YAGレーザー基本波アブレーションを用いたPTFE薄膜の創製

使用 YAG 激光基波烧蚀制备 PTFE 薄膜

基本信息

批准号：
13750669
负责人：
坪井泰之
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は、電化保持能力、絶縁性、熱的・化学的安定性といった観点から優れた機能を有し、エレクトロニクス分野で大きく期待される薄膜材料である。しかしながら、ほぼ全ての溶媒に不溶であるために、ウェットプロセスによる薄膜化は極めて困難である。これを解決するために注目されているのが、完全ドライプロセスな薄膜作製手段であるレザーアブレーション(PLD)堆積法である。従来、PTFEのPLDの研究では、PTFEを直接励起する真空紫外・短紫外レーザーが用いられてきた。しかしながら、これらのレーザー(F_2エキシマレーザーなど)は極めて高価であり、ランニングコストや操作性の観点からも汎用レーザーとは言い難い。さらに、最近の国内外のアプローチとしては(1)自由電子レーザーによる分子振動励起(米国)、や(2)SORを用いた真空紫外光による電子遷移励起、を利用したPLDが挙げられる。いずれも科学的には興味深いものの、極めて大掛かりな光源施設を用いているため、実用段階に近いとは云い難い。即ち、PLD法によるPTFE薄膜作製を実用段階に飛躍的に近づけるには、安価でしかも操作性の高いレーザーを用いる必要がある。以上の観点から、本研究ではそのような要求を満たす近赤外レーザーPLDによるPTFE薄膜作製を目的とした。本年度の研究成果は以下に要約でき、上記要請に応えうる結果を得た。材料加工用レーザーとして、工業的に最も普及しているのはジャイアントパルス型の炭酸ガスレーザーとYAGレーザーである。後者は、基本波(1064nm)発振でマイクロ秒オーダーのパルス幅を有し、かつ紫外高調波が供給できないタイプである。そこで、このようなパルス幅100マイクロ秒のYAGレーザー基本波光を励起光源とし、PTFEの堆積を行なった。PTFEターゲットに極微量(重量比で0.1%以下)のグラファイトを添加した。レーザー光は、このグラファイトにのみ吸収され、アブレーションは純粋に熱的に誘起される。すなわち、マイクロ秒パルスを用いているため多光子吸収によるPTFE自身の分解は避けられる。その結果、化学的損傷が殆どなく、かつ充分な機械的強度並びに基板接着性を有するPTFE薄膜の作製に成功した。市販の安価で扱い易いレーザーを持ちいたPTFEの堆積の初めての例であり、その意義は極めて大きいと考えている。

聚四氟乙烯（PTFE）在电荷保持能力、绝缘性以及热稳定性和化学稳定性方面具有优异的功能，是在电子领域被寄予厚望的薄膜材料。然而，由于它不溶于几乎所有溶剂，因此利用湿法形成薄膜极其困难。为了解决这个问题，激光烧蚀（PLD）沉积方法，一种完全干法的薄膜生产工艺，正在引起人们的关注。此前，PTFE PLD的研究采用真空紫外和短紫外激光器直接激发PTFE。然而，这些激光器（F_2准分子激光器等）的价格极其昂贵，从运行成本和可操作性来看，不能称为通用激光器。此外，最近的国内外方法包括（1）使用自由电子激光器（美国）的分子振动激发，以及（2）使用真空紫外光激发电子跃迁的SOR的PLD。虽然这两种方法在科学上都很有趣，但很难说它们已经接近实用阶段，因为它们使用了极其大规模的光源设施。换句话说，为了使利用PLD法生产PTFE薄膜显着接近实用化阶段，需要使用廉价且高操作性的激光器。基于上述观点，本研究旨在利用近红外激光PLD制造满足此类要求的PTFE薄膜。今年的研究成果可以总结如下，我们得到了满足上述要求的成果。工业上最广泛用于材料加工的激光器是巨脉冲型二氧化碳激光器和YAG激光器。后一种类型具有脉宽为微秒量级的基波（1064 nm）振荡，并且不能提供紫外谐波。因此，我们采用脉冲宽度为100微秒的YAG激光基波光作为激发光源来沉积PTFE。 PTFE 靶材中添加了极少量（按重量计小于 0.1%）的石墨。激光仅被石墨吸收，并且烧蚀纯粹是热引起的。换句话说，由于使用微秒脉冲，因此可以避免由于多光子吸收而导致PTFE本身的分解。结果，我们成功地生产了几乎没有化学损伤且具有足够的机械强度和基材粘附性的PTFE薄膜。这是使用市售、廉价且易于操作的激光器进行 PTFE 沉积的第一个示例，我们相信它非常重要。