Электрофизические свойства пленок полиэтилена, полиамида и полиэтилентерефталата, модифицированных ионной имплантацией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

п Ч лип '.'^п

ь ^ '<■•: удк 621.315.5; 687.7

КАРПОВИЧ ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ПОЛИЭТИЛЕНА, ПОЛИАМИДА И ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МИНСК. 1996

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Белорусского государственного университета

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент

КОЗЛОВ И.П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Оппонирующая организация: Минский научно-исследовательский

институт радиоматериалов «

Зашита состоится "14" февраля 1997 г. в 14 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете (220050, г. Минск, пр. Ф.Скорины 4, Белгосуниверситет, главный корпус, к. 206)

?

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосуниверситета Автореферат разослан "£>" января 1997 т.

КВАСОВ Н.Т.

кандидат физико-математических наук, ст. науч. сотр. ; ШИШОНОК Е.М.

Ученый секретарь Сов доцент

В.Ф.Стельмах

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Актуальность выполненной работы обусловлена открывающимися перспективами по созданию и управлению характеристиками электропроводящих слоев полимеров на основе проведения широкого спектра взаимосвязанных структурных и электрофизических исследований, необходимых для понимания природы физических явлений, происходящих при модификации полимерной матрицы ионной имплантацией.

Для различных целей в радиоэлектронике и радиотехнике часто необходимо иметь материалы, сочетающие электрические свойства неорганических полупроводников и физико-механические, технологические и другие свойства органических полимеров. В связи с этим, после публикации первых работ о возможности получения электропроводящих полимеров, в том числе органических полупроводников, в течение последних лет были выполнены обширные исследования по синтезу, структуре и свойствам полимеров, для которых характерна электронная или дырочная проводимость.

Л

Из анализа имеющихся литературных данных по свойствам модифицированных ионно-имплантированных полимеров, к моменту постановки работы отсутствуют устоявшиеся взгляды на процессы, происходящие в полимерах при имплантации. Нет убедительной модели, объясняющей возникновение низкоразмерных слоев в имплантированных полимерах. Налицо разногласия в вопросах объяснения механизмов проводимости имплантированных слоев. В различных работах приводятся противоречивые результаты по ионной имплантации одних и тех же полимеров, что связано, видимо, с разной технологией получения полимерных пленок, методикой имплантации, измерений и т.д.

Необходимость исследований для производства электропроводящих полимеров, созданных ионной имплантацией, обусловлена прежде всего доступностью технологического процесса, а также рядом фундаментальных аспектов, касающихся физики и химии этих электронных

материалов. Вследствие многообразия свойств высокомолекулярных соединений. которые определяются практически неограниченными возможностями варьирования химической природы, порядка чередования и пространственного расположения звеньев макромолекул, а также характером надмолекулярных структур, полимеры являются хорошими модельными объектами физико-химических исследований. Обнаружение в 1977 году электронной проводимости в органическом полимере, а также возможность получения полимеров в виде тонких, однородных, плотных и когерентных пленок с воспроизводимым)! свойствами, придало новый импульс попыткам успешного использования этих материалов в качестве активных элементов в электронных приборах.

Связь работы с научными программами. Исследования проводились в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы Белорусского государственного университета по теме: "Разработка фундаментальных осно^ создания проводящих органических пленок и принципов управления их физико-химическими свойствами как нового класса электронных материалов". N государственной регистрации 1994603.

В связи с вышесказанным, целью работы было исследование полимерных пленок полиэтилена, полиамида и полиэтнлентеряфталата, подвергнутых имплантации ионами В+ , N Аз* и БЬ+ , в ходе которой решались следующие задачи:

- определи.не структуры н состава ионно-нмплантированного слоя полимера (распределение примесей в профиле модифицированного слоя, глубины его залегания, степень пиролизации и наличие я-сопряженных связей);

- изучение оптических характеристик имплантированных полимерных пленок;

- исследование электрических характеристик облученных полимеров (проводимость на постоянном и переменном токе, температурная зависимость проводимости, тип проводимости);

- установление механизма переноса носителей заряда в имплантированных слоях полимеров.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

- проведено дальнейшее развитие кинетики дефектообразования в полимерных материалах при высокоэнергитичном воздействии;

- проведено исследование глубинных профилей внедренных примесей;

- предложена кинетическая модель образования лироуглеродных "капель" в объеме полимера и формирования тонкого проводящего слоя;

- исследована проводимость модифицированных полимерных пленок на постоянном и переменном токах;

- предложена модель механизма переноса носителей заряда в ионно-имплантированных полимерах;

- разработаны физические принципы управления проводимостью модифицированного слоя.

Практическая и экономическая значимость диссертационной работы

заключается в том, что полученные результаты позволяют использовать

*

полимеры в качестве дешевого и технологичного сырья для производства радиоэлектронных приборов и создавать тонкие проводящие слои в полимерах на стандартном промышленном оборудовании. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Модель образования пироуглеродного проводящего слоя в объеме полимерной матрицы.

2. Модель механизма переноса носителей заряда в ионно-имплантированных полимерах.

3. Физические основе принципов управления проводимостью ионно-имплантированного слоя в полимере.

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации результаты получены лично соискателем и проанализированы с научным руководителем. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образцов, проведении отдельных экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.

Апробация И опубликованность результатов. Основные результаты работы представлялись на Республиканской научно-практической конференции "Метрология 94" (Минск, 1994), American Chemical Society National Meeting (Anaheim, USA, 1995), V Международной конференции по физике и технологии тонких пленок (Ивано-Франковск, Украина, 1995), 51-ой Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию БГГ1А (Минск, 1995) и опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных выводов и списка использованных источников. Объем диссертации составляет 120 страниц, включая 33 иллюстрации. Список использованных источников включает в себя 107 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении приведены краткие сведения о свойствах проводящих полимеров и известных методах получения проводящих структур на их основе.

В общей характеристике работы обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая и экономическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту. Приводится структура диссертации и список опубликованных работ.

В первой главе представлен обзор литературных данных по влиянию структуры полимеров на их электрические свойства. Рассмотрены

вопросы влияния температурной модификации, я- и о-связей на меха-

• г

ннзм переноса носителей заряда в органических материалах. Проанализирован -рад теорий для расчетов пробегов ионов и потерь энергии при их торможении в твердых телах. Рассмотрены вопросы, связанные с образованием радиационных дефектов в полимерах при имплантации различных видов ионов и химические процессы, происходящие при таком методе модификации.

Вторая глава посвящена описанию методики подготовки образцов и проведения экспериментов. В качестве основных методов исследования использовались: резерфордовское обратное рассеяние (КВБ) и метод ядерных (п, а)-реакцпм, оптическая спектроскопия п инфракрасном (ИК), ультрафиолетовом (УФ) и видимом диапазонах, циклическая вольтам-перометрия, температурная зависимость проводимости и измерения проводимости на постоянном и переменном токе. Данные методы позволили провести комплексное изучение структуры облученных полимеров, получить распределения по глубине введенных имплантацией примесей и дефектов, определить электрофизические параметры модифицированных имплантацией полимеров.

В третьей главе приводятся основные экспериментальные результаты по исследованию структуры полимеров и их обсуждение. Проведенные исследования процессов карбонизации, оксидации и диффузии примесей в модифицированных полимерах позволили развить представления о трансформации их структуры при имплантации. Предполагается, что при высоких дозах имплантации, которые можно назвать пороговыми (для ионов Аз\ БЬ+- порядка 1*10'5 см 2 ; В+ ,Ы* - 2*101(" см-2 ),

о

происходит существенное изменение структуры и состава радиационно-поврежденного слоя полимера, т.е. образование двух- и трехмерных углеродных систем, которое способствует значительному уменьшению количества центров захвата кислорода. Для подпороговых же доз характерны процессы окисления с образованием карбонильных групп, которые были зафиксированы спектроскопическими методами. Методом ядерных (п, а)-реакций были получены профили распределения бора, имплантированного в полиэтилен и полиамид с энергией 100 кэВ. Экспериментальные данные сильно отличаются от теоретических. Основное отличие заключается в наличии приповерхностного максимума концентрации бора, величина которого зависит от вида полимерной пленки, в которую была проведена имплантация.

Для изучения структуры имплантированных слоев полимерных пленок использованы методы инфракрасной, видимой И ультра-

фиолетовой спектрофотометрии. При расчете коэффициента поглощения а толщина поглощающего слоя принималась равной RP + AR Р где RP -длина проецируемого пробега ионов, рассчитанная в нашем случае по данным RBS, (п, а)-реакций или теоретически программой TRIM.

Храктерной особенностью зависимости а от дозы является значительный рост коэффициента поглощения при увеличении дозы имплантации сначала в ближней УФ, а затем и в видимой областях спектра. Если учесть, что исходный полимер практически не поглощает в этой области энергий, то можно сделать вывод, что поглощение обусловлено поверхностным слоем полимера, модифицированным действием ионной имплантацпи. Следовательно, в модифицированном слое в результате бомбардировки высокоэнергетнчнымп ионами образуются системы sp: -атомов углерода. Поскольку в исходном полимере углерод находится только в sp3 -состоянии, то отсюда следует, что в результате имплантации произошла значительная структурная перестройка и образование материала с элементами графитоподобных включений, обусловливающих рост оптического поглощения, а также удельной электропроводности исследуемых полимерных пленок в процессе увеличения дозы имплантации.

Исходя из данных, что аморфный углерод включает в себя упорядоченные системы sp2 - атомов углерода - конденсированные ароматические кольт, справедливо предположение, что и в случае имплантации структура модифицированного слоя полимера имеет

аналогичное строение. Тогда оптическое поглощение происходит за счет системы сопряжения конденсированных ароматических колец, а наблюдаемый сдвиг поглощения в сторону меньших энергий при росте дозы имплантации соответствует увеличению степени конденсации. Это означает, что возражает степень упорядоченности sp2 -атомов углерода, генерируемых при имплантации. Другими словами, с ростом дозы увеличивается число и размеры кластеров, содержащих sp: -атомы углерода. ■

Ионная имплантация рассматриваемых полимеров сопровождается быстрым накоплением центров окраски в подвергающихся ионной бом-

бардировке пленках, причем, с ростом дозовой нагрузки меняется как концентрация указанных центров (величина абсорбции), так и характер связанного с ними поглощения. В результате имплантации в поверхностном слое полимерной мишени формируется набор пиролитических образований различных размеров, которые мы называем пироуглеродными "каплями", о чем свидетельствует плавная форма спектров оптического поглощения. Признаки тонкой структуры, которая может быть отождествлена с поглощением низших представителей класса полиенов - диенов и триенов - обнаруживается только в области малых доз (как перегиб в спектре поглощения при 250 им). При большей дозовой нагрузке структура в оптических спектрах отсутствует. Все это свидетельствует о наличии широкого распределения по длине сопряжения в полиеновых структурах, формирующихся в процессе имплантации, и увеличении протяженности сопряжения с ростом величины дозы.

Как следует из данных «следований методом резерфордовского обратного рассеяния, подобным образом меняется концентрация кислорода в имплантированном слое полимерных пленок с дозой имплантации (максимум при 2*10"' В* /см2). При ионном внедрении оборванные углеродные связи могут релаксировать либо с образованием полиеновых двух-трехмерных углеродоподобных структур, либо окисляются с образованием карбонильных групп. Эти два процесса конкурируют друг с другом. Если дозовые нагрузки малы (<2*1016 см-2), то доминирует второй процесс. При больших дозах имплантации идет формирование многомерных структур и количество ассимилированного кислорода в перерасчете на поглощенный ион снижается с увеличением дозы. Процесс формирования Многомерных структур подтверждается и расчетом ширины оптической щели по формуле Тауца. Ширина оптической щели изменяется от 1,12 до 0,76 эВ при увеличении дозы имплантации от 1,2*1015 до 1*1017 ион/см2, Это так же свидетельствует о том, что степень упорядоченности sp2 -атомов углерода, генерируемых при имплантации ионов возрастает.

В четвертой главе приводятся исследования электрических параметров полимерных пленок, модифицированных ионной имплантацией. Анализируются полученные электрофизические характеристики имплантированных полимеров и предлагается модель механизма переноса носителей заряда в таких материалах.

Появление значительной проводимости, характерной для полимерных пленок полиэтилена и полиамида, имплантированных дозой 2*10"' ион/см-, позволяет использовать для их изучения электрохимические методы. При этом образующаяся в результате имплантации пиро-литическая фаза контактирует с раствором в точках выхода этой фазы на поверхность образца (прежде всего, через поры в имплантированном слое) и, следовательно, представляет собой систему микроэлектродов. В то же время, за счет окисления на поверхности имплантированных полимеров органических веществ, способных к полимеризации, можно добиться эффективной электрической изоляции пирополимерной фазы при незначительной потере поперечной проводимости имплантированного образца.

Образующаяся при имплантации проводящая фаза способна необратимо окисляться при анодной поляризации. В то же время указанные свойства имплантированных полимеров открывают дополнительные возможности по управлению концентрацией пирополимера на поверхности имплантированного образца. Задача такого рода нами решена блокированием выходов проводящей фазы полимером-диэлектриком, образующимся в результате анодного окисления орто-фенилендиамида (о-РОА), что приводит к полной потере электрохимической активности вследствие залечивания пор и восстановления сплошности поверхностного диэлектрического слоя. В результате формируется слоистая ллзкоразмерная структура типа "полимер / пирополимер / полимер".

Вследствие имплантации растет удельная электропроводность полимерного материала. Измерения электропроводности ионно-имплантированных пленок проводились на постоянном токе вольгмет-

ром В7-45, сопряженным с компьютером IBM. Значение удельной электропроводности полпэтплена, модифицированного имплантацией ионов бора с дозой порядка 2.0*1016 см0 , составило 5 кОм*см. Толщина проводящего слоя определялась методами резерфордовского обратного рассеяния, (п, а)-реакций или рассчитывалась программой TRIM.

Температурная зависимость проводимости является уникальным способом исследования процессов проводимости в аморфных н кристаллических материалах. Ее характер для большинства полимерных материалов может быть описан как:

ст(Т) = сто ехр(-(То /Т)т ), (1)

где со - проводимость при температуре, стремящейся к бесконечности, То - является характеристической температурой, m - экспоненциальное число. Для зонной проводимости по протяженным состояниям m = 1.

Экспериментальные зависимости показывают, что температурное поведение проводимости образцов (1) определяется экспоненциальным выражением сильнее, чем выражением, стоящим перед экспонентой. Неметаллическое поведение наблюдалось для всех исследованных образцов. Это подтверждает гипотезу о том, что температурная зависимость проводимости предсказывается фононно-активироваппым прыжковым механизмом проводимости с переменной длиной прыжка и такой механизм проводимости является одним из основных способов электропроводности в полимерных материалах.

Далее в работе рассматривается модель механизма проводимости в иошю-имплаитировлипых полимерах, учитывающая копмлексный характер проводимости в таких веществах.

Температурная зависимость проводимости не дает полного представления о характере изменения проводимости, поскольку в ней не учитывается частотная зависимость проводимости. Как показывают литературные и экспериментальные данные частотной зависимости проводимости, при некотором значении частоты проводимость имплантированных

полимеров значительно возрастает и этот рост объясняется увеличением исключительно прыжкового межанизма переноса носителей заряда и никак не объясняется обобщенной моделью проводимости. Тогда, чтобы разделить вклад проводимости по я-электронам и прыжкового механизма переноса заряда можно воспользоваться предложенной моделью проводимости и, зная проводимость на различных частотах, разделить эти значения.

Таким образом, приведенная модель позволяет выделить вклад прыжкового механизма проводимости и проводимости по я-электронам из общей зависимости, т.е. произвести количественный анализ проводимости полимерного материала.

В пятой главе приведено описание переключателя на имплантированной полимерной пленке, который в отличие от существующих устройств такого рода работает только на переменном токе и управляется сигналом любой полярности относительно одного из рабочих электродов.

Обнаружено, что за счет анодного окисления орто-фенилендиамнда (о-РОА) возможно блокирование поверхностных выходов проводящей фазы. При этом происходит' полная потеря электрохимической активности поверхности модифицированной пленки вследствие залечивания пор и восстановления сплошности поверхностного диэлектрического слоя. Это приводит к снижению напряжения запирания канала практически до нулевого значения. Последнее подтверждается данными, показывающими, что начало запирания канала зависит от значения напряжения на управляющем электроде.

- ^

Таким образом, изменением потенциала на управляющем электроде можно управлять режимом запирания проводящего канала.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Выводы по результатам проведенной работы: I. Установлено, что при дозах им^шнтацни для ионов В1 , - 2хГ0|й ион/см-, я для Ав* и БЬ ♦ - 5x10й нон/см2 в модифицированном

слое пленок полиамида и полиэтилентерефталата, вследствие ухода газообразных продуктов, происходит образование карбонильных групп, что отображается на спектрах резерфордовского обратного рассеяния в виде приповерхностных пиков одновременного увеличения концентрации углерода п кислорода и подтверждается оптическими методами. Для образцов полиэтилена, матрица которых не содержит кислород, после имплантации наблюдается оксидация приповерхностного ра-диационно-повреждепного слоя.

2. Установлено, что при дозах имплантации выше ранее указанных, происходит увеличение концентрации углерода в приповерхностном слое пленок полиэтилена, полиамида и полиэтилентерефталата. Так, концентрация углерода в поврежденном слое для полиэтилена, имплантированного мышьяком дозой 1 х 1015 см-2, составляла 65 атомарных % и 75 атомарных % для полиамида, имплантированного аналогичной дозой ионами сурьмы, против 33 атомарных % в неимплантнрованном полимере. В то же время на спектрах поглощения пленок в ИК-диапазоне возникает широкая полоса поглощения с максимумом 1610 см-' , которая с ростом дозы трансформируется в широкую полосу, лежащую в диапазоне 1580-1600 см1, соответствующую поглощению поли-енов. Формирование полпеновых (диеновых и триеновых) структур способствует значительному уменьшению количества центров захвата кислорода.

3. Показано, что с увеличением дозы облучение край оптического поглощения сдвигается в область длинных волн (до 1200 им при дозе имплантации в полиамид Ю17 В+ /см2), что свидетельствует не только об увеличении количества атомов углерода в возникающих графитоподобных образованиях, но и об увеличении числа таких углеродных включении п виде низкоразмерных элементов.

4. Впервые показано, что проводящий слои формируется в пленке полимера на глубине порядка 0,7 - 0,9 средней проецированной длины пробега

ионов В+ и N1* и, в случае внедрения ионов с энергией выше 100 кэВ, этот слой оказывается отделенным от поверхности пористым диэлектри-

ческим слоем. При облучении пленок дозами выше пороговых, образуется сплошной проводящий слой в глубине полимера, имеющий низкоразмерные пространственные характеристики.

5. Установлено, что проводимость слоев полимерных пленок, имплантированных ионами В+ , N* , As+ и Sb* , имеет п- тип и растет с дозой независимо от типа ионов и, при дозах внедрения в полиэтилен 1017 В+/см2, проводимость достигает значений I Ом1 см1, что близко к проводимости графита. Впервые установлено, что для всех исследованных имплантированных полимерных пленок характерен гистерезисный вид ВАХ.

6. На основании анализа температурных и частотных зависимостей проводимости разработана модель переноса носителей заряда в ионио-имплантированных полимерах, учитывающая наличие различных механизмов проводимости в таких материалах и отличающаяся от существующих возможностью учета вклада прыжкового механизма переноса носителей заряда и перкаляционного механизма проводимости.

7. Обнаружено, что за счет анодного окисления орто-фенилендиамида (o-PDA) возможно блокирование поверхностных выходов проводящей фазы и снижение напряжения запирания проводящего канала.

8. Методом ионной имплантации сформирована структура диэлектрик/проводящий слой/диэлектрик. Разработаны физические принципы управления проводимостью пирополимерного слоя на переменном токе, основанные на эффекте запирания проводящего канала в случае приложения электрического поля любой полярности к имплантированному слою.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Азарко И,И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Контроль параметров полимеров, имплантированных ионами И Научно-практическая конференция "Метрологня-94". Тез. докл. - Минск, - 1994, - С. 58.

1.1 J

2. Azarko 1.1., Karpovich I.A., Kozlov I.P., Kozlova Е.1., Odzhaev V.B., Popok V.N., Hnatovich V., Influence of Ion Implantation on the Properties of Polymer Films. Solid State Communication.-1995 - Vol.95, No.l, - P.49-51.

3. Azarko I.I., Odzhaev V.B., Karpovich I.A., Kozlov I.P., Popok V.N., Sviridov D.V., Hnatovich V., Jankovskij O.N., Rybka V., Svorchik V., The Properties of Polyethylene and Polyamide Implanted with В Ions to High Doses// Materials Letters - 1995. - Yol.23 - P. 163-166.

4. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Шмар-ловский В.Н., Переключатель на имплантированной полимерной пленке // Тез. докл. V Межд. конф. по физике тонких пленок. II. - Ивано-Франковск, 1995. -С.342.

5. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Красов-скин C.B., Попок В.Н., Сернов С.П., Модификация пленок полиэтилена имплантацией ионами бора И Тез. докл. V Межд. конф. по физике тонких пленок. U. - Ивано-Франковск, 1995. - С.348.

6. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Красов-ский C.B., Попок В.Н. Свиридов Д.В., Формирование наноструктур в имплантированных полимерах //Материалы межд. 51-ой н.-т. кон., по-свящ. 75 БГПА, "Состояние и персп.раз. науки в БГПА", - ч.4. - Минск, - 1995.-С.64-65.

7. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Сернов С.П., Попок В.Н., Модификация свойств полиэтиленовых пленок ионной имплантацией // Материалы межд. 51-ой н.-т. кон., посвящ. 75 БГПА;"Состояние и персп. раз. науки в БГПА", - ч.4, - Минск, - 1995. -С.64.

8. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Кра-совский C.B., Поверхностные эффекты в имплантированных полимерных пленках И Тез. конф. "Взаимодействие излучений с твердым телом" -Минск, 1995.-C.6I.

9. Азарко И.И., Карпович И.А., Козлов И.П., Оджаев В.Б., Свиридов Д.В., Оптическое поглощение имплантированных полиэтилено-

вых пленок // Тез. конф."Взаимодействие излучений с твердым телом" -Минск, 1995.-С.62.

10. Azarko I.I., Karpovich I.A., Kozlov 1.Р., Odzhaev V.B., Popok N.V., Sviridov D.V., Modification of Poiyethylene, Polyamide, Polyetylen-terephtalate Films by Ion Implantation II Proc. of 209 ACS National Meeting. - Anaheim, USA, 1995.- P.337.

РЕЗЮМЕ

Карпович Игорь Александрович ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ПОЛИЭТИЛЕНА, ПОЛИАМИДА И ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ

Ключевые слова; ионная имплантация, проводящие полимеры, электропроводность.

При ионном облучении полимерных пленок, вследствии термоляции ионов, в объеме полимера образуются "капли", обогащенные углеродом. При определенных условиях имплантации происходит перекрытие этих "капель". Проводящий слой формируется в пленке полимера на глубине, соответствующей максимуму энергетических потерь при электронном торможении имплантируемых ионов и в случае внедрения ионов с высокой энергией (порядка 100 кэВ) этот слой оказывается отделенным от поверхности пористым диэлектрическим слоем. Предлагаемая модель механизма проводимости в ионно-имплантированных полимерах, учитывает комплексный характер проводимости в таких веществах и позволяет выделить вклад прыжкового механизма проводимости и проводимости по р-электронам из общей зависимости, т.е. произвести количественный анализ проводимости полимерного материала. Создан переключатель на имплантированной.полнмерной пленке. В отличие ог. существующих устройств, прибор работает только на неременном токе, а

управление проводимостью канала осуществляется сигналом любой полярности относительно одного из рабочих электродов.

РЭЗЮМЕ

Карпов1ч 1гар Аляксандрав1ч ЭЛЕКТРАФ131ЧНЫЯ УЛАСЦ1ВАСЦ1 ПЛЕНАК ПОЛ1ЭТЫЛЕНУ, ПОЛ1АМ1ДУ I ПОЛ 1ЭТЫЛЕНТЭРЭФТАЛАТУ, МАДЫФ1КАВАНЫХ 1ЕННАЙ 1МПЛАНТАЦЫЯЙ

Ключавыя словы; ¡енная ¡мплантацыя, праводзячыя пал1меры, электраправоднасць.

Пры ¡енным апраменьванш палЫерных пленак, у вытку тэрма-ляцьн ¡енау, у аб'еме п&шмера утвараюцца "кроплГ, узбагачаныя вугляродам. Пры пэуных умовах ¡мплантацьп адбываецца перакрыванне гэтых "кропляу". Праводзячы слои фарм1руецца у пленцы у глыбпп, адпаведиай макамуму энэрптычных страт у вышку электроннага тар-мажэпня ¡мплантуемых 1енау I у вышку укараиеиня ¡енау з высокай энэр-пяй (парадка 100 кэВ) гэты слой аказваецца вылучаным ад паверхш порыстым дыэлектрычным слоем.

Прапануемая мадэль мехажзму праводнасщ у ¡ена-1мплантаваиых пал1мерах ул1чвае комплексны характер п^аводнасщ у так1Х рэчывах 1 дазваляе вылучыць уклад скачковага мехажзму праводнаецг па тс-электронах з агульнай залежиасш, г.зн. стпарыць колькасиы анашз праводнасц! пал!мериага матэрыялу. Створаны перакшочалыйк на ¡м-плантаванай пал1мернай пленцы. У адрознешн ад ¡снуючых уладкаванняу, прыбор працуе толью па пераменным току, а змяненне праводнасц! канала ажыццяуляецца агналам любой палярнасщ адносиа аднаго з ра-бочых электродау.

16

SUMMARY

Karpovich Igor Alexandrovich

ELECTRO-PHYSICAL PROPERTIES OF POLYETHYLENE, POLYAMIDE AND POLYETHYLENETHEREPHTALATE FILMS, MODIFIED BY ION IMPLANTATION

Key words: ion implantation, conducting polymers, electro-conductivity.

There are so-called "drops" inriched with carbon formed in the bulk of the

ion implanted polymer film due to the ions thermolation. An overlapping of

these "drops" occurs under some certain conditions of ion implantation. The

conducting layer is formed in the film at the depth corresponding to the

maximum of the energy losses while the electronic stopping of the implanted

ions. If the incoming ions are highly energetic (i.e, have the energy of about 100

keV), this layer gets separated from the surface by porous dielectric layer.

The model of the conductivity mechanism in the ion implanted polymers

offered here takes into account the complex character of the conductivity

in such substances and allows to mark out the contribution of the hopping

mechanism and p-electron conductivity out from the general relations, i.e. it

allows to make a quantitative analysis of the polymeric material

conductivity. There was a switch on the implanted polymer film created. Unlike

the currently existing devices, this instrument operates only at alternating current

tj

and the chanal conductivity is controlled by a signal of any polarity relatively to one of the working electrodes.