Методы деполяризационной спектрометрии в анализе дефектности тонкопленочных носителей информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Кубанский государственный университет»

Методы деполяризационной спектрометрии в анализе дефектности тонкопленочных носителей информации

Лаврентьев В.В.

В настоящее время все шире становится использование полимерных пленок для изготовления гибких носителей информации, применяемых в системах с молекулярной записью и электростатическим считыванием [1]. Данные носители, в отличие от традиционных, практически не подвержены действию механических и тепловых ударов. При этом от точности и чувствительности методов определения дефектности пленок во многом зависит надежность, точность и долговечность записанной информации, и разработка данных методов, особенно неразрушающих, является актуальной задачей. полимерный пленка электростатический дефект

В данной работе методами деполяризационной спектрометрии анализируется влияние действия различных физико-химических обработок на изменение степени дефектности, структуру и молекулярную подвижность полиимидных пленок, используемых в качестве носителей в системах записи и хранения информации.

Общеизвестно, что способность полимерных пленок накапливать заряды статического электричества с одной стороны является отрицательным свойством, ухудшающим гигиенические, технологические и эксплуатационные параметры. В тоже время, данное свойство является необходимым для изготовления пленочных электретов, используемых в микрофонах, датчиках и других радиоэлектронных приборах.

Способность полимеров к электризации можно использовать как метод неразрушающего контроля для оценки структурных превращений, происходящих при действии на них различных дестабилизирующих факторов, например, агрессивных сред, электрических разрядов, ионизирующих излучений и т.д.

Для изучения электростатических свойств на пленочные образцы методом зарядки в поле коронного разряда постоянного напряжения разной полярности, переменного тока, трением, помещением между плоскими электродами, подключенными к источнику высокого напряжения наносились электрические заряды и исследовалась кинетика их релаксации. Поверхностная плотность заряда и ее изменение со временем измерялась при помощи динамического конденсатора с вибрирующим электродом, подключенным к плате АЦП. Сигнал записывался в память ПК с дальнейшей расшифровкой и построением графиков зависимостей величины заряда от времени релаксации. Во всех случаях характер спада величины заряда со временем имел однотипные зависимости, различающиеся временем релаксации заряда. Вид нанесения зарядов не влиял на изменение параметрических зависимостей начальной плотности заряда.

Согласно существующим представлениям [2], уменьшение плотности поверхностного заряда (релаксация электретного состояния) может быть связано с освобождением захваченных носителей зарядов из ловушек, находящихся на различных глубинах. При этом чем глубже находятся ловушки и чем больше их число, тем меньше должна быть скорость уменьшения заряда. В качестве ловушек зарядов могут выступать дефекты структуры и границы между аморфной и кристаллической фазами полимера [2]. Исходя из этого, можно предположить, что изменение концентрации различного рода дефектов, изменение степени упорядоченности надмолекулярных образований полимера приведет к изменению концентрации и перераспределению ловушек электрических зарядов, что должно отразиться на способности полимера к восприятию и релаксации нанесенных зарядов.

Многочисленные эксперименты по влиянию изменения структурной упорядоченности позволили выявить корреляционные зависимости между степенью дефектности полимерных пленок и их способностью к восприятию электростатических зарядов, послужившие основой ряда неразрушающих методов контроля их эксплуатационных свойств [3].

Для искусственного создания дефектов образцы в виде пленок полиимида ПМ-1 толщиной 40 мкм были подвергнуты УФ - облучению от лампы ПРК-7М в течение различных периодов времени (0-60 час). Через каждые 5 часов экспозиции проводилось измерение величины электрической прочности пленок на постоянном токе, напряжения возникновения ионизационных процессов при приложении высокого напряжения, концентрации субмикротрещин, и величины напряженности начального электрического поля после нанесении на пленки зарядов.

Изменение значения электрической прочности может косвенно характеризовать изменение степени дефектности полимерной пленки. Как известно, возникновение любых дефектов в объеме полимера (микропоры, микротрещины, неоднородности структуры) способствует развитию в этих дефектах частичных разрядов при приложении к образцу высокого напряжения. Рост интенсивности этих разрядов приводит к необратимым химическим изменениям в структуре полимера и завершается электрическим разрушением образца (пробоем), т.е. чем больше на поверхности образца дефектов, тем больше интенсивность частичных разрядов и тем меньше значение электрической прочности.

Далее, для различных времен экспозиции УФ - облучения строились корреляционные зависимости между величинами остаточного заряда пленки и величиной электрической прочности или концентрацией субмикротрещин.

Как следует из полученных зависимостей, между величинами электрической прочности, характеризующей косвенно дефектность полимера и величиной поверхностного заряда, нанесенного на пленку, имеется прямая корреляционная зависимость Епр = КU, где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от времени поляризации, напряжения и вида поляризации, времени до измерения зарядов после их нанесения, типа исследуемого полимера . Данный параметр является в каждом конкретном случае постоянной величиной и определяется опытным путем. Таким образом, по изменению значения U(Q) судят об изменении качества поверхности образцов, например пластин, или дефектности объема в случае пленок или покрытий.

Аналогичные данные были получены для полиимидных пленок, подвергнутых атмосферному старению, действию паров сероводорода, раствора щелочи, электрического старения.

Общее время, необходимое на проведение операции контроля составляет 30-40 секунд, что позволяет отнести предлагаемый способ к разряду экспрессных и неразрушающих методов испытаний. Способ является простым и надежным, так как результаты испытаний не зависят от приборных эффектов.

Обнаруженные зависимости между степенью дефектности, молекулярной подвижностью и величиной начальной плотности электростатических зарядов, характеризующей способность к восприятию электростатических зарядов, возможно применять в качестве метода анализа дефектности тонкопленочных носителей информации.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ и Администрации Краснодарского края № 06-07-96611.

Литература

1. Лаврентьев В.В. Метод молекулярных меток в системах записи и считывания кодированной информации //Успехи современного естествознания, № 7, 2007 г, С.91-92

2. Лущейкин Г.А. Полимерные электреты. М.: Химия, 1976, 224 с.

3. Авт. свид. СССР № 947733. Способ контроля дефектности структуры полимерных материалов. // В.В. Лаврентьев. Опубл. Б.И. 1982, № 2.

Размещено на Allbest.ru