聚酰亚胺LB膜真空热解制备β-SiC膜的STM观察.pdf

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1、Vol.23高等学校化学学报No.92002年9月C~EMICALJOURNALOFC~INESEUNIVERSITIES1826~1828[研究简报]聚酰亚胺LB膜真空热解制备B-SiC膜的STM观察金邦坤丛树昕何平笙(中国科学技术大学高分子科学与工程系合肥230026)关键词聚酰亚胺;Langmuir-Blodgett(LB)膜;SiC膜;扫描遂道显微镜中图分类号O484.1文献标识码A文章编号0251-0790(2002)09-1826-03扫描隧道显微镜(STM)是一种基于量子隧道效应对样品

2、进行高分辨无损测试的表面测试技术+[1]它可以在原子水平上反映表面分子或原子的排列分布情况在物理~化学~生物和微电子界受到高度的重视.STM技术以及其后发展起来的原子力显微镜(AFM)特别适合LB膜的研究能直观地反映出LB膜中分子排列的微观结构以及表面缺陷[23].我们曾通过真空热解沉积在单晶硅片上的聚酰亚胺LB膜制得了准单晶B-SiC超薄膜[4~6].本文利用STM技术对聚酰亚胺LB膜以及由它真空热解而成的SiC膜的表面形态结构进行了初步观察和分析.1实验部分1.1聚酰亚胺LB膜的制备参照文献[

3、7]方法制备聚酰亚胺LB膜.将均苯四甲酸二酐(PDMA)与44/-二氨基二苯醚(ODA)反应得到聚酰胺酸再与NN/-二甲基十八胺混合生成前驱物聚酰胺酸NN/-二甲基十八铵盐.参照文献[4]方法将0.001mol/L前驱物的二甲基甲酰胺-苯溶液滴铺在0.001mol/LCdCl2亚相上以20mm/min的速度压缩成单分子膜然后在恒定膜压(25mN/m)下以6mm/min的速度沉积成Y型LB膜在真空和300下亚胺化1h得到聚酰亚胺LB膜.1.2真空热解制备SiC薄膜将聚酰亚胺LB膜在日本产UnionOp

4、tical~M-4高温金相显微镜的真空加热炉中进行真空热解真空度为1mPa热解温度为1000.所得样品用XPS等方法检测证明确为SiC薄膜[56].1.3扫描隧道显微镜观察在本校自制的扫描隧道显微镜上进行STM观察偏压Vb=0.037V参考电流1=0.59nA.由于聚酰亚胺LB膜是优良的电绝缘体而STM测试对样品的导电性有一定要求故本实验中聚酰亚胺LB膜被沉积在ITO导电玻璃基片上并且尽量减少膜的沉积层数以降低电阻率.SiC膜本身是很好的半导体材料具有一定的电导率因此只要选择合适的工作参数可以直接进

5、行STM观察.2结果和讨论图1是沉积在导电玻璃上的聚酰亚胺LB膜的STM照片.图1(A)为55nmX55nm膜的大尺寸表观形貌图1(B)为同一张膜的高分辨STM照片(1.8nmX1.8nm).由图1可见LB膜在大范围内沿膜沉积方向呈现出一定的取向分布但并未显示出特别的高度有序性说明LB膜在沉积过程中基本保持了单分子膜的分子取向排布.但在LB膜沉积过程中由于剪切力的作用单分子膜在转移到固体基片上时分子链可能会发生严重的扭曲及缠结等现象.图1中的粗条纹是不同取向的分子链区域的分界线.~eckl[8]在观

6、察其它材料的LB膜时也发现了类似的现象.在图1(B)中可清晰地看到很规则收稿日期:2001-06-07.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29974028)资助.联系人简介:何平笙(1941年出生)教授博士生导师主要从事热固性树脂复合材料的固化~单晶体~膜及软刻蚀和分子自组装研究.E-mail:hpsm@ustc.edu.cnNo.9金邦坤等:聚酰亚胺LB膜真空热解制备B-SiC膜的STM观察18Z7的周期性亮条纹.这些亮条纹呈现出典型的聚酰亚胺分子链的弯曲结构[9](Scheme1).图1中每两

7、个条纹之间的间距约为0.45nm链中弯曲角约为110弯曲点间距离为1.5nm.这些数值在误差范围内与模型符合得较好.Spong等[10]认为在STM测试中有机物中的共轭电子具有较大的隧道电流据此图1中的亮条纹应对应聚酰亚胺分子主链可见在LB膜的局部范围内分子链是高度严格取向的.fig.1STMphotographsofpolyimideLbfilm(A)55nm>55nm;(B)1.8nm>1.8nm.Scheme1Zig-zagmodelstructureofpolyimidemolecularc

8、hain图Z(A)和(B)分别是15层SiC膜的大尺寸范围(70nm>70nm)和高分辨(1.8nm>1.8nm)的STM照片图Z(C)是SiC薄膜的局部高倍放大图.图Z(A)只表现出一维有序性在另一方向则较为杂乱.这里除了与上面类似的原因外另一个重要原因是这里所用的基片为普通的抛光硅片其表面平整度达不到原子水平'.因而STM照片中不可避免地包含了硅基片表面的起伏'信息.仔细辨别可隐约看出图中有一些不完整的六边形边界结构它们可能与SiC膜的生长过程中形成的大小不一的[