Pulsplasmapolymerisation von Acetylen, Ethylen, 1,3-Butadien und Styrol:: Spektroskopische Charakterisierung, Alkalimetalldotierung und elektrische Leitfähigkeit der dünnen Schichten

Abstract

Retzko, Iris: Pulsplasmapolymerisation von Acetylen, Ethylen, 1,3-Butadien und Styrol: Spektroskopische Charakterisierung, Alkalimetalldotierung und elektrische Leitfähigkeit der dünnen Schichten Organische dünne Filme mit definierten chemischen Strukturen und physikalischen Eigenschaften werden für zahlreiche Anwendungen in Gebieten wie z.B. Elektronik, Optik oder Medizintechnik benötigt. Die Plasmapolymerisation ist von besonderem technologischem Interesse, da dünne Plasmapolymerfilme auf jedem Material von beliebiger Geometrie in der gewünschten Schichtdicke abgeschieden werden können. In dieser Arbeit wird ein zeitlich asymmetrisch gepulstes RF Plasma eingesetzt, um Filme mit Schichtdicken im nm-Bereich abzuscheiden. Die Abscheideraten der Plasmaprozesse werden mit Hilfe einer Schwingquarzwaage ermittelt. Die chemische Struktur von plasmapolymerisiertem Acetylen, Ethylen, 1,3-Butadien und Styrol wird mit den spektroskopischen Methoden XPS, NEXAFS, UV/Vis, FTIR und TOF-SIMS untersucht. Auf der Grundlage der Abscheideraten und der spektroskopischen Daten wird der Polymerisationsmechanismus diskutiert. Da die Plasmapolymere eine hinreichend hohe Konzentration an ungesättigten Bindungen enthalten, soll nach reduktiver Dotierung eine elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Dazu werden die Alkalimetalle Lithium, Natrium und Kalium simultan zur Plasmapolymerisation der Monomere Acetylen, Ethylen, 1,3-Butadien und Styrol verdampft. Die alkalimetalldotierten Plasmapolymere werden mittels XPS und TOF-SIMS untersucht, um Informationen zum chemischen Aufbau der Organometall-Spezies zu erhalten. Der spezifische elektrische Widerstand der undotierten und dotierten Plasmapolymere wird in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen. Der Einbau von atmosphärischem Sauerstoff in Plasmapolymerschichten, die Luftkontakt hatten, wird erörtert. Radikale, die im Plasmapolymer eingeschlossen sind, werden als signifikante Ursache für die Post-Plasma-Oxidation gesehen.

Retzko, Iris: Pulse Plasma Polymerization of Acetylene, Ethylene, 1,3-Butadiene and Styrene: Spectroscopic Characterization, Alkali-Metal-Doping and Conductivity of the thin Films Organic thin films with defined chemical structures and physical properties are required for various applications in fields concerning e.g. electronics, optics or life-science. Plasma polymerization is of technological interest, since the deposition of plasma polymers is possible on any material of any shape in the desired thickness. An asymmetrically pulsed rf plasma is used to deposit such coatings in the nm range of thickness. The deposition rates of the polymerization processes are measured by means of a quartz micro balance. The chemical structures of the plasma polymers deposited from the monomers acetylene, ethylene, 1,3-butadiene and styrene, are characterized by spectroscopic methods as XPS, NEXAFS, UV/Vis, FTIR and TOF-SIMS. On the basis of the deposition data and the spectroscopic results the polymerization mechanisms are discussed. Since the plasma polymers contain a sufficient amount of unsaturated bonds, reductive doping shall yield electrically conductive films. Therefore the alkali metals lithium, sodium and potassium are evaporated simultaneously to the polymerization process of the monomers acetylene, ethylene, 1,3-butadiene and styrene. The alkali metal doped films are analyzed by XPS and TOF-SIMS spectroscopy to get information about the chemical structure of the organometallic species. The specific electrical resistance of the pure and doped plasma polymers is measured in dependency on the frequency. Moreover the insertion of atmospheric oxygen into the plasma polymers, which were stored in air, is treated. Radical sites that remain in the plasma film are considered to play an important role in the aging-behavior of the coatings.