RU1778118C - Способ получени провод щего сло в полиимиде - Google Patents

Abstract

Название: способ получени  провод щего сло  в полиимиде. Использование: создание провод щих контактов и термочувствительных элементов дл  электронной и электротехнической промышленности . Сущность изобретени : дл  повышени  проводимости полиимид облучают последовательно ионами инертного газа с энергией 30-50 кэВ, дозой 10 - 1016 см при плотности ионного тока 10-12 мкА/см2 и затем ионами т желых металлов с энергией 90-100 кэВ, дозой 3 1015 - 1017 см 2 при плотности ионного тока 5-7 мкА/см , при этом конкретные значени  энергий выбирают исход  из равенства глубин проникновени  ионов т желых металлов и инертного газа.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к технологии получени  тонких провод щих слоев в полимерах , в частности к получению провод щихслоев в термостойком полимере-полиимиде путем ионного облучени . Данные пленки используютс  дл  создани  провод щих приконтактных областей, а также в качестве термочувствительных элементов.

Полиимид  вл етс  одним из широко распространенных полимеров, обладающий высокой (до 550°С) термостойкостью и устойчивостью к агрессивным средам. Материалы класса полиимидов  вл ютс  типичными диэлектриками и используютс  в качестве гибких диэлектрических подложек в устройствах микроэлектроники. Вместе с тем перспективным  вл етс  использование данного материала и в качестве провод щего .

Известные в насто щее врем  способы повышени  проводимости полиимида, например , химическое легирование, ионное облучение, не позвол ет увеличить значение проводимости выше 400 .

В св зи с этим актуальным  вл етс  дальнейшее усовершенствование указанных методов с целью получени  в полиимиде слоев с повышенной проводимостью, приближающейс  к проводимости традиционных металлических проводников.

Известен способ получени  провод щих слоев в полиимиде, включающий облучение пленки исходного полиимида (толщиной 125 мм) легкими ионами газа - азота с энергией 0,3-1,0 МэВ в вакууме 4 10 Торр. При этом исходный полиимид раVJ VI

00

со

зогреваетс  под действием облучени  до 300-400°С. Слои, полученные в полиимиде данным способом, представл ют собой тонкие толщиной до f мкм разупор доченные области вблизи поверхности. Проводимость таких слоев зависит от энергии (Е) дозы облучени  (D) и ионного тока 0) и дл  интервала энергии 0.3-1,0 МэВ дозы 1017см и плотности ионного тока 0,5 мкА/см2 составл ет пор дка 100 Ом см .

Таким образом, недостатком слоев, полученных по способу-аналогу,  вл етс  невысока  проводимость при комнатной температуре азоок .

Известен также наиболее близкий по технической сущности и достигаемому положительному эффекту способ формировани  провод щих слоев в полиимиде, прин той за прототип, включающий облучение исходного полиимида ускоренными легкими ионами инертного газа-неона (NeJ с энергией 150 кэВ, с дозой 2 10 см и ионным током плотностью 0,5-2 мкА/см в вакууме 10 7Торр.

Преимуществом прототипа перед аналогом  вл етс  более высокое значение проводимости облученного сло , ее величина составл ет 280 .

Вместе с тем недостатком пленок, полученных по способу-прототипу,  вл етс  низка , по сравнению с традиционными провод щими материалами, проводимость озоок Известно облучение полиимида и ионами т желых инертных газов Хе+; Кг, но и тогда азоо к не превышает 420 см 1Целью изобретени   вл етс  повышение проводимости формируемого сло .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе получени  провод щего сло  в полиимиде, включающем облучение исходного полиимида легкими ионами инертного газа, согласно формуле изобретени , упом нутое облучение провод т ионами с энергией 30-50 кэВ. дозой 10 - 10 см при плотности ионного тока 10-12 мкА/см2, после чего полиимид дополнительно облучают ионами т желых металлов с энергией 90-100 кэВ, дозой 3 1015-1017 см 2 при плотности ионного тока 5-7 мкА/см2, при этом конкретные значени  энергий из указанных диапазонов выбирают исход  из равенства глубин проникновени  ионов т желых материалов и инертного газа.

Сущность предлагаемого способа заключаетс  в том, что в результате первого этапа облучени  достигаетс  необходима 

0

5

0

5

глубина разупор дочени  полиимида и обеспечение стока зар дов в процессе легировани , а в результате второго этапа - карбонизаци  и легирование. Все это приводит к повышению проводимости азоо к

Одним из существенных признаков за вленного способа  вл етс  энерги  облучени  легкими инертными ионами инертного газа. Она должна лежать в интервале 30-50 кэВ.

Как было установлено авторами, при таких энерги х облучени  происходит эффективное разупор дочение поверхности полиимида на необходимую глубину. При энерги х, лежащих 30 кэВ, проводимость получаемых пленок ниже, чем у прототипа, а при энерги х выше 50 кэВ происходит локальный пробой облучаемой пленки, что ведет к сильным неоднородност м 7зоо к на поверхности полиимида.

Следующим необходимым признаком  вл етс  величина плотности ионного тока, котора  должна ограничиватьс  интервалом 10-12 мкА/см2.

0

0

5

Превышение верхней границы интервала плотности тока приводит к перегреву облучаемой пленки и к процессу ее термического разложени .

При более низких, чем 10мкА/см2, плотност х тока происходит недостаточный нагрев пленки, что ведет к низкой эффективности разупор дочени .

Также необходимым признаком  вл етс  доза облучени  инертным газом - она 5 должна лежать в интервале 1015-1016см 2.

При дозах меньше 1015 не образуетс  провод щий слой на поверхности полиимида , вследствие отсутстви  стока зар дов при последующем облучении.

Использование доз более 1016см  вл етс  нецелесообразным, поскольку это не приводит к дальнейшему увеличению С7зоо к в данном интервале энергий.

Кроме того, существенным дл  достижени  цели изобретени   вл етс  дополнительное облучение полиимида ионами т желых металлов.

При этом существенным признаком  вл етс  энерги  облучени , котора  должна 0 лежать в интервале 90-100 кэВ.

При энерги х, меньших 90 кэВ не происходит достаточного нагрева, необходимого дл  карбонизации и легировани  приповерхностного сло  полиимида.

При энерги х, больших 100 кэВ глубина проникновени  ионов металла не будет соответствовать глубине проникновени  ионов инертного газа. Кроме того, будет происходить большое выделение энергии,

5

которое ведет к термическому разложению пленки полиимида.

Следующим необходимым признаком  вл етс  величина плотности ионного тока, котора  должна ограничиватьс  интервалом 5-7 мкА.

Превышение верхней границы интервала плотности тока приводит к локальному перегреву пленки и к процессу ее термического разложени .

При более низких, чем 5 мкА/см плотност х тока, выдел ема  при облучении мощность  вл етс  недостаточной дл  карбонизации .

Также необходимым признаком  вл етс  доза облучени  ионами т желых металлов (например, Ga), она должна ограничиватьс  интервалом 3 101 - 101 .

При дозах меньших 3 1015 см2 не наблюдаетс  значительного легировани  и С7зоок при этом не превосходит С7зоо к прототипа.

При дозах, превышающих 1017 , наблюдаетс  насыщение значений азоо к .. а также локальный перегрев и деструкци  пленки.

Таким образом, дл  достижени  цели изобретени  критическим  вл ютс  не только значени  энергий, доз и плотности ионного тока при облучении легкими ионами инертного газа, но и значени  энергий, доз и плотности ионного тока при облучении ионами т желых металлов, что свидетельствует о существенности перечисленных признаков способа. Повышение проводимости получаемого сло  происходит только при соответствии режимов облучени  за вленным интервалом.

Авторами впервые было установлено, что последовательное облучение полиимида сначала легкими ионами инертного газа, а затем ионами т желых металлов при строго определ емых режимах предлагаемого способа формирует слои с более высокой проводимостью.

Что касаетс  предлагаемых режимов первичного и дополнительного облучени , то закономерность вли ни  их на повышение проводимости также не была известна, а установлена авторами впервые экспериментально .

Таким образом, предложенный способ представл ет собой новую совокупность неразрывных существенных признаков, котора  приводит к про влению нового свойства - обеспечению в облученных сло х одинаковой глубины проникновени  легких ионов инертного газа и ионов т желых металлов , привод щего к новому положительному эффекту - повышению проводимости до величины 1100 .

Дополнительно сущность изобретени  иллюстрируетс  фигурой, на которой представлена зависимость проводимости формируемого сло  от дозы облучени  галлием.

Примеры конкретной реализации. 1. Получение провод щего сло  в пол- имиде проводилось в рабочем объеме установки ИЛУ-Ч. В качестве исходного материала использовалась пленка промыш- . ленного полиимида марки ПМ, толщиной 40 мкм, котора  закрепл лась в держателе. Облучение исходного полиимида проводилось последовательно ионами разных типов в вакууме .

В качестве легких ионов инертного газа использовались ионы Аг+, а в качестве ионов т желого металла - ионы Ga.

Облучение ионами Аг+ велось с Е 40 кэВ, D 1015 , j 10 мкА/см2.

Затем полиимид дополнительно облу- чалс  ионами Ga+ с Е 90 кэВ, D 3 1015 - 1017см 2, 7мкА/см2.

При этих услови х глубины проникновени  ионов Аг+ и ионов Ga , согласно данным дл  кристаллических полупроводников, со- измеримы и составл ли пор дка 500А .

Дл  измерени  проводимости на поверхность слоев ПИ методом термического напылени  в вакууме Торр наносились золотые контакты, к которым крепились подвод щие провода.

Измерени  велись в планарной геомет- рии, при этом величина проводимости изотропного сло  определ лась по формуле

-

/7

р R m d

где р- удельное сопротивление облученного сло  {Ом

R - сопротивление сло 

I - длина сло  m - ширина сло 

d - толщина сло 

Дл  измерени  проводимости использовались универсальные цифровые приборы

ЩЗОО, Щ68003, В7-21, источник питани  Б5-49.

Значени  проводимости облученных слоев ПМ: Аг+ : Са+, как видно из фигуры, возрастала с ростом дозы облучени  Ga+ и

достигали величины 1,1 - 103 при Оса 1 1017 см-2. Значени  азоо к более чем в 2 раза превышают значени  азоо к . полученные при облучении ионами инертных газов.

В полном соответствии с вышеописанным примером пригодилось получение провод щих слоев и при других режимах облучени , вход щих в интервалы, указанные в формула изобретени . Данные по режимам и парамегодм гслученных слоев приведены в табл.1.

Таким образом, как видно из данных, приведенных в табл.1, увеличиваетс  более чем в 3 раза по сравнению со способом-прототипом и величина проводимости приближаетс  к величине материалов с металлическим характером проводимости.

Это стало возможным в результате сформировани  при ионном облучении особой структуры провод щих слоев, в которой глубины проникновени  ионов при первом и втором облучении совпадают.

Кроме того, достоинством предлагаемого способа  вл етс  высока  однородность в проводимости получени х слоев и воспроизводимость их параметров. Необходимо также отметить высокую временную стабильность свойств полученных слоев.

2.В ходе дальнейших исследований авторами проводилось облучение полиимида другими различными типами ионов инертного газа ( vi т желых металлов (in+, Pd4). Что касаетс  режимов этих облучений, то они варьировались в пределах, представленных в формуле изобретени . При этом достигалось увеличение проводимости

вплоть до аШ к 0J О с; Г1, что аналогично значению rncbtw ости, приведенному в примере конкреп-ой реализации описани  изобретени , Проставление таблиц , аналогичных приведенным в первоначальных материалах запвки, считаем нецелесообразным, поскольку они нос т тождественный характер и не привнос т принципиально носю# информации.

3.Метаешь пол х рл режимов облучени , обеспеччрг пщчх равенство глубин

проникновени  различных ионов, заключаетс  в следующем:

1)задаетс  условие - создание в поли- имиде провод щего сло  определенной глубины путем облучени  ионами;

2)исход  из формулы, описывающей максимальный пробег ионов

Рмакс Нр + ARp + A(2)

где Rp - проецируемый пробег ионов при определенной энергии облучени ,

&Rp - разброс по уровню 0,5 - распределени ,

А - погрешность (А к 30 А)

определ етс  энерги  облучени  мишени при условии равенства Ямакс дл  разных видов ионов.

Например, дл  ионов Аг+ и Ga+, указанных в примере конкретной реализации, при выбранной глубине Нмакс « 550 А, энерги  облучени  (Е) составл ет (данные приведены в табл.2).

3) После чего производитс  формирование провод щего сло .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  провод щего сло  в

   полиимиде путем облучени  его ускоренными легкими ионами инертного газа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  проводимости получаемого сло , облучение провод т ионами с энергией 30-50 кэВ, дозой 10 -1016 при плотности ионного тока 10-12 мкА/см2 после чего полиимид дополнительно облучают ионами т желых металлов с энергией 90-100 кэВ, дозой 3

   10

   15

   10 см при плотности ионного тока

   5-7мкА/см .при этом конкретные значени  энергий выбирают исход  из равенства глубин проникновени  ионов т желых металлов и инертного газа.

   Таблица

   Таблица2