聚酰亚胺纳米多孔薄膜的合成及应用

【摘要】：随着集成电路工业(IC)的快速发展,芯片上集成的晶体管数量越来越多,芯片尺寸越来越小,导致互连布线密度增加,互连电阻及线间电容增大,使得信号传输时间延迟,成为IC产业发展的瓶颈。因此,降低绝缘层介电常数以减小电阻-电容延迟(RC delay)时问成为IC工业的必然选择。按照国际半导体工业协会(ITRS)2009年修订的国际半导体技术发展蓝图预测,为满足未来IC产业的发展,绝缘层介电常数(κ)须2.0,然而本体材料的κ值很难达到2.0以下,所以引入介电常数最小的空气到低介电材料中制备多孔材料是目前研究低介电常数材料的新思路。但合成同时满足介电常数低和机械性能优良要求的多孔薄膜材料是一项难题。 本文以非离子表面活性剂F127为模板,以由均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4-二氨基二苯醚(ODA)共聚得到的聚酰胺酸为前驱体,通过溶剂挥发诱导自组装(EISA)一步法合成由几十纳米大小的多孔近球形颗粒组成的PI多孔薄膜(MPNP-PFs)。文中分析了F127含量、前驱体中封端基/交联剂、前驱体分子量、溶剂挥发温度、空气湿度、成膜方式、模板剂脱除过程等因素对膜结构与性能的影响,探讨了MPNP-PFs的形成机理。测试结果表明MPNP-PFs由近球形PI颗粒紧密堆积而成,颗粒粒径小于50 nm,颗粒内存在大量孔道,孔径为纳米量级,这使得MPNP-PFs拥有同时来自颗粒内部的介孔和颗粒间的堆积孔,孔隙率高,介电常数最低可降至1.92。同时PI薄膜中颗粒堆积紧密并有部分交联,机械性能良好,弹性模量大于1 GPa。因此本文通过EISA一步法,成功地获得了同时具有介电常数低和机械性能优良的PI多孔薄膜。