RU2213662C1 - Способ нанесения ультратонких полимерных пленок - Google Patents

Способ нанесения ультратонких полимерных пленок Download PDF

Info

Publication number
RU2213662C1
RU2213662C1 RU2002125874/12A RU2002125874A RU2213662C1 RU 2213662 C1 RU2213662 C1 RU 2213662C1 RU 2002125874/12 A RU2002125874/12 A RU 2002125874/12A RU 2002125874 A RU2002125874 A RU 2002125874A RU 2213662 C1 RU2213662 C1 RU 2213662C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
films
water
materials
liquid phase
volume
Prior art date
Application number
RU2002125874/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2002125874A (ru
Inventor
Пер-Эрик НОРДАЛ
Никлас ЙОХАНССОН
Original Assignee
Тин Филм Электроникс Аса
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тин Филм Электроникс Аса filed Critical Тин Филм Электроникс Аса
Application granted granted Critical
Publication of RU2213662C1 publication Critical patent/RU2213662C1/ru
Publication of RU2002125874A publication Critical patent/RU2002125874A/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/34Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C41/50Shaping under special conditions, e.g. vacuum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/755Membranes, diaphragms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения ультратонких пленок углеродосодержащих материалов с толщиной 0,5 мкм или менее, в частности тонких пленок полимерных материалов. В способе осуществляют формирование пленок путем нанесения материалов из жидкой фазы на твердую поверхность. Указанная жидкая фаза образована материалом в расплавленном состоянии или растворенным в растворителе. Нанесение происходит в замкнутом пространстве, предпочтительно представляющем собой чистую комнату или закрытый объем в составе производственной установки. Используемые материалы обладают способностью проявлять, после соответствующей обработки, ферроэлектрические и/или электретные свойства. В замкнутом пространстве поддерживают такое общее содержание влаги, которое соответствует относительной влажности менее 50% в объеме воздуха, равном объему замкнутого пространства, при давлении 98 кПа. Общее содержание влаги поддерживают за счет исключения и/или удаления воды и паров воды из, по меньшей мере, одного из следующих объектов: жидкой фазы, твердой поверхности и свободного объема замкнутого пространства над твердой поверхностью во время нанесения пленки и ее последующей обработки. Указанное поддержание влаги на заданном уровне осуществляют с учетом фактического давления паров воды в замкнутом пространстве, а также содержания воды в жидкой фазе. Изобретение обеспечивает нанесение высококачественных ультратонких пленок на множество подложек, получение пленок однородной толщины и низким уровнем топографических дефектов поверхности, производство тонких пленок в промышленных объемах. 9 з.п.ф-лы.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения ультратонких пленок углеродосодержащих материалов с толщиной 0,5 мкм или менее, в особенности тонких пленок полимерных материалов. Подобные пленки формируют нанесением материалов из жидкой фазы на твердую поверхность, причем жидкая фаза может быть образована материалом в расплавленном состоянии или растворенным в растворителе, а нанесение происходит в замкнутом пространстве, предпочтительно представляющем собой чистую комнату или закрытый объем в составе производственной установки. При этом используемые материалы обладают способностью проявлять, после соответствующей последующей обработки, ферроэлектрические и/или электретные свойства.
Уровень техники
Тонкие пленки ферроэлектрических полимеров, особенно поливинилидендифторида (ПВДФ) и его сополимеров с трифторэтиленом (ТрФЭ), стали объектом интенсивных исследований после того, как в начале 70-х годов было впервые обнаружено наличие у них ферроэлектрических свойств. Аналогичным образом, большой объем публикаций существует также по полимерам, проявляющим электретные свойства, причем эти материалы также включают полимеры, которые являются ферроэлектриками. В качестве недавнего обзора можно упомянуть, например, Н. S. Nalwa (Editor), Ferroelectric Polymers. Marcel Dekker, Inc., New York, Basel, Hong Kong, 1995.
В прошлом ферроэлектрические полимеры находили коммерческое применение в сенсорах и исполнительных механизмах, которые используют пьезо- и пироэлектрические эффекты в данных материалах, однако в настоящее время проводятся разработки, направленные на использование этих и других классов полимеров с ферроэлектрическими или электретными свойствами в качестве пленочной памяти в энергонезависимых запоминающих устройствах. В подобных устройствах запись данных производится за счет того, что тонкую пленку полимера поляризуют в направлении, нормальном поверхности подложки. При этом логическая "1" соответствует, например, вектору поляризации, направленному вниз, в сторону подложки, а логический "0" - вектору поляризации, направленному в противоположном направлении. Как будет объяснено далее, применения, связанные с хранением данных, требуют использования предельно тонких полимерных пленок, в типичном случае на один или два порядка более тонких, чем те, которые в настоящее время применяются в датчиках и исполнительных механизмах. Как следствие, технологии и процессы, разработанные промышленностью для изготовления датчиков и исполнительных механизмов, оказываются неадекватными для новых запоминающих устройств.
Запись данных на ферроэлектрическую пленку осуществляется приложением к пленке электрического поля, которое на некоторую величину превосходит коэрцитивное поле Еc, причем направленность поля ("вверх" или "вниз") соответствует тому логическому состоянию, которое должно быть записано. В типичном случае один бит информации хранится в участке пленки, расположенной между двумя электродами в структуре, подобной конденсатору, а поле формируется путем подсоединения электродов к источнику напряжения. Последующее считывание осуществляется повторным приложением электрического поля, превосходящего коэрцитивное поле и направленного соответствующим образом (например, "вверх"). В зависимости от того, является ли вектор поляризации в пленке параллельным или антипараллельным приложенному полю, он будет оставаться неизменным или скачкообразно принимать противоположное направление. В первом случае внешний контур, присоединенный к конденсатору, обнаруживает только малое изменение тока. Во втором случае, в результате изменения поляризации, протекает значительно больший ток.
В реальных запоминающих устройствах единичные ячейки памяти в больших количествах располагаются рядом одна с другой, покрывая поверхность пленки, которая может иметь линейные размеры порядка миллиметров или сантиметров. Для того чтобы обеспечить четко определенное, однородное функционирование всех ячеек данного запоминающего устройства, пленка должна обладать однородными физическими свойствами на всей площади расположения ячеек. В данном контексте это означает, что она должна иметь однородную толщину, быть гладкой и свободной от дефектов, таких как поры или микроканалы, пузырьки или включения. Важное требование к реальным устройствам состоит в том, чтобы напряжение, используемое для записи и считывания данных, было по возможности меньшим. При выбранном уровне напряжения, приложенного к ячейке, напряженность поля в ячейке оказывается обратно пропорциональной ее толщине. Для характерных значений Еc в ферроэлектрических полимерах это требование означает, что толщина пленки должна быть существенно меньше, чем 1 мкм, в типичном случае составляя 0,1 мкм и менее.
Описанные выше в качестве примеров применения ультратонких пленок не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения только ферроэлектрическими материалами или применениями, связанными с хранением данных. Например, настоящее изобретение охватывает в общем также и электреты, а также любые применения, требующие надежного изготовления подобных ультратонких пленок.
Требуемые для осуществления изобретения углеродосодержащие материалы могут наноситься на поверхности из расплава или раствора одним из хорошо известных способов, например, центрифугированием, погружением, поливом, с помощью ракельного ножа, принципа мениска (см. Hank Bok, Hua-Sou Tong. A Novel Coating Technique for Flat Panel Application. SPIE, vol. 1815, pp. 86-90, 1992) и т.д.
В данном контексте особое внимание должно быть уделено материалам, обнаруживающим ферроэлектрические и/или электретные свойства, прежде всего фторированным полимерам и сополимерам, таким, как поли(ВДФ-ТрФЭ). До недавнего времени разработки устройств с использованием ферроэлектрических полимеров и основная часть исследований, относящихся к этим материалам, были связаны с полимерными пленками, имеющими толщину, существенно превышающую 1 мкм, например, лежащую в интервале 5-30 мкм. Подобные пленки легко приготавливаются методом центрифугирования или другими методами, основанными на использовании раствора или расплава. Однако, как было упомянуто выше, для использования в качестве памяти необходимы предельно тонкие пленки, толщины которых лежат в интервале от примерно 0,5 мкм до 0,1 мкм и менее. Применительно к такому диапазону способы, входящие в уровень техники, оказались неадекватными для получения воспроизводимых высококачественных тонких пленок.
Нанесение покрытий из раствора представляет особый интерес по многим причинам. В этом случае полимер растворен в соответствующем растворителе, который распределяется по подложке в виде тонкой пленки, например посредством центрифугирования, после чего обеспечивается возможность испарения растворителя. В литературе были описаны стандартные процедуры для нанесения покрытий из ПВДФ и его сополимеров из раствора методами полива или центрифугирования. Использованные растворы включали метилэтилкетон (МЭК), ацетон, диметилсульфоксид (ДМСО), диметилацетамид (ДМА), диметилформамид (ДМФ) и циклогексан. Типичные подложки представляли собой твердую неорганическую поверхность, такую как стекло. Однако использовались также и гибкие металлические или полимерные материалы. Особый интерес для применений, связанных с разработкой различных устройств, представляют подложки, содержащие электрические электроды, которые находятся в электрическом контакте с тонкими пленками. Таким образом, физико-химические условия для процесса нанесения тонкой пленки при изготовлении соответствующих устройств будут в значительной мере определяться электродами, т.е. материалом электрода, топографией поверхности и т.п. Электроды могут составлять часть собственно подложки, или же они могут иметь форму тонких проводящих пленок, нанесенных на изолирующую подложку, в частности, неорганических пленок, содержащих Al, Ni, Cu, Pt, Au, Ti или проводящие оксиды металлов, такие как оксид индия и олова, а также органических пленок на основе проводящих полимеров.
Некоторые растворители, в частности метилэтилкетон (МЭК), обычно давали приемлемые результаты при нанесении методом центрифугирования пленок сополимеров поли(ВДФ-ТрФЭ) на большинстве релевантных поверхностей при толщинах пленок, типичных для современных коммерческих применений. Следует, однако, отметить, что размер кристаллов, получаемых при использовании МЭК или ацетона, лежит в микронном интервале, т.е. слишком велик в случаях, когда для изготовления устройств желательно применить субмикронную литографию. Однако ни один из известных материалов или способов не доказал свою пригодность для стабильного получения высококачественных пленок ферроэлектрического полимера для использования в соответствующих устройствах при толщинах порядка 0,1 мкм и менее.
Например, попытки использовать МЭК или ацетон для получения методом центрифугирования сополимерных пленок поли(ВДФ-ТрФЭ) в диапазоне толщин менее 0,5 мкм давали в результате пленки с сильным рассеянием в видимой области (обусловленным относительно большим размером кристаллов) и с большим количеством пор. Последнее обстоятельство делает такие пленки бесполезными для практических применений, поскольку приводит к закорачиванию устройств на их основе. Более того, при попытках использовать другие растворители, такие как N-метил-2-пирролидон (НМП), ДМФ или ДМСО, в стандартных условиях чистой комнаты (относительная влажность 40% и температура 20oС) метод центрифугирования оказывается полностью непригодным, т.к. не обеспечивает полное перекрытие поверхности. В качестве еще одного примера можно упомянуть циклогексан, который может быть применен в качестве растворителя в условиях чистой комнаты для получения пленки сополимера поли(ВДФ-ТрФЭ) с толщинами порядка 0,15 мкм и более. Однако при меньших толщинах пленки, нанесенные центрифугированием, обладают нестабильными свойствами и, как правило, полны пор. По имеющимся сведениям, не существует опубликованных данных о том, каким образом только за счет выбора растворителя можно гарантировать воспроизводимое получение высококачественных пленок с толщинами около 0,1 мкм и менее.
Сущность изобретения
С учетом недостатков вышеописанных известных подходов главная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании способа, который обеспечивает нанесение высококачественных ультратонких пленок углеродосодержащего материала, особенно ферроэлектрических и/или электретных полимерных пленок, на множество подложек, пригодных для использования в различных устройствах.
Другой задачей, которую решает изобретение, является создание способа, который позволяет обеспечить производство подобных тонких пленок в промышленных объемах.
Наконец, изобретение решает конкретную задачу получения тонкой пленки, имеющей однородную толщину и низкий уровень топографических дефектов поверхности, таких как выступы, углубления и поры или пузырьки.
Вышеперечисленные задачи решены согласно изобретению созданием способа, характеризующегося тем, что поддерживают такое общее содержание влаги в замкнутом пространстве, которое соответствует относительной влажности менее 50% в объеме воздуха, равном объему замкнутого пространства, при давлении, равном 98 кПа (1 ат.), за счет исключения и/или удаления воды и паров воды из, по меньшей мере, одного из следующих объектов: жидкой фазы, твердой поверхности и свободного объема указанного замкнутого пространства над твердой поверхностью во время нанесения пленки и ее последующей обработки. При этом поддержание общего содержания влаги на заданном уровне в любой момент в процессе нанесения пленки и ее последующей обработки осуществляют с учетом фактического давления паров воды в замкнутом пространстве, а также содержания воды в жидкой фазе.
Первый предпочтительный вариант способа по изобретению характеризуется удалением воды из указанной твердой поверхности до нанесения пленки посредством одного из следующих процессов: воздействия повышенной температуры, ионной бомбардировки и обработки гигроскопической жидкостью или газом, при этом названный процесс или процессы протекает (протекают) в атмосфере низкой влажности или в вакууме.
Желательно, чтобы перед нанесением была произведена откачка воздуха из замкнутого пространства.
Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения в замкнутом пространстве перед нанесением создают контролируемую атмосферу с низким уровнем влажности или не содержащую влаги. В этой связи желательно, чтобы контролируемая атмосфера имела в своем составе один или более газов, выбранных из неисчерпывающей группы, включающей инертные газы, азот и моноксид углерода. Альтернативно, контролируемая атмосфера представляет собой осушенный воздух.
Желательно далее, чтобы относительная влажность контролируемой атмосферы составляла менее 35%.
Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения парциальное давление паров воды у твердой поверхности в процессе нанесения пленки и ее последующей обработки поддерживают на уровне ниже 1280 Па, предпочтительно ниже 960 Па.
При осуществлении настоящего изобретения указанные углеродосодержащие материалы выбирают из группы, включающей следующие материалы (но не ограничивающейся ими): олигомеры, полимеры, сополимеры винилиденфторидов (винилиденфторида (ВФ), винилидендифторида (ВДФ), трифторэтилена (ТрФЭ) и тетрафторэтилена (ТФЭ)), винилиденхлоридов и винилиденцианидов, этилена, этилентерефталата, метилметакрилата, акрилонитрила, винилового спирта, мочевин, тиомочевин, уретанов, найлонов, поликарбоната и/или их смеси.
Наконец, согласно изобретению представляется желательным, чтобы нанесение осуществлялось посредством одного из следующих процессов, не ограничиваясь ими: центрифугирования, с использованием мениска, погружения, посредством ракельного ножа и напыления.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Далее будет дано более детальное описание способа по настоящему изобретению, начиная с обсуждения общих предпосылок изобретения и с последующим раскрытием конкретных вариантов его осуществления, приводимых в качестве примеров.
Центральная идея изобретения состоит в том, чтобы поддерживать низкую влажность на протяжении всех этапов нанесения покрытия. Это прежде всего относится к содержанию влаги (или ее отсутствию) в атмосфере, находящейся в контакте с подложкой перед и в процессе нанесения покрытия, но также и к исключению влаги из используемых растворителей и растворяемых веществ.
Перед тем, как перейти к более детальному описанию предпочтительных процедур и материалов, целесообразно привести следующее краткое обоснование.
Материалы для тонких пленок и системы растворителей в рассматриваемом случае подвергаются следующим изменениям:
(1) повреждаются или теряют свою функциональность при наборе воды или
(2) существенно изменяют свое поведение в присутствии воды в части образования пленок на твердых поверхностях.
В отношении проблемы (1). Функциональность, представляющая интерес в данном контексте, относится, в первую очередь, к электрическим характеристикам материалов, образующих пленку, прежде всего, к динамике поляризации (выстраиванию внутренних диполей или захвату зарядов), а также к свойству долговременного сохранения поляризации. Критическими свойствами в этой связи являются высокое электрическое сопротивление и электрическая прочность диэлектрика, причем оба этих свойства существенно ухудшаются в присутствии воды.
В отношении проблемы (2). Характеристики смачивания поверхности жидкостью зависят от очень сложного взаимодействия между поверхностью и жидкостью, а также находящейся над ними атмосферой (если она имеется). Когда жидкость представляет собой раствор, взаимодействие растворитель - растворенное вещество может испытывать влияние других составляющих общей системы. При этом добавление следовых количеств материалов может кардинально изменить способность к образованию пленки. Известно, что поведение полимерных материалов в этом контексте может быть очень сложным (см., например, R. Yerushalmi-Rozen and J. Klein, "Polymer brushes paint a stable picture", Physics World, 1995, August, pp. 30-35).
To, что все поверхности, открытые для контакта с окружающим воздухом, способны в той или иной степени адсорбировать молекулы воды, является надежно установленным фактом (см., например, Н. Luth, "Surfaces and Interfaces of Solid Materials", Springer, 1995). В количественном отношении эта адсорбция воды имеет крутую зависимость от относительной влажности окружающей атмосферы. Кроме того, она находится в сильной зависимости от самого материала поверхности, а также от возможного присутствия загрязнений и других адсорбатов.
Важным классом материалов, подлежащих нанесению в виде тонких пленок в контексте настоящего изобретения, являются ферроэлектрики, включая в первую очередь ПВДФ и сополимеры ВДФ с ТрФЭ и ТФЭ, а также соответствующие производные вещества, в которых, например, атомы фтора заменены на Cl, CN или другие составляющие, или в полимерные цепи введены мономеры на основе пропилена. Релевантными в контексте изобретения являются также другие семейства ферроэлектрических полимеров, например, некоторые виды найлонов, а также некоторые углеродосодержащие материалы, которые обнаруживают электретные свойства, не являясь ферроэлектриками. Известно, что некоторые из этих материалов, например винилиденфториды, являются крайне гидрофобными, тогда как другие, например найлоны, - гигроскопичными.
Из приведенных данных следует, что когда пленки формируются из раствора, растворители могут быть сильно гигроскопичными.
Введение в систему воды будет влиять на процесс формирования пленки несколькими способами, в зависимости от степени сродства между материалами, участвующими в нанесении.
Так, молекулы воды могут связываться с поверхностью, растворенным веществом и растворителем и влиять на поверхностное натяжение и свойства смачиваемости. Вода может быть адсорбирована на поверхность из пара, находящегося в пространстве над данной поверхностью, например, из окружающего воздуха. Аналогичным образом, следовые количества воды в растворителе могут конкурировать за места прикрепления к подложке, а также влиять на растворимость полимера. В процессе нанесения покрытия центрифугированием, когда полимер распределяется по значительной площади, имеет место высокое значение отношения поверхность/объем. Это делает процесс весьма чувствительным к присутствию паров воды в объеме над поверхностью, особенно, когда используют гигроскопические растворители, такие как ДМФ, НМП и ДМСО, а также гидрофобные полимеры, такие как упомянутые выше.
Поскольку чувствительность к влажности зависит от многих параметров (химических свойств растворителя и растворенного вещества, концентрации раствора, температуры, физико-химических условий на границе раздела жидкость-подложка и др.), единственный универсальный критерий контроля влажности состоит в том, что нужно вообще избегать присутствия воды. С учетом этого принципа настоящее изобретение предусматривает как можно более точное следование следующим положениям.
Первое, нужно использовать безводные исходные материалы высокой чистоты. Растворители и полимеры должны быть очищены от воды и сохраняться герметически закрытыми до момента использования.
Второе, необходимо обеспечить, чтобы принимающая поверхность была чистой и свободной от адсорбированной воды. Это означает необходимость разработки протокола подготовки, при следовании которому к моменту начала процесса нанесения обеспечивается наличие поверхности с четко определенными свойствами.
Третье, следует исключить водяной пар из всего процесса нанесения покрытия и последующей герметизации.
Для того чтобы избежать поступления молекул воды из окружающей атмосферы перед и во время нанесения, может быть принята одна из следующих стратегий:
- работа под вакуумом;
- работа в безводной инертной среде, например, в среде инертного газа или N2;
- работа в среде окружающего воздуха, который был предварительно обезвожен.
Обозначенные выше стратегии являются "идеальными" в том смысле, что полное исключение молекул воды на практике недостижимо. Поэтому для того, чтобы они могли быть полезными в условиях промышленного производства, важно указать такие верхние пределы для влажности, в терминах абсолютного парциального давления паров воды или относительной влажности, которые, в соответствии с экспериментальными данными, обеспечивают воспроизводимое и адекватное качество для тонких пленок, применимых в электронных устройствах. Следовательно, в дополнение к раскрытию основных принципов, которым необходимо следовать при получении рассматриваемых ультратонких пленок, в данном описании далее приводятся также и количественные критерии в отношении контроля над влажностью.
Следует особенно подчеркнуть скудность рекомендаций в опубликованной литературе по контролю над влажностью при получении ультратонких пленок. Это можно объяснить тем обстоятельством, что нанесение покрытий из расплава или раствора в рассматриваемом диапазоне толщин все еще является новым и, в основном, неизвестным в производстве электронных устройств. В тех случаях, когда в опубликованных источниках описывается контроль над влажностью, он сконцентрирован не на взаимодействии между подложкой и раствором или расплавом, из которых формируется пленка, а скорее на химических и/или физических свойствах самого пленкообразующего материала. В этой связи могут быть упомянуты следующие патенты. В патенте США 5670210 описан способ нанесения однородного покрытия на подложку. В то время как контроль над влажностью лишь бегло упомянут, без конкретного обоснования, в составе рекомендаций по контролю окружающей атмосферы, основное внимание уделено управлению скоростью испарения раствора путем управления давлением паров. В патенте США 5127362 описано устройство для нанесения покрытия из жидкости, предусматривающее контроль над влажностью. Причина поддержания контролируемой влажности в данном случае заключается в стремлении обеспечить подходящую вязкость пленкообразующей жидкости и за счет этого управлять толщиной формируемой пленки.
В патенте США 5143552 описывается оборудование для нанесения покрытия центрифугированием в атмосфере с контролируемой температурой и влажностью. Однако задача минимизации давления паров воды не ставится. В патенте США 5391393 раскрыт способ изготовления полупроводникового устройства, содержащего тонкую ферроэлектрическую пленку в среде, содержащей кислород. В этом случае тонкая ферроэлектрическая пленка является неорганической, а именно пленкой из цирконата-титаната свинца (PZT), сформированной из золь-гельного раствора. В патенте подчеркивается важность предотвращения попадания воды на стадиях приготовления и обработки золь-геля. Однако это делается только с целью обеспечения продолжительного срока хранения путем замедления деградации, обусловленной влагой, а также повышения общих технических характеристик ферроэлектрического материала.
Далее будут даны некоторые примеры конкретных вариантов осуществления способа по настоящему изобретению.
Хотя приводимые примеры относятся к нанесению покрытия центрифугированием, не следует интерпретировать это как указание на то, что изобретение ограничивается только данным методом. Действительно, главный принцип поддержания низкого уровня содержания воды и контролируемого парциального давления паров воды в равной степени применим к альтернативным методам нанесения покрытий, имеющих промышленное значение. Может быть сделано также следующее замечание. Поскольку данное описание фокусируется на ультратонких пленках, может показаться странным отсутствие в нем прямых ссылок на технологию Лангмюра-Блоджетта (ЛБ-технологию), обеспечивающую нанесение монослойных и многослойных пленок. Однако, хотя ЛБ-технология подразумевается охваченной настоящим изобретением и представляет значительный интерес и полезность для фундаментальных исследований (см., например, С. N. Воrса et al., Appl. Phys. Lett. , 347-349 (1999)), пленки соответствующего типа пока еще не проявили некоторые свойства, которые обнаруживаются в пленках, приготовленных по традиционным технологиям, и которые являются критическими для применения этих пленок в электронных устройствах. Кроме того, ЛБ-технология пока еще не находится в стадии, приемлемой для применения в промышленном масштабе.
Приводимая далее группа примеров иллюстрирует важность контроля над влажностью и приводит необходимые данные. В этих примерах материал, используемый в тонкопленочных покрытиях, представлял собой сополимер поли(ВДФ-ТрФЭ) с соотношением составляющих полимеров 70/30, который используется в некоторых типах устройств, имеющихся в продаже. Однако схожие результаты были получены и с другими сополимерами того же семейства, с соотношением компонентов, варьировавшимся от 55/45 до 83/17. В каждом случае сополимер был растворен в растворителе (который далее указывается отдельно для каждого случая) и затем наносился центрифугированием (в течение 2 мин при 3800 об/мин). Температура составляла 20oС. При отсутствии специальных указаний толщина полученных пленок составляла от 0,1 до 0,4 мкм. Подложки представляли собой полированные кристаллы кремния, на которые были напылены пленки из алюминия.
Примеры 1, 2 и 3 иллюстрируют важность управления относительной влажностью в пространстве над поверхностью, на которую наносится покрытие.
Пример 1
Раствор с массовой долей сополимера 70/30 в ДМФ, составляющей 6%.
а) относительная влажность 45%:
результат: неупорядоченное покрытие поверхности;
б) относительная влажность 2%:
результат: однородные пленки, свободные от пор.
Пример 2
Раствор с массовой долей сополимера в 70/30 НМП, составляющей 6%.
а) относительная влажность 45%:
результат: неупорядоченное покрытие поверхности;
б) относительная влажность 2%:
результат: однородные пленки, свободные от пор.
Пример 3
Раствор с массовой долей сополимера 70/30 в ДМСО, составляющей 6%.
а) относительная влажность 45%:
результат: неупорядоченное покрытие поверхности;
б) относительная влажность 2%:
результат: однородные пленки, свободные от пор.
Следующий пример (пример 4) иллюстрирует, применительно к случаю гигроскопического растворителя, важность жесткого контроля над содержанием влаги в материалах, используемых в процессах получения покрытия. В этой связи можно отметить, что относительная влажность воздуха над поверхностью, равная 45%, является допустимой, но при условии завершения процесса нанесения покрытия за время, которое является слишком коротким для того, чтобы раствор мог поглотить любое существенное количество влаги из окружающей среды. Таким образом, для того чтобы обеспечить максимальную надежность и воспроизводимость процесса нанесения, всегда желательно минимизировать давление паров воды над поверхностью, на которую наносится покрытие
Пример 4
Нанесение покрытия центрифугированием при 2000 об/мин раствора с массовой долей сополимера 70/30 в циклогексане, составляющей 4%, при относительной влажности 45%:
а) циклогексан использовался в том виде, в котором он был получен, т.е. не принималось никаких мер для удаления воды перед выполнением операции нанесения покрытия,
результат: пленки толщиной 0,1 мкм, но с массой пор.
б) перед операцией нанесения покрытия воду, адсорбированную циклогексаном, тщательно удалили посредством дистилляции,
результат: однородные пленки толщиной 0,1 мкм, свободные от пор.
Следует подчеркнуть, что толщина пленок во всех примерах была менее или существенно менее 0,5 мкм. Пленки с намного большей толщиной, в типичном случае в диапазоне нескольких микрометров, могут быть изготовлены без каких-либо дефектов, ухудшающих их качество, без учета содержания влаги в зоне нанесения покрытия.
Однако пленки подобной толщины представляют весьма ограниченный интерес при изготовлении тонкопленочных электронных устройств, таких как тонкопленочные ферроэлектрические запоминающие устройства, рассмотренные во вводной части данного описания. Действительно, уже было отмечено, что толщина пленки для таких применений должна быть значительно меньше 1 мкм, предпочтительно составляя 0,1 мкм и менее.
Способ в соответствии с изобретением может осуществляться как дискретный или непрерывный процесс, например, в режиме "с катушки на катушку", либо в чистой комнате, либо в закрытом производственном объеме. Относительная влажность в атмосфере типовой чистой комнаты обычно определяется как 40%. Множество экспериментов, выполненных изобретателями с материалами, потенциально пригодными для тонких пленок, указанными выше, показали, что тонкие пленки из этих материалов в субмикронном диапазоне могут быть нанесены при относительной влажности 30%. Однако это значение следует рассматривать с учетом действительного содержания воды в материале тонкой пленки, причем это содержание должно в типичном случае лежать в интервале 4-10 мас.%. При использовании абсолютно безводного материала для тонкой пленки значение относительной влажности может быть увеличено с приближением к 45%. Однако это значение зависит от конкретного используемого материала.
Следует также отметить, что жидкая фаза имеет тенденцию абсорбировать в процессе обработки влагу из окружающей атмосферы. Это означает, что содержание воды в материале, находящемся в жидкой фазе, в процессе обработки будет увеличиваться. В связи с этим предпочтительно, чтобы нанесение занимало как можно более короткое время.

Claims (10)

1. Способ получения ультратонких пленок углеродосодержащих материалов с толщиной 0,5 мкм или менее, в частности, тонких пленок полимерных материалов, с формированием пленок путем нанесения материалов из жидкой фазы на твердую поверхность, причем указанная жидкая фаза образована материалом в расплавленном состоянии или растворенным в растворителе, тогда как нанесение происходит в замкнутом пространстве, предпочтительно представляющем собой чистую комнату или закрытый объем в составе производственной установки, а используемые материалы обладают способностью проявлять, после соответствующей последующей обработки, ферроэлектрические и/или электретные свойства, отличающийся тем, что поддерживают такое общее содержание влаги в замкнутом пространстве, которое соответствует относительной влажности менее 50% в объеме воздуха, равном объему замкнутого пространства, при давлении, равном 98 кПа, за счет исключения и/или удаления воды и паров воды из, по меньшей мере, одного из следующих объектов: жидкой фазы, твердой поверхности и свободного объема указанного замкнутого пространства над твердой поверхностью во время нанесения пленки и ее последующей обработки, причем поддержание общего содержания влаги на заданном уровне в любой момент в процессе нанесения пленки и ее последующей обработки осуществляют с учетом фактического давления паров воды в замкнутом пространстве, а также содержания воды в жидкой фазе.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаляют воду из указанной твердой поверхности до нанесения пленки посредством одного из следующих процессов: воздействия повышенной температуры, ионной бомбардировки и обработки гигроскопической жидкостью или газом, при этом названный процесс или процессы осуществляют в атмосфере низкой влажности или в вакууме.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением производят откачку воздуха из замкнутого пространства.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в замкнутом пространстве перед нанесением создают контролируемую атмосферу с низким уровнем влажности или не содержащую влагу.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что контролируемая атмосфера имеет в своем составе один или более газов, выбранных из группы, включающей инертные газы, азот и моноксид углерода, но не ограниченной этими газами.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что контролируемая атмосфера представляет собой осушенный воздух.
7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что обеспечивают относительную влажность контролируемой атмосферы менее 35%.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что парциальное давление паров воды у твердой поверхности в процессе нанесения пленки и ее последующей обработки поддерживают на уровне ниже 1280 Па, предпочтительно ниже 960 Па.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные углеродосодержащие материалы выбирают из неисчерпывающей группы, включающей следующие материалы: олигомеры, полимеры, сополимеры винилиденфторидов, в том числе винилиденфторида, винилидендифторида, трифторэтилена и тетрафторэтилена, винилиденхлоридов и винилиденцианидов, этилена, этилентерефталата, метилметакрилата, акрилонитрила, винилового спирта, мочевин, тиомочевин, уретанов, найлонов, поликарбоната и/или их смесей.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение осуществляют посредством одного из следующих процессов, не ограничиваясь ими: центрифугирования, с использованием мениска, погружения, посредством ракельного ножа и напыления.
RU2002125874/12A 2000-02-29 2001-02-06 Способ нанесения ультратонких полимерных пленок RU2213662C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20001025 2000-02-29
NO20001025A NO312180B1 (no) 2000-02-29 2000-02-29 Fremgangsmåte til behandling av ultratynne filmer av karbonholdige materialer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2213662C1 true RU2213662C1 (ru) 2003-10-10
RU2002125874A RU2002125874A (ru) 2004-02-20

Family

ID=19910808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002125874/12A RU2213662C1 (ru) 2000-02-29 2001-02-06 Способ нанесения ультратонких полимерных пленок

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20020160116A1 (ru)
EP (1) EP1272321B1 (ru)
JP (1) JP3816803B2 (ru)
KR (1) KR100519244B1 (ru)
CN (1) CN1406173A (ru)
AT (1) ATE265298T1 (ru)
AU (1) AU771387B2 (ru)
CA (1) CA2401139C (ru)
DE (1) DE60103048T2 (ru)
ES (1) ES2219507T3 (ru)
NO (1) NO312180B1 (ru)
RU (1) RU2213662C1 (ru)
WO (1) WO2001064413A1 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756620B2 (en) * 2001-06-29 2004-06-29 Intel Corporation Low-voltage and interface damage-free polymer memory device
US6624457B2 (en) 2001-07-20 2003-09-23 Intel Corporation Stepped structure for a multi-rank, stacked polymer memory device and method of making same
US7275135B2 (en) * 2001-08-31 2007-09-25 Intel Corporation Hardware updated metadata for non-volatile mass storage cache
US20030074524A1 (en) * 2001-10-16 2003-04-17 Intel Corporation Mass storage caching processes for power reduction
US7103724B2 (en) * 2002-04-01 2006-09-05 Intel Corporation Method and apparatus to generate cache data
WO2004086419A1 (ja) 2003-03-26 2004-10-07 Daikin Industries Ltd. 強誘電性薄膜の形成方法
KR20060123376A (ko) * 2003-12-22 2006-12-01 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 강유전성 중합체 층의 패턴화 방법
CN1596035B (zh) * 2004-06-24 2010-05-12 同济大学 一种硅微型驻极体声传感器储电膜的化学表面修正方法
JP4749162B2 (ja) * 2005-01-31 2011-08-17 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US7768014B2 (en) * 2005-01-31 2010-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Memory device and manufacturing method thereof
US8212064B2 (en) * 2008-05-14 2012-07-03 E.I. Du Pont De Nemours And Company Ethylene tetrafluoroethylene intermediates
US8318877B2 (en) * 2008-05-20 2012-11-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Ethylene tetrafluoroethylene (meth)acrylate copolymers
KR20130101833A (ko) * 2012-03-06 2013-09-16 삼성전자주식회사 Pvdf계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법
TW201631065A (zh) * 2014-12-17 2016-09-01 漢高股份有限及兩合公司 可印刷鐵電型墨水
CN106115613A (zh) * 2016-07-22 2016-11-16 西北工业大学 一种大面积单层致密纳米微球薄膜组装方法、装置及装置的使用方法
CN108533576A (zh) * 2018-07-17 2018-09-14 国网山东省电力公司济南市长清区供电公司 一种可过滤排除液压油油气的断路器

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3373240A (en) 1964-06-01 1968-03-12 Dow Chemical Co Method of operating an electric arc furnace
US3979535A (en) * 1973-07-31 1976-09-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for the spray application of aqueous paints by controlling the temperature of the air in the paint spray zone
DE2951801A1 (de) * 1979-12-21 1981-07-02 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur herstellung von aequilibrierungsprodukten von organosiloxanen
NO154498C (no) 1984-01-25 1986-10-01 Ardal Og Sunndal Verk Fremgangsmaate og anordning for tilfoering av varme til flytende metall samt anvendelse av fremgangsmaaten.
US5139697A (en) * 1988-01-25 1992-08-18 Canon Kabushiki Kaisha Liquid crystal composition and liquid crystal device using same
JP2788265B2 (ja) * 1988-07-08 1998-08-20 オリンパス光学工業株式会社 強誘電体メモリ及びその駆動方法,製造方法
US5057339A (en) * 1988-12-29 1991-10-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Metallized polyacetylene-type or polyacene-type ultralong conjugated polymers and process for producing the same
US5254504A (en) * 1989-04-13 1993-10-19 Trustees Of The University Of Pennsylvania Method of manufacturing ferroelectric MOSFET sensors
JPH0517595A (ja) * 1991-07-15 1993-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子超薄膜エレクトレツト及びその製造方法
JP3030309B2 (ja) * 1994-03-09 2000-04-10 工業技術院長 薄膜製造装置
JP3158008B2 (ja) * 1995-03-02 2001-04-23 科学技術振興事業団 配向制御された有機薄膜及び製膜法
US5934786A (en) * 1995-09-21 1999-08-10 O'keefe; Donald L. Sealed lighting unit for clean-rooms and the like
KR970063423A (ko) * 1996-02-01 1997-09-12 히가시 데쓰로 막형성방법 및 막형성장치
US5965679A (en) * 1996-09-10 1999-10-12 The Dow Chemical Company Polyphenylene oligomers and polymers
JP3162313B2 (ja) * 1997-01-20 2001-04-25 工業技術院長 薄膜製造方法および薄膜製造装置
US5853500A (en) * 1997-07-18 1998-12-29 Symetrix Corporation Method for fabricating thin films of barium strontium titanate without exposure to oxygen at high temperatures
US5995271A (en) * 1997-10-07 1999-11-30 Optical Coating Laboratory, Inc. Protective coating materials for electrochromic devices
US6599560B1 (en) * 1997-10-30 2003-07-29 Fsi International, Inc. Liquid coating device with barometric pressure compensation
US5869219A (en) * 1997-11-05 1999-02-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Method for depositing a polyimide film
US6177133B1 (en) * 1997-12-10 2001-01-23 Silicon Valley Group, Inc. Method and apparatus for adaptive process control of critical dimensions during spin coating process
US6342292B1 (en) * 1997-12-16 2002-01-29 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Organic thin film and process for producing the same
US6254936B1 (en) * 1998-09-14 2001-07-03 Silicon Valley Group, Inc. Environment exchange control for material on a wafer surface
NO310115B1 (no) 1999-09-03 2001-05-21 Norsk Hydro As Utstyr for smeltebehandling
AU2001264775A1 (en) 2001-05-21 2002-12-03 Alcoa Inc. Aluminum shapes, method and reactor for the production of aluminum and aluminum shapes by carbothermic reduction of alumina

Also Published As

Publication number Publication date
NO312180B1 (no) 2002-04-08
AU771387B2 (en) 2004-03-18
CA2401139C (en) 2007-01-02
KR20020075458A (ko) 2002-10-04
CN1406173A (zh) 2003-03-26
RU2002125874A (ru) 2004-02-20
DE60103048D1 (de) 2004-06-03
KR100519244B1 (ko) 2005-10-07
NO20001025D0 (no) 2000-02-29
AU3621701A (en) 2001-09-12
ES2219507T3 (es) 2004-12-01
WO2001064413A1 (en) 2001-09-07
EP1272321A1 (en) 2003-01-08
CA2401139A1 (en) 2001-09-07
US20020160116A1 (en) 2002-10-31
JP3816803B2 (ja) 2006-08-30
ATE265298T1 (de) 2004-05-15
DE60103048T2 (de) 2005-04-28
EP1272321B1 (en) 2004-04-28
JP2003525121A (ja) 2003-08-26
NO20001025L (no) 2001-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2213662C1 (ru) Способ нанесения ультратонких полимерных пленок
US6812509B2 (en) Organic ferroelectric memory cells
WO2006121336A1 (en) A method for forming ferroelectric thin films, the use of the method and a memory with a ferroelectric oligomer memory material
KR101148798B1 (ko) 누설 전류를 억제하는 수단이 구비된 강유전체 메모리 소자 및 그 강유전체 메모리 소자의 제조 방법
US6815733B2 (en) Switching element and method of making the same
JP7184806B2 (ja) 湿度センサ及びその製造方法
KR20070036243A (ko) 강유전체 반도체장치를 위한 유기물
CA2193563C (en) Method for manufacturing a pyroelectric mixture
JPH0784281A (ja) アクティブ素子
JP6229532B2 (ja) 有機強誘電体薄膜の製造方法
JPS6148983A (ja) 強誘電性高分子薄膜
JPH03223648A (ja) 薄膜感湿素子
JP3318584B2 (ja) 高分子エレクトレットの製造方法
JP4014932B2 (ja) 半導体メモリ素子の製造方法
JPS61105792A (ja) 強誘電性高分子メモリ
JPH02190754A (ja) 湿度センサ
JP3228953B2 (ja) 絶縁層の製造方法、絶縁層、有機薄膜素子、薄膜コンデンサ、液晶素子および有機光記憶素子
JPH04287027A (ja) アクティブデバイス及びアクティブデバイスの製造方法
KR20100071283A (ko) 단결정 TIPS-PEN을 활성층으로 하는 FeFET 및FeFET형 비휘발성 메모리
Kim et al. The Preparation and Characterization of BNdT Thin Films by MOD Process
JP2004043221A (ja) テルル酸化物を含む超薄膜
KR20070074019A (ko) 고분자강유전체램의 하부전극 표면 개질 방법 및 그 방법에의해 제조된 고분자강유전체램
JPS60257007A (ja) 高感度焦電素子及びその製造方法
JPH03122591A (ja) 薄膜感湿素子
JP2006013167A (ja) 有機双安定性素子およびこれを用いた不揮発性メモリ装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080207