Способ получения электропроводящего полимерного покрытия на подложке

 

Использование: в технологии производства электронной техники, в частности при нанесении полимерного покрытия на подложки. Сущность изобретения: способ получения электропроводящего полимерного покрытия на подложке включает электрополимеризацию мономера в присутствии полифторированного сульфокатионита, в качестве которого используют сополимер этилена с перфтор-(4-метил, 3,6-диоксооктен, 7-сульфокислотой), концентрацией 0,7310-3 M, а полимеризацию ведут в ацетонитриле. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии производства электронной техники и касается нанесения активного диэлектрика или полупроводника на полупроводниковые подложки. В качестве активного диэлектрика, который наносят на кремниевую подложку, покрытую слоем оксида кремния, могут быть использованы пленки из полисопряженных полимеров (полианилин, полипиррол, политиофен и др.) с проводимостью, зависящей от уровня допирования. Последняя определяется редокс-состоянием полимера и концентрацией противоионов, компенсирующих заряд полимерной цепи. Это позволяет изготавливать полевые транзисторы, в которых канал между стоковым и истоковым электродами формируется полисопряженным полимером, проводимость которого можно задавать как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации прибора (микроэлектрохимический транзистор).

Известны способы получения полимерных покрытий на полупроводниковой подолжке путем электрополимеризации гетероциклических мономеров (пиррол, тиофен) из водного или органического электролита, содержащего простую растворимую соль [1] Однако при этом трудно добиться хорошей адгезии покрытия к подложке и избежать его деформации при сушке, что приводит к большому проценту брака.

Ближайшим к изобретению является способ получения полимерного покрытия путем анодной электрополимеризации пиррола из водного раствора перхлората лития на электроде, содержащем предварительно нанесенное покрытие из геля полифторированного сульфокатионита Нафиона [2] с общей формулой CF2-CFCF2- где m 5-1, n 1000.

Для приготовления геля мембрану из Нафиона растворяли в смеси этилового спирта и воды в соотношении 1:1 при 250о С в автоклаве. Полученный раствор выпаривали при 100о С и сухой полимер измельчали при температуре жидкого азота. Для приготовления геля порошок полимера выдерживали в смеси дибутилфоpмамида и ацетонитрила, добавляли мономер пиррола и полученный гель выливали на проводящую подложку из ИТО. Ацетонитрил удаляли продувкой азота через гель в течение 2 ч для отверждения пленки, затем электрод опускали в водный раствор перхлората лития и вели полимеризацию при постоянном потенциале 1 В относительно нормального каломельного электрода. После полимеризации пленку отделяли от электрода, промывали ацетонитрилом от непрореагировавшего пиррола, сушили под вакуумом при 70о С. Для исследования физико-химических свойств пленку приклеивали к электродам серебряной пастой.

Недостатками прототипа являются сложность и многостадийность получения на электроде геля Нафиона, использование сложной двухфазной системы с электролитом в водной фазе и гидрофобным гелем Нафиона в органической фазе, невозможность получения покрытия на изделиях сложной формы, например структуре полевого транзистора. Сульфогруппы Нафиона допируют полипиррол только на 20% остальные положительные заряды на цепи полимера (13%) компенсируют анионы перхлората из водной фазы. Сложность и многостадийность получения композиционной пленки приводит к значительному разбросу данных по физико-химическим характеристикам (проводимость, электрохимические свойства и др. ) из-за небольших отклонений в технологическом режиме использованной партии Нафиона при последующей отмывке покрытия от мономера и электролита, а также в результате различного содержания геля Нафиона в полученном композите из-за трудности получения пленки одной и той же толщины. В результате соотношение полимерной матрицы Нафиона и полипиррола меняется от образца к образцу, что приводит к разбросу физико-химических характеристик.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности получения стабильных физико-химических свойств электропроводящего полимерного покрытия.

Технический результат достигается тем, что по способу получения электропроводящего полимерного покрытия на полупроводниковой подложке путем электрополимеризации мономера в присутствии полифторированного сульфокатионита, в качестве сульфокатионита используют сополимер этилена с перфтор-(4-метил,3,6-диоксооктен,7-сульфокислотой) с общей формулой CH2-CHCF2- где , и электрополимеризацию ведут в ацетонитриле.

Предлагаемый сульфокатионит хорошо растворим при обычной температуре в ацетонитриле и имеет вдвое более высокую кислотность, что позволяет использовать его в качестве единственного электролита для электрополимеризации проводящих полимеров, например пиррола, N-метил-пиррола,3-метил-тиофена, тиофена с образованием однородного прочного покрытия на аноде. В этом случае ионы сульфокатионита внедряются в матрицу проводящего полимера в качестве противоиона, компенсирующего положительный заряд полимерной матрицы, и, следовательно, содержание их обусловлено уровнем допирования полимера и для выше перечисленных полимеров составляет один противоион на три мономерных звена. Постоянство содержания полимерного иона и равномерность его распределения определяют хорошую воспроизводимость физико-химических свойств полимерного покрытия.

П р и м е р 1. Электросинтез проводят в трехэлектродной ячейке с разделенными электродными пространствами. Объем ячейки 5 мл. Вспомогательным электродом служит платиновая сетка, электродом сравнения является хлорсеребряный электрод. Полимеризацию проводят на подложке из пластины или структуре полевого транзистора из кремния (КЭФ 4,5/100) с напыленными золотыми контактами и шириной канала проводимости 10 мкм. Покрываемая площадь электрода 9 мм2. Полипиррол синтезируют в ацетонитрильном растворе полифторированного сульфокатионита концентрацией 0,73.10-3 и 0,6.10-3 М пиррола в режиме циклической развертки потенциала со скоростью 5.10-2 В с-1 в интервале от -0,8 до +2,3 В. После первых двух циклов зародышеобразования основной рост пленки происходит при потенциале +1,3 В, плотность тока 0,25-0,3 мА.см-2. После проведения 15-17 циклов рост пленки прекращается. Полученную пленку тщательно промывают ацетонитрилом и сушат в аргоне. Пленка полипиррола очень плотная с хорошей адгезией к поверхности электрода черного цвета с металлическим блеском. По данным сканирующей электронной микроскопии видно, что полученный полимер имеет мелкозернистую структуру с размером зерен менее 0,1 мкм. В процессе дедопирования пленки полипиррола в широком диапазоне проводимости от 10-1 до 10-7 Ом.см-1 не происходит деформация и отслаивание полимера от структуры полевого транзистора.

П р и м е р 2. Электрополимеризацию 3-метилтиофена проводят как описано в примере 1, в ацетонитрильном растворе полифторированного сульфокатионита концентрацией 0,73.10-3 и 0,66.10-3 М 3-метилфтиофена в режиме циклической развертки потенциала от -0,8 до +2,6 В со скоростью 5.10-2 В с-1. Основной рост пленки происходит в области потенциалов +1,5-1,6 В, плотность тока в этом интервале потенциалов составляет 1-1,5 мА.см-2. После 15 циклов происходит заращивание канала в структуре полевого транзистора. Пленка поли-3-метилтиофена получается плотная, темная блестящая с хорошей адгезией к поверхности и мелкозернистой структурой. В процессе дедопирования в широком диапазоне проводимости от 10-2 до 10-7. Ом-1.см-1 не происходит деформация и отслаивание полимера от подложки.

П р и м е р 3 (сопоставительный). Электросинтез полипиррола проводят как описано в примере 1, но в ацетонитрильном растворе 0,1М (С4Н9)4NBF4 и концентрацией пиррола 5.10-3 М в режиме циклической развертки потенциала от -0,4 до +1,2 В. Основной рост пленки происходит в области потенциалов +0,2-0,5 В, плотность тока составляет 1 мА.см-2. Уже после пяти циклов развертки потенциала происходит полное покрытие поверхности, но осадок очень рыхлый, канал проводимости зарастает плохо, с дефектами. После дедопирования вследствие изменения объема полимера при выходе из него анионов покрытие деформируется и отстает вместе с напыленными золотыми контактами.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОДЛОЖКЕ, включающий электрополимеризацию из раствора электролита, содержащего мономер и полифторированный сульфакатионит, отличающийся тем, что в качестве сульфокатионита используют сополимер этилена с перфтор-(4-метил, 3,6-диоксооктен, 7)-сульфокислотой общей формулы где m 1 1,4; n 1000, а в качестве растворителя используют ацетонитрил.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют структуру полевого транзистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов Шоттки

Изобретение относится к технологии формирования медных дорожек на диэлектрических подложках
Изобретение относится к области электрохимиии, в частности к получению хромовых покрытий на полупроводниковых материалах, в частности на кремнии -n и -p типа и силицидах 3d-переходных металлов

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении полупроводников. Композиция содержит по меньшей мере один источник меди и по меньшей мере одну добавку, получаемую путем реакции многоатомного спирта, содержащего по меньшей мере 5 гидроксильных функциональных групп, с по меньшей мере первым алкиленоксидом и вторым алкиленоксидом из смеси первого алкиленоксида и второго алкиленоксида. Способ включает контакт композиции для нанесения металлического покрытия с подложкой, создание плотности тока в подложке в течение времени, достаточного для осаждения металлического слоя на подложку. Технический результат: обеспечение заполнения отверстий нанометрового и микрометрового размера без пустот и швов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил., 8 пр.

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции. Техническим результатом изобретения является уменьшение плотности поверхностных электронных состояний и увеличение эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда на границах раздела «органический слой - диэлектрик» и «диэлектрик - полупроводник». 5 ил., 6 табл., 3 пр.

Предоставлен полевой транзистор, содержащий электрод затвора, предназначенный для приложения напряжения затвора, электрод истока и электрод стока, оба из которых предназначены для вывода электрического тока, активный слой, образованный из оксидного полупроводника n-типа, предусмотренный в контакте с электродом истока и электродом стока, и изолирующий слой затвора, предусмотренный между электродом затвора и активным слоем, при этом работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, а концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×1017 см-3 или более. Изобретение обеспечивает получение полевого транзистора, электроды истока и стока которого имеют высокую устойчивость к процессу термообработки и обработке в окислительной атмосфере и имеют низкое удельное электрическое сопротивление, при этом транзистор не требует наличия буферного слоя. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 24 ил., 19 табл.

Изобретение относится к технологии производства электронной техники и касается нанесения активного диэлектрика или полупроводника на полупроводниковые подложки

Наверх