist eine Dicke von ca. 1 µm und eine Leitfähigkeit von ca. 10-1 Ohm-1cm-1 auf.The layer has a thickness of approx. 1 µm and a conductivity of approx. 10 -1 Ohm -1 cm -1 .

Das Verhältnis Sb zu Kohlenstoff (bestimmt mit ESCA) beträgt 0,13. The ratio Sb to carbon (determined with ESCA) is 0.13.  

3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment

Es wird analog Bsp. 1 verfahren, als Monomer jedoch Acrylnitril (Partialdruck: 13,3 Pa, Durchflußrate: 1,5 cm³/min), als Dotierungsmittel Jod (Partialdruck: 2,7 Pa, Gasdurchflußrate: ca. 0,5 cm³/min) eingesetzt. Die Temperatur der Substratauflage beträgt 150°C, die HF-Leistung 50 W, die Plasma-Dauer 30 min.The procedure is analogous to Example 1, but as a monomer Acrylonitrile (partial pressure: 13.3 Pa, flow rate: 1.5 cm³ / min), as a dopant iodine (partial pressure: 2.7 Pa, gas flow rate: approx. 0.5 cm³ / min). The temperature of the substrate support is 150 ° C, the RF power 50 W, the plasma duration 30 min.

Anschließend wird die Temperatur der Substratauflage auf 200°C erhöht, der Strom des Acrylnitrils unterbrochen, der Strom des Jods jedoch unter gleichzeitigem Pumpen belassen. Es wird zusätzlich Helium als Hilfsgas eingelassen (Partialdruck: 13,3 Pa, Gasdurchflußrate: 1,3 cm³/min), ein Plasma von 30 W gezündet und 20 min lang unterhalten. Die abgeschiedene Schicht hat eine Dicke von ca. 0,5 µm und eine Leitfähigkeit von ca. 10-5 Ohm-1cm-1. The temperature of the substrate support is then increased to 200 ° C., the stream of acrylonitrile is interrupted, but the stream of iodine is left with simultaneous pumping. Helium is additionally let in as auxiliary gas (partial pressure: 13.3 Pa, gas flow rate: 1.3 cm³ / min), a plasma of 30 W is ignited and maintained for 20 minutes. The deposited layer has a thickness of approx. 0.5 µm and a conductivity of approx. 10 -5 Ohm -1 cm -1 .

4. Ausführungsbeispiel4th embodiment

Analog Bsp. 1 wird als Monomer Cyclooktatetraen (Partialdruck: ca. 6,5 Pa, Durchflußrate: ca. 0,8 cm³/min) zusammen mit Argon (Partialdruck: ca. 6,5 Pa, Durchflußrate: ca. 0,8 cm³/min), als Dotiermittel SbCl₅ (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: 0,5 cm³/min) verwendet. Die Temperatur der Substratauflage beträgt 100°C, die HF-Leistung 25 W.Analogously to Example 1, cyclooctatetraene is used as the monomer (Partial pressure: approx.6.5 Pa, flow rate: approx. 0.8 cm³ / min) together with argon (partial pressure: approx. 6.5 Pa, flow rate: approx. 0.8 cm³ / min), as Dopant SbCl₅ (partial pressure: 2.7 Pa, Flow rate: 0.5 cm³ / min) was used. The temperature of the substrate support is 100 ° C, the HF power 25 W.

Nach 30minütiger Plasma-Dauer wird der Zustrom des Monomeren, des Argon und des Dotiermittels unterbrochen und statt dessen Wasserstoff (Partialdruck: 133 Pa) zugeführt.After 30 minutes of plasma, the inflow of Monomers, argon and dopant interrupted and instead hydrogen (partial pressure: 133 Pa) fed.

Bei gleichbleibender Temperatur der Substratauflage wird erneut ein Plasma (30 W) gezündet und 10 min lang unterhalten. Die so hergestellte Schicht ist ca. 0,8 µm dick und besitzt eine Leitfähigkeit von ca. 5 × 10-5 Ohm-1cm-1.If the temperature of the substrate support remains constant, a plasma (30 W) is ignited again and maintained for 10 minutes. The layer produced in this way is approx. 0.8 µm thick and has a conductivity of approx. 5 × 10 -5 Ohm -1 cm -1 .

Das Verhältnis von Sb zu C beträgt (gemessen mit ESCA) ca. 0,09. The ratio of Sb to C is (measured with ESCA) about 0.09.  

5. Ausführungsbeispiel5th embodiment 1,4-Diazin1,4-diazine

Analog Bsp. 1 wird als Monomer 1,4-Diazin (Partialdruck: 6,5 Pa, Durchflußrate: 1 cm³/min) zusammen mit Helium (Partialdruck: 6,5 Pa, Durchflußrate: 1 cm³/min) sowie als Dotiermittel Jod (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: ca. 0,5 cm³/min) eingesetzt. Zur besseren Verflüchtigung des 1,4-Diazins wird der Reaktor, das Vorratsgefäß sowie die Zuleitung des 1,4-Diazin-Dampfs zum Reaktor mit IR-Lampen auf eine Wandtemperatur von ca. 50°C aufgeheizt. Die Temperatur der Substratauflage beträgt 120°C, die HF-Leistung 50 W, die Plasma-Dauer 40 min.Analogous to Example 1, 1,4-diazine is used as the monomer (Partial pressure: 6.5 Pa, flow rate: 1 cm³ / min) together with helium (partial pressure: 6.5 Pa, Flow rate: 1 cm³ / min) and iodine as dopant (Partial pressure: 2.7 Pa, flow rate: approx. 0.5 cm³ / min) used. For better volatilization of 1,4-diazine the reactor, the storage vessel and the feed line the 1,4-diazine vapor to the reactor with IR lamps a wall temperature of approx. 50 ° C is heated. The temperature of the substrate support is 120 ° C, the RF power 50 W, the plasma duration 40 min.

Anschließend wird der Strom des Diazins, des Jods und des Heliums unterbrochen, die Temperatur des Substrathalters auf 150°C erhöht und die abgeschiedene Schicht 10 min lang unter strömendem Dampf von C₂H₅I belassen.Then the flow of diazine, iodine and the temperature of the substrate holder increased to 150 ° C and the separated Layer under flowing steam for 10 min left by C₂H₅I.

Die Schicht ist ca. 1,4 µm dick und weist eine Leitfähigkeit von ca. 8 × 10-5 Ohm-1cm-1 bei einem I/C-Verhältnis (nach ESCA) von 0,12 auf. The layer is approx. 1.4 µm thick and has a conductivity of approx. 8 × 10 -5 Ohm -1 cm -1 with an I / C ratio (according to ESCA) of 0.12.

6. Ausführungsbeispiel6th embodiment

Analog Bsp. 1 wird Phenylacetylen (Partialdruck: 66 Pa, Durchflußrate: 7,5 cm³/min) als Monomer zusammen mit Brom als Dotiermittel (Partialdruck: 26,6 Pa, Durchflußrate: 5 cm³/min) eingesetzt.Analogously to Example 1, phenylacetylene (partial pressure: 66 Pa, Flow rate: 7.5 cm³ / min) as a monomer together with bromine as Dopant (partial pressure: 26.6 Pa, flow rate: 5 cm³ / min) used.

Zur hinreichenden Verflüchtigung des Phenylacetylens werden Reaktor, Vorratsgefäß und Zuleitung des Phenylacetylens zum Reaktor mit IR-Lampen auf eine Wandtemperatur von ca. 50°C aufgeheizt.For sufficient volatilization of phenylacetylene Reactor, storage vessel and feed of the phenylacetylene to Reactor with IR lamps to a wall temperature of approx. 50 ° C heated up.

Die Temperatur der Substratauflage wird auf 150°C eingestellt, die HF-Leistung beträgt 40 W, die Plasma-Dauer 20 min.The temperature of the substrate support is raised to 150 ° C set, the RF power is 40 W, the plasma duration 20 min.

Die abgeschiedene Schicht wird bei gleicher Temperatur des Substrathalters analog Bsp. 4 mit einem Wasserstoffplasma (133 Pa Partialdruck, 30 W HF-Leistung, 10 min Dauer) nachbehandelt. Die so hergestellte Schicht ist ca. 1,1 µm dick und hat eine Leitfähigkeit von ca. 5 × 10-3 Ohm-1cm-1.The deposited layer is post-treated at the same temperature of the substrate holder as in Example 4 with a hydrogen plasma (133 Pa partial pressure, 30 W RF power, 10 min duration). The layer produced in this way is approx. 1.1 µm thick and has a conductivity of approx. 5 × 10 -3 Ohm -1 cm -1 .

Das Verhältnis Brom/Kohlenstoff in der Schicht (bestimmt mit ESCA) beträgt ca. 0,14. The ratio of bromine / carbon in the layer (determined with ESCA) is approximately 0.14.  

7. Ausführungsbeispiel7th embodiment

Analog Bsp. 6 wird Terephthaldialdehyd (Partialdruck: 13,3 Pa, Durchflußrate: ca. 1,5 cm³/min) als Monomer, Jod als Dotiermittel (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: ca. 0,5 cm³/min) eingesetzt. Der Reaktor, die Zuleitung sowie das Vorratsgefäß des Monomeren werden mit IR-Strahlern auf ca. 100°C Wandtemperatur aufgeheizt.Analogous to example 6, terephthalaldehyde (partial pressure: 13.3 Pa, flow rate: approx. 1.5 cm³ / min) as a monomer, Iodine as dopant (partial pressure: 2.7 Pa, Flow rate: approx. 0.5 cm³ / min). The Reactor, the feed line and the storage vessel of the Monomers are heated to approx. 100 ° C with IR radiators Wall temperature warmed up.

Die Temperatur der Substratauflage beträgt 150°C, die HF-Leistung 40 W, die Plasma-Dauer 20 min.The temperature of the substrate support is 150 ° C, the RF power 40 W, the plasma duration 20 min.

Die hergestellte Schicht wird wie in Bsp. 6 beschrieben, mit Wasserstoffplasma zur Verminderung der Zahl von Radikalstellen nachbehandelt.The layer produced is described as in Example 6, with hydrogen plasma to reduce the Number of radical sites post-treated.

Die Dicke der Schicht beträgt ca. 0,9 µm, die Leitfähigkeit ca. 3 × 10-4 Ohm-1cm-1. Das Verhältnis Jod zu Kohlenstoff (nach ESCA) beträgt 0,12. The thickness of the layer is approx. 0.9 µm, the conductivity is approx. 3 × 10 -4 Ohm -1 cm -1 . The iodine to carbon ratio (according to ESCA) is 0.12.

8. Ausführungsbeispiel8th embodiment

Analog Bsp. 2 wird Azobenzol als Monomer (Partialdruck: 13,3 Pa, Durchflußrate: ca. 1,5 cm³/min) und SbCl₅ (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: 0,5 cm³/min) als Dotiermittel verwendet. Der Reaktor sowie das Vorratsgefäß und die Zuleitung des Azobenzols zum Reaktor werden mit IR-Lampen auf eine Wandtemperatur von ca. 60°C erwärmt.Analogous to Example 2, azobenzene is used as a monomer (Partial pressure: 13.3 Pa, flow rate: approx. 1.5 cm³ / min) and SbCl₅ (partial pressure: 2.7 Pa, flow rate: 0.5 cm³ / min) used as a dopant. The reactor as well as the storage vessel and the feed line of the azobenzene to the reactor are turned on with IR lamps a wall temperature of approx. 60 ° C warmed.

Die Temperatur der Substratauflage beträgt 130°C, die HF-Leistung 10 W, die Plasma-Dauer 30 min.The temperature of the substrate support is 130 ° C, the RF power 10 W, the plasma duration 30 min.

Anschließend wird ohne zwischenzeitliches Belüften des Reaktors eine Stunde lang mit CHCl₃ als Telogen nachbehandelt.Then, without intermittent ventilation of the Reactor treated for one hour with CHCl₃ as a telogen.

Die Temperatur der Substratauflage wird hierbei auf 150°C hochgesetzt.The temperature of the substrate support is raised here Raised to 150 ° C.

Die Dicke der so hergestellten Schicht beträgt ca. 0,9 µm, die Leitfähigkeit ca. 2 × 10-4 Ohm-1cm-1. Das Verhältnis Antimon zu Kohlenstoff (bestimmt mit ESCA) beträgt 0,1. The thickness of the layer produced in this way is approximately 0.9 μm, the conductivity is approximately 2 × 10 -4 ohms -1 cm -1 . The ratio of antimony to carbon (determined with ESCA) is 0.1.

9. Ausführungsbeispiel9. Embodiment

Analog Bsp. 4 wird Maleinsäureanhydrid (Partialdruck: ca. 6,5 Pa, Durchflußrate: ca. 0,8 cm³/min) zusammen mit Argon (Partialdruck: 6,5 Pa, Durchflußrate: 0,8 cm³/min) und SbCl₅ (Partialdruck: 2,7 Pa, Durchflußrate: 0,5 cm³/min) als Dotiermittel eingesetzt. Reaktor sowie Vorratsgefäß und Zuleitung des Maleinanhydrids werden mit IR-Lampen auf eine Wandtemperatur von ca. 60°C beheizt. Die Temperatur der Substratauflage beträgt 100°C, die HF-Leistung 30 W, die Plasma-Dauer 30 min. Anschließend wird wie in Bsp. 4 mit einem H₂-Plasma nachbehandelt. Die Dicke der so hergestellten Schicht beträgt ca. 0,8 µm, die Leitfähigkeit ca. 2 × 10-5 Ohm-1cm-1.Analogous to Example 4, maleic anhydride (partial pressure: approx. 6.5 Pa, flow rate: approx. 0.8 cm³ / min) is used together with argon (partial pressure: 6.5 Pa, flow rate: 0.8 cm³ / min) and SbCl₅ ( Partial pressure: 2.7 Pa, flow rate: 0.5 cm³ / min) used as a dopant. The reactor, the storage vessel and the feed line of the maleic anhydride are heated to a wall temperature of approximately 60 ° C. using IR lamps. The temperature of the substrate support is 100 ° C, the RF power 30 W, the plasma duration 30 minutes. Subsequently, as in Example 4 with an H₂ plasma. The thickness of the layer produced in this way is approximately 0.8 μm, and the conductivity is approximately 2 × 10 -5 ohms -1 cm -1 .

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung dünner, lochfreier, elektrisch leitender Polymerschichten durch Polymerisation geeigneter flüchtiger Monomerer, die unter der Einwirkung von Plasmen zu Polymeren mit hohem Gehalt an konjugierten Doppelbindungen reagieren, mittels Niedertemperatur-Plasma, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte, flüchtige Dotierungsmittel oder Gemische aus I₂, AsF₅, SbCl₅, Br₂, PCl₅, SiF₄, ICN und SO₃ während der Polymerisation in den Reaktor eingelassen und somit in die aufwachsenden Polymerschichten eingebaut werden, wobei die Temperatur der Substrate während der Polymerisation zwischen 15°C und 250°C beträgt und die erhaltene Schicht gegebenenfalls durch Tempern unter Vakuum 5 min bis 5 h lang bei Temperaturen von 15°C bis 400°C oder mit gasförmigen Radikalfängern in Form von radikalischen Gasen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen oder sonstigen, als "Telogenen" bekannten Verbindungen bei Substrattemperaturen im Bereich von 15°C bis 400°C bis zu 5 Stunden lang behandelt wird. 1. A process for producing thin, hole-free, electrically conductive polymer layers by polymerizing suitable volatile monomers which react under the action of plasmas to give polymers with a high content of conjugated double bonds, by means of low-temperature plasma, characterized in that known, volatile dopants or Mixtures of I₂, AsF₅, SbCl₅, Br₂, PCl₅, SiF₄, ICN and SO₃ admitted into the reactor during the polymerization and thus incorporated into the growing polymer layers, the temperature of the substrates during the polymerization being between 15 ° C and 250 ° C and the layer obtained, optionally by tempering under vacuum for 5 minutes to 5 hours at temperatures from 15 ° C. to 400 ° C. or with gaseous radical scavengers in the form of radical gases or halogenated hydrocarbons or other compounds known as "telogens" at substrate temperatures in the range from 15 ° C to 400 ° C for up to 5 hours. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere ungesättigte, aliphatische oder alizyklische Verbindungen verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as Monomeric unsaturated, aliphatic or alicyclic compounds be used. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere aromatische oder heteroaromatische Verbindungen verwendet werden.3. The method according to claim 1, characterized in that as Monomeric aromatic or heteroaromatic compounds used will. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere aromatische oder heteroaromatische Verbindungen mit ungesättigten Substituenten verwendet werden.4. The method according to claim 1, characterized in that as Monomeric aromatic or heteroaromatic compounds with unsaturated substituents can be used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere ein- oder mehrfach substituierte aromatische oder heteroaromatische Verbindungen verwendet werden, die als Substituenten Sulfon-, Ester-, Aldehyd-, Carboxy-, Anhydrid- oder andere, im Plasma leicht eliminierbare Gruppen enthalten.5. The method according to claim 1, characterized in that as Monomers mono- or polysubstituted aromatic or heteroaromatic compounds are used as substituents Sulfone, ester, aldehyde, carboxy, anhydride or contain other groups that are easily eliminated in plasma. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere zweikernige aromatische oder heteroaromatische Verbindungen verwendet werden, deren aromatische oder heteroaromatische Ringsysteme durch Azo-, Sulfon-, Sulfido-, Carbonyl- oder sonstige, im Plasma leicht eliminierbare Gruppen oder durch eine Disulfid-Gruppe oder eine sonstige, im Plasma leicht spaltbare Gruppe verbunden sind.6. The method according to claim 1, characterized in that as Monomeric dinuclear aromatic or heteroaromatic compounds are used, their aromatic or heteroaromatic Ring systems by azo, sulfone, sulfido, carbonyl or other groups that can be easily eliminated in plasma or by a disulfide group or another, easily in plasma fissile group are connected. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Monomere nach Anspruch 6 verwendet werden, mit der Besonderheit, daß die aromatischen oder heteroaromatischen Ringsysteme jeweils mindestens eine Sulfon-, Ester-, Aldehyd-, Carboxy-, Anhydrid- oder sonstige, im Plasma leicht eliminierbare Gruppen als Substituenten enthalten. 7. The method according to claim 1, characterized in that monomers be used according to claim 6, with the particularity that the aromatic or heteroaromatic ring systems in each case at least one sulfone, ester, aldehyde, carboxy, anhydride or other groups that can be easily eliminated in plasma as Contain substituents.   8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere ungesättigte alizyklische Verbindungen verwendet werden, in denen eine Carbonyl-, Sulfon-, Lacton-, Anhydrid-, Sulfid- oder sonstige, im Plasma leicht eliminierbare Gruppe Bestandteil des alizyklischen Rings, ist.8. The method according to claim 1, characterized in that as Monomers unsaturated alicyclic compounds used in which a carbonyl, sulfone, lactone, anhydride, Sulphide or other group that can be easily eliminated in plasma Is part of the alicyclic ring. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere ungesättigte, chlorierte, bromierte oder iodierte Kohlenwasserstoffe oder Cyankohlenwasserstoffe verwendet werden.9. The method according to claim 1, characterized in that as Monomers unsaturated, chlorinated, brominated or iodinated Hydrocarbons or cyanocarbons are used will. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gemische der unter Anspruch 2 bis 9 aufgeführten Monomere verwendet werden.10. The method according to claim 1, characterized in that mixtures of the monomers listed under claims 2 to 9 used will. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem gas- oder dampfförmigen Monomer oder Monomerengemisch ein nicht polymerisierendes Hilfsgas oder ein Gemisch solcher Gase zugesetzt wird.11. The method according to claim 1, characterized in that the a gaseous or vaporous monomer or monomer mixture non-polymerizing auxiliary gas or a mixture of such Gases is added. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einer Gleichspannungs- oder Niederfrequenz (bis ca. 100 KHz)- Glimmentladung bei einer Spannung von 50-5000 V, einer Leistungsdichte von 0,001 bis 0,5 W/cm3 und einem Druck von 1-1000 Pa erzeugt wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the plasma with a DC voltage or low frequency (up to about 100 KHz) - glow discharge at a voltage of 50-5000 V, a power density of 0.001 to 0.5 W / cm 3 and a pressure of 1-1000 Pa is generated. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einer Hochfrequenzglimmentladung bei einer Frequenz von 0,1 bis 100 MHz, einer Leistungsdichte von 0,001 bis 0,5 W/cm3 und einem Druck von 1 bis 1000 Pa erzeugt wird.13. The method according to claim 1, characterized in that the plasma is generated with a high-frequency glow discharge at a frequency of 0.1 to 100 MHz, a power density of 0.001 to 0.5 W / cm 3 and a pressure of 1 to 1000 Pa. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einer Mikrowellenentladung bei einer Frequenz von 0,1 bis 1000 GHz, einer Leistungsdichte von 0,001 bis 0,5 W/cm3 und einem Druck von 1 bis ca. 105 Pa (1 atm) erzeugt wird.14. The method according to claim 1, characterized in that the plasma with a microwave discharge at a frequency of 0.1 to 1000 GHz, a power density of 0.001 to 0.5 W / cm 3 and a pressure of 1 to about 10 5 Pa (1 atm) is generated. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einer Coronaentladung bei einer Gleich- oder Nieder­ frequenzspannung (bis 100 KHz) von 0,1 bis 20 kV, einem Elektro­ denabstand von 1 bis 10 mm und einem Druck von 10 bis 2 × 105 Pa erzeugt wird.15. The method according to claim 1, characterized in that the plasma with a corona discharge at a DC or low frequency voltage (up to 100 KHz) from 0.1 to 20 kV, an electrical denabstand of 1 to 10 mm and a pressure of 10 to 2 × 10 5 Pa is generated. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einer unselbständigen Glimmentladung unter Verwen­ dung einer Glühkathode bei einer Entladungsspannung von 0,4 bis 1 kV, Stromdichten von 0,05 bis 0,5 mA/cm2 und einem Druck von 0,05 bis 20 Pa erzeugt wird.16. The method according to claim 1, characterized in that the plasma with a dependent glow discharge using a hot cathode at a discharge voltage of 0.4 to 1 kV, current densities of 0.05 to 0.5 mA / cm 2 and a pressure of 0.05 to 20 Pa is generated. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Polymerschichten anschließend an die Polymerisa­ tion mit gasförmigen Radikalfängern in Form von halogenierten Kohlenwasserstoffen oder sonstigen, als "Telogenen" bekannten Verbindungen oder in Form von Verbindungen, die im Niedertempe­ ratur-Plasma in Radikale zerfallen, bei Substrattemperaturen im Bereich von 288 K (15°C) bis 673 K (400°C) behandelt werden, wobei die gasförmigen Radikalfänger mit einem Niedertem­ peratur-Plasma bei einem Druck im Bereich von 0,65 Pa (0,005 Torr) bis 133 Pa (10 Torr) und einer Leistungsdichte von 0,001 bis 0,1 W/cm3 aktiviert werden.17. The method according to claim 1, characterized in that the deposited polymer layers subsequent to the polymerization with gaseous radical scavengers in the form of halogenated hydrocarbons or other compounds known as "telogens" or in the form of compounds which in low-temperature plasma into radicals decay, are treated at substrate temperatures in the range of 288 K (15 ° C) to 673 K (400 ° C), the gaseous radical scavengers using a low temperature plasma at a pressure in the range of 0.65 Pa (0.005 Torr) to 133 Pa (10 Torr) and a power density of 0.001 to 0.1 W / cm 3 can be activated.
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