顺序渗透合成中三甲基铝在PMMA薄膜内的扩散：原位动态光谱椭偏研究
材料科学
2020-09-18 v1
摘要
顺序渗透合成（SIS）通过将气态前驱体渗入聚合物中，成功实现了在聚合物薄膜内生长无机材料，既可用于增强聚合物功能特性以制备有机-无机杂化材料，也可在图案化聚合物薄膜或自组装嵌段共聚物中渗透以制备无机纳米结构。SIS工艺是在原子层沉积（ALD）反应器中，对聚合物薄膜进行金属有机前驱体与共反应物蒸气暴露循环的可控序列。本工作中，我们利用原位动态光谱椭偏仪（SE），研究了以三甲基铝（TMA）和H2O在不同聚合物薄膜中进行氧化铝的SIS过程。原位动态SE能够对聚合物的溶胀进行时间分辨监测，这与金属前驱体在聚合物内部的扩散与保留密切相关。当暴露于TMA蒸气时，观察到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与聚苯乙烯（PS）具有不同的溶胀行为。PMMA薄膜的溶胀明显强于PS薄膜，导致在O2等离子体去除聚合物后，渗入的Al2O3厚度差异很大。PMMA薄膜在TMA暴露及与H2O反应后达到不同的溶胀状态，取决于TMA剂量以及TMA暴露后的吹扫时长，这对应于保留在聚合物内部并转化为氧化铝的金属前驱体量的不同。通过研究原始PMMA薄膜在TMA渗透过程中的溶胀，提取了TMA在PMMA中的扩散系数，并表明其依赖于聚合物分子量。原位动态SE监测使得能够控制SIS工艺，将其从长吹扫下的类ALD工艺调节为选择性限制在聚合物薄膜内的类化学气相沉积工艺。
引用
@article{arxiv.2009.08344,
title = {Trimethylaluminum Diffusion in PMMA Thin Films during Sequential Infiltration Synthesis: In Situ Dynamic Spectroscopic Ellipsometric Investigation},
author = {Elena Cianci and Daniele Nazzari and Gabriele Seguini and Michele Perego},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.08344},
year = {2020}
}