Введение к работе
Актуальность
Упорядоченные молекулярные ансамбли, создаваемые методом Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) являются перспективным объектом для разработки элементной базы электронных приборов на молекулярном уровне и использования в тонкой химической технологии (создание рецепторных центров твердотельных сенсоров, в том числе и медицинского применения, мембран и т.д.). Задача создания молекулярных устройств с заданными функциями не может быть решена без использования высокомолекулярных соединений. Это обусловлено их высокой термостойкостью и возможностью управления физико-химическими свойствами образуемых ими пленок. Одним из примеров пленок, получаемых на основе высокомолекулярных соединений, являются полиимидные пленки Ленгмюра-Блоджетт (ПЛБ). Полиимидные ПЛБ находят применение в качестве ориентирующих слоев в жидкокристаллических ячейках, позитивных фоторезистах, диэлектрических покрытиях. Изготовлению полиамидных ПЛБ обычно предшествует стадия получения ПЛБ соли полиамндокислоты и далее её имидизации термическим, химическим способами или облучением УФ-излучением. В большинстве случаев используется химический метод имидизации. Другие методы и их влияние на электрофизические, оптические и физико-химические свойства ПЛБ изучены в меньшей степени.
Допол21ительный путь расширения областей практического применения пленок ЛБ на основе соли полиамндокислоты состоит в модификации их физических и химических свойств введением в монослои добавок различной природы.
Таким образом, исследование различных способов модификации ПЛБ на основе соли полиамндокислоты с целью изменения их электрофизических, оптических и физико-химических свойств позволит расширить области их практического применения и представляется весьма актуальным.
В связи с выше изложенным целью работы явилось установление закономерностей формирования ленгмюровских монослоев и пленок Ленгмюра-Блоджетт на основе диметилоктадециламмониевой соли полиамндокислоты и исследование их оптических и электрофизических свойств при термической имидизации, введении органических красителей. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
исследовать влияние температуры субфазы на поведение смешанных монослоев соли полиамндокислоты на границе раздела фаз «вода — воздух» при сжатии;
-
получить пленки Ленгмюра-Блоджетт на неорганических подложках из монокристаллического кремния р- и п- типа, кварца, стекла и изучить микрорельеф поверхности полученных пленок;
-
изучить спектральные (УФ-, ИК- и видимый диапазоны) характеристики,
определить показатель поглощения, показатель преломления и толщину пленок Ленгмюра-Блоджетг соли полиамидокислоты и системы «соль полиамидокислоты - органический краситель» различного состава и способа получения;
-
изучить влияние процесса термической имидизации на спектры поглощения, показатель преломления и толщину, электрофизические свойства пленок Ленгмюра-Блоджетт диметилоктадециламмониевой соли полиамидокислоты;
-
изучить воздействие света и изменение влажности на электрофизические свойства систем: пленка Ленгмюра-Блоджетт на основе соли полиамидокислоты - неорганическая подложка
Научная новизна:
-
обнаружено уменьшение и отсутствие изменения коэффициента переноса монослоев соли полиамидокислоты от числа нанесенных слоев по Z-типу и по Y-типу, соответственно;
-
на основе анализа микрорельефа поверхности полиамидной пленки Ленгмюра-Блоджетт выявлены дефекты типа «зона преимущественного роста»;
-
определен (эллипсометрический метод) показатель преломления и толщина пленки Ленгмюра-Блоджетт до и после имидизации диметилоктадециламмониевой соли полиамидокислоты;
-
показана зависимость величины гистерезиса вольт-фарадных характеристик структур металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) от толщины пленки Ленгмюра-Блоджетт соли полиамидокислоты и установлено влияние процесса имидизации на величину и направление обхода петли гистерезиса вольт-фарадных характеристик МДП-структур.
-
проведено сравнение электрофизических и оптических свойств полиимидных пленок, полученных по технологии Ленгмюра-Блоджетт и методом полива.
Практическая значимость работы.
Полученные результаты уточняют и расширяют представления о влиянии внутренней упорядоченности в полиимидных пленках на их оптические и электрофизические свойства, а также влиянии процесса термической имидизации на электрофизические и оптические свойства структур: неорганическая подложка - пленка Ленгмюра-Блоджетг на основе соли полиамидокислоты.
Установлена возможность использования пленок Ленгмюра-Блоджетт на основе соли полиамидокислоты в качестве промежуточного слоя в структурах алюминий - монокристаллический кремний р- и n-типа для увеличения фототока, что может найти применение для улучшения параметров и характеристик фотопреобразующих устройств.
Показано влияние изменения влажности на электрофизические свойства пленок Ленгмюра-Блоджетт на основе соли полиамидокислоты. Предложено учигьшать этот факт при использовании пленок Ленгмюра-Блоджетт соли полиамидокислоты в качестве диэлектрических покрытий, создании датчиков влажности.
На защиту выносятся:
-
Данные о влиянии температуры субфазы на поведение смешанных монослоев соли полиамидокислоты при сжатии и некоторые закономерности их переноса на неорганические подложки.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния термической имидизации диметилоктадециламмониевой соли полиамидокислоты на оптические и электрофизические свойства пленок Ленгмюра-Блоджетт.
-
Увеличение фототока в структурах алюминий - монокристаллический кремний при использовании полиамидных и полиимидных пленок Ленгмюра-Блоджетт в качестве промежуточного слоя.
-
Данные о влиянии изменения влажности на электрофизические свойства структур металл-диэлектрик-металл, содержащих пленку Ленгмюра-Блоджетт на основе соли полиамидокислоты.
Личный вклад автора заключается в исследовании поведения монослоев на основе соли полиамидокислоты на границе раздела вода - воздух и их переноса на неорганические подложки методом Ленгмюра-Блоджетт, анализ их микрорельефа; исследовании электрофизических свойств продольных и поперечных структур металл-диэлектрик-металл, металл-диэлектрик-полупроводник, содержащих пленки Ленгмюра-Блоджетт на основе соли полиамидокислоты, и влияние на них изменения освещенности и влажности; исследовании влияния термической имидизации, введения красителей на оптические и электрофизические свойства пленок Лснгмюра - Блоджетт.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Студенческой научной конференции Колледжа прикладных наук СГУ (Саратов, 1997), Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997), Международной конференции «Оптика полупроводников» (Ульяновск, 1998), Международной XXXVI научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 1998), XXIV Европейском конгрессе по молекулярной спектроскопии (Прага, 1998), Научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием нефти и газа» (Саратов, 1998), Научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья» - (Астрахань, 1999), Международной конференции «Диэлектрики -2000» (Санкт-Петербург, 2000), Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2000)"(Саратов, 2000).
Публикации: по результатам диссертации опубликовано 13 работ. Из них 1 статья опубликована и две приняты к опубликованию в центральной печати, 7 статей в сборниках и материалах конференций, 2 тезисов докладов на русском и 1 на английском языке.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа изложена на 155 страницах, включая введение, пять глав, список использованных источников
(Ill источников). Работа содержит 39 рисунков и 9 таблиц. В первой главе
представлен обзор литературы, в котором особое внимание уделялось анализу
результатов исследований по получению и свойствам полиамидных и
полиимидных пленок. Во второй описаны реактивы, техника и методика
эксперимента и расчета. В третьей главе изложены результаты исследования
ленгмюровских монослоев диметилоктадецнламмониевой соли
полиамидокислоты и смешанных монослоев на её основе и их зависимость от температуры субфазы, получение ПЛБ и их микрорельеф. В четвертой главе описаны оптические свойства полиамидных и полиимидных ПЛБ, а также ПЛБ содержащих органический краситель. В пятой главе представлены результаты исследования электрофизических свойств систем: ПЛБ на основе сПАК -неорганическая подложка и влияние на них имидизации соли полиамидокислоты, изменения влажности и освещенности.