Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В ВАКУУМЕ И РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА ПЛЁНОК, ОБРАБОТАННЫХ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ.

Драчёв А.И., Гильман А.Б., Кузнецов А.А., Потапов В.К.

kuznets@ispm.ru

ГНЦ РФ “ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова”.

В цикле работ, посвящённых изучению процесса плазмохимической модификации полиимидных плёнок (ПИ) в тлеющем НЧ-разряде (50Гц) и разряде постоянного тока, нами было обнаружено, что воздействие плазмы приводит к образованию в поверхностных слоях ПИ зарядовых состояний, знак которых зависит от условий обработки. Для измерения указанных величин использовали метод динамического конденсатора; замеры поверхностного потенциала (j) проводили после выноса плёнок из реакционной камеры на воздух и на основании полученных данных расчитывали величину плотности поверхностного заряда (Q).

Для проведения исследований возникновения зарядовых состояний в условиях “in-situ” (непосредственно в реакционной камере, без выноса образцов на воздух и с напуском различных газов) нами была создана специальная установка, схема которой представлена на рисунке. Под колпаком реакционной камеры (1) в тефлоновых держателях закреплены катод (2) и анод (5).Модифицируемый образец плёнки ПИ (7) помещали на подвижный держатель (6), который при обработке плёнки находился в области катодного падения. Разряд зажигали путём подачи напряжения от источника питания (10), по окончании процесса подачу питания отключали и проводили измерения величины j ПИ “in-situ”. Для этого через контакты “b-b`” и “c-c`” включали измерительную часть. В режиме измерения вибрирующим электродом является заземлённый держатель образца (6), а в качестве измерительного электрода используется часть (3) катода, отсоединённая от остального путём размыкания контактов “a-a`”. Специальное устройство, состоящее из электромагнитного реле (9) и блока питания (11), позволяет менять положение исследуемой плёнки в пространстве: при обработке в разряде плёнка удалена от катода на расстояние 10мм; во время измерений зазор между плёнкой и измерительным электродом составляет ~0,1мм. Вибрацию электрода (6) осуществляли путём подачи переменного тока частотой 10Гц на реле (9) от НЧ -генератора (12); образец плёнки (7), совершал колебательные движения относительно измерительного электрода (3). Возникающий в измерительной схеме переменный ток с частотой 10Гц регистрировали осциллографом (13). Измерение j проводили путём подачи постоянного компенсирующего напряжения при нулевом значении тока через осциллограф. После измерений j в вакууме, реакционную камеру с исследуемым образцом через систему напуска (17) заполняли газом и измеряли j образца в газовой среде. Установка позволяет также проводить измерения j плёнок, помещённых в разряде на катоде. Для этого заземление подвижного электрода (6) снимали и переключали на катод (2); вибрирующий электрод (6) служил измерительным, как в обычной схеме метода динамического конденсатора. Расчёты плотности поверхностного заряда (Q) проводили с учётом диэлектрической проницаемости образца по формуле плоского конденсатора.

С помощью описанной установки проведены измерения поверхностного заряда полиимидных (ПИ) плёнок после их обработки в тлеющем разряде постоянного тока. В ходе обработки плёнку помещали в область катодного падения разряда и на катод, в качестве плазмообразующего газа служил воздух. Исследования диэлектрической проницаемости ПИ показали, что её величина практически не меняется (в пределах ошибки измерений) при обработке плёнки в разряде и последующем хранении на воздухе и в вакууме. Обнаружено, что величина отрицательного поверхностного заряда, измеренная в вакууме, не изменяется после напуска в реактор аргона или азота. Напротив, при напуске кислорода из атмосферы происходит скачкообразное и необратимое уменьшение заряда. Напуск предварительно осушенного воздуха приводил к таким же изменениям Q, как и напуск воздуха из атмосферы (табл.). При обработке плёнки ПИ на катоде были получены положительные значения поверхностного заряда, а газовая среда (вакуум, воздух и сухой воздух) не оказывала влияния на величину Q (табл.).

Ранее нами было установлено, что образование отрицательного поверхностного заряда для ПИ, модифицированного в тлеющем разряде, связано с инжекцией электронов из плазмы и их локализацией в ловушках поверхностного слоя плёнки. Поскольку молекула кислорода, в отличие от азота и аргона, обладает значительным сродством к электрону, процесс переноса электрона с мелких ловушек на адсорбированные молекулы кислорода становится вполне возможным. Наблюдаемое уменьшение величины заряда заканчивалось за время напуска в камеру воздуха (~1 мин.). Последующее вакуумирование плёнки в течение нескольких часов не приводило к каким-либо изменениям этой величины. Эволюция оставшейся части заряда происходила в масштабе суток и десятков суток и была обратимой при длительном вакуумировании. Можно предположить, что инжектированные электроны попадают в ловушки, расположенные не только на поверхности плёнки, но и в ловушки удалённые от поверхности на определённую глубину, и на которые не влияет поверхностная адсорбция молекул газа. В этом случае напуск в реакционную камеру газа, содержащего молекулы с достаточно высоким сродством к электрону, приводит к мгновенной релаксации части заряда, находящейся непосредственно на поверхности плёнки, а остальная его часть, распределённая в слоях, удалённых от поверхности, будет медленно изменяться со временем.

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |