聚酰亞胺薄膜中納孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建及其性能研究.pdf

1、在新一代高密度集成電路中，超低介電常數(shù)（k）電介質(zhì)材料的應(yīng)用可以大幅度降低電阻電容延遲時間、串音和功率損耗，具有廣泛的潛在應(yīng)用。除了較低的介電常數(shù)，新一代電子產(chǎn)品的發(fā)展要求電介質(zhì)材料還必須具備各種其它性能，如良好的擊穿場強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性、低的吸水率及對半導(dǎo)體和金屬基體良好的粘附性。而聚酰亞胺（PI）材料固有的綜合性能及對半導(dǎo)體和金屬基板良好的附著力總體上可以滿足這些要求。然而，常規(guī)聚酰亞胺薄膜的介電常數(shù)是3.1~3.5，與超低

2、介電常數(shù)（一般要低于2.0）的要求不相適應(yīng)。近年來，作為一種降低介電常數(shù)的新方法，在互連結(jié)構(gòu)中引入空氣間隙和在聚合物基體中引入納米尺度的孔洞（簡稱納孔）成為全球范圍內(nèi)的研究熱點。
　　本論文利用模板法制備了含有大量納孔結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺薄膜，并對薄膜的介電常數(shù)、電性能、熱性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先通過乳液聚合的方法合成了自帶模板劑的近單分散性納米致孔劑。通過對原料比例，以及對初始單體濃度、引發(fā)劑、乳化劑和分散劑極性的調(diào)整，實現(xiàn)了對致孔

3、劑親水親油平衡和尺寸的調(diào)控，進(jìn)而可以更好地控制致孔劑在溶劑中的分散情況。然后將自帶模板劑的致孔劑與聚酰亞胺前驅(qū)體溶液混合，涂膜，通過亞胺化反應(yīng)及熱分解法脫除致孔劑，制得納孔聚酰亞胺薄膜。
　　利用多種儀器對所制備的致孔劑及納孔薄膜進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制得的自帶模板劑的致孔劑表面光滑、球形度好、呈單分散性，尺寸在30nm左右，可以很好地在溶劑中擴(kuò)散。隨著反應(yīng)條件的變化，尺寸隨之變化，從而可實現(xiàn)對致孔劑尺寸的靈活調(diào)控；通過對致孔劑

4、的 TG-DSC分析，得出致孔劑在180℃已經(jīng)開始分解，440℃已經(jīng)幾乎分解完全，這確保了可通過熱分解法脫除致孔劑，并制得納孔聚酰亞胺薄膜。所制得聚酰亞胺薄膜含有一定的納孔結(jié)構(gòu)，在一定的范圍內(nèi)，聚酰亞胺薄膜中納孔的數(shù)量，隨著致孔劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加隨之增加，當(dāng)致孔劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定值時，薄膜中孔的數(shù)量反而降低；加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)自帶模板劑的致孔劑的聚酰亞胺薄膜，熱穩(wěn)定性和抗電擊穿性能相差不大，但用聚酰亞胺前驅(qū)體制成鹽，然后制得的聚酰亞胺薄膜的