Привлекательный объект изучения
С помощью нового радиоиндикаторного метода исследователям впервые удалось точно измерить адгезию атомов серебра к полимерам, что важно как для микроэлектроники, так и для фундаментальных исследований. В частности, они дают представление о раннем росте металлических пленок на органических поверхностях, что представляет интерес для дальнейших исследований свойств границ раздела металл-полимер. Исследователи под руководством Франца Фаупеля из Кильского университета испарили различные полимеры с радиоактивно меченым серебром и определили так называемый коэффициент конденсации. Это мера адгезии металла к подложке - она отражает отношение числа адсорбированных атомов к общему числу атомов, попавших на поверхность. При комнатной температуре коэффициент конденсации для полиимида близок к 1, для тефлона AFTM всего 0,002. Таким образом, из тысячи падающих атомов серебра только два остаются «прилипшими» к тефлоновой подложке. Почему прочность сцепления так сильно различается от полимера к полимеру, до сих пор неясно.
Кильской рабочей группе удалось показать, что атомы металлов адсорбируются в «предпочтительных точках» образца. Это могут быть определенные химические группы или локальные примеси. Обратнорассеянные атомы временно связаны с подложкой и в течение этого времени беспорядочно перемещаются по поверхности полимера, как следует из температурной истории коэффициента конденсации и углового распределения отраженных атомов (Physical Review Letters от 1 марта 1999 г.).
Металлические пленки на поверхности полимера имеют большое значение для микроэлектроники, так как металл и полимер встречаются при контакте и изолирующих цепях. Полиимид уже сегодня используется в микроэлектронике, а тефлон AFTM обсуждается как изолятор будущего.
Сочетание таких неравноправных партнеров - металла и аморфно-органических тел - также интересно для фундаментальных исследований. Изменение коэффициента прилипания для различных полимеров указывает на связь между макроскопической смачиваемостью и атомарной конденсацией. Для поликарбоната исследователи из Киля смогли показать, что адсорбция атомов серебра происходит в «выбранных точках» на подложке. Микроскопическая природа этих особо реакционноспособных участков поверхности полимера до сих пор неясна.
Различные результаты указывают на то, что существуют предпочтительные места для адсорбции: например, прочность сцепления увеличивается, если плотность дефектов на образце полимера сначала увеличивается с помощью ионной бомбардировки. Кроме того, адгезия не зависит от скорости осаждения, не имеет значения, сколько атомов в секунду достигает поверхности полимера. Указание на то, что слипание не инициируется встречей атомов серебра. Скорее, «ловушки» на полимерной подложке служат ядрами роста пленки. Это могут быть определенные химические группы или локальные примеси.
Адгезионная прочность всех полимеров уменьшается с повышением температуры. Такое поведение особенно заметно для полиимида: между тремястами и четырьмястами градусами Цельсия - в области стеклования - коэффициент конденсации снижается примерно с 0,8 до менее чем 0,2. При стекловании подвижность молекул полимера увеличивается, так как твердое органическое вещество переходит в вязкое состояние. Как видно из падения коэффициента конденсации, по словам исследователей из Киля, сталкивающиеся атомы серебра «чувствуют» что-то из этой динамики. Атомы также не сразу отскакивают от поверхности, а временно связываются. Направление отраженных атомов давало ту же картину: в течение короткого промежутка времени между ударом и отрывом атомы металла беспорядочно перемещаются по поверхности полимера. В результате у них теряется «память» о направлении падения и месте удара.
Эксперименты исследовательской группы Киля дают представление о раннем росте металлических пленок на органических поверхностях. Если вы хотите изучить свойства интерфейса металл-полимер и конкретно повлиять на них, то такие исследования раннего роста пленки важны, говорит Фаупель. Для толстых пленок влияние границы раздела теряется: с увеличением покрытия подложки коэффициент конденсации увеличивается и приближается к 1, что и ожидается для осаждения металл-на-металл.