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。

聚氟乙烯（PTFE）在静电保留，绝缘性能以及热和化学稳定性方面具有出色的功能，并且是一种薄膜材料，在电子领域高度期待。但是，由于几乎所有溶剂都无法溶于溶解，因此使用湿过程制作薄膜非常困难。为了解决这个问题，皮革消融（PLD）沉积法（一种完全干燥的过程薄膜生产方法）引起了人们的注意。传统上，对PTFE PLD的研究使用了直接激发PTFE的真空紫外线和短紫外线。但是，这些激光器（例如F_2准分子激光器）非常昂贵，并且从运行成本和可操作性的角度来看，不能称为通用激光器。此外，最近的国内和国际方法包括（1）使用Electron Electron激光器（美国）和（2）PLD的分子振动激发，并使用真空紫外线使用SOR进行电子过渡激励。尽管两者在科学上都很有趣，但它们使用了极大的光源设施，因此很难说它们接近实用阶段。也就是说，为了通过PLD方法显着接近PTFE薄膜制造的实际阶段，有必要使用廉价且高度操纵的激光器。从上述角度来看，这项研究的目的是使用满足此类要求的近红外激光PLD制造PTFE薄膜。今年的研究结果可以汇总在下面，并且可以满足上述请求的结果。巨型脉冲二氧化碳激光器和YAG激光器是最受欢迎的工业使用激光器。后者是一种具有基本（1064 nm）振荡的类型，并且在微秒的顺序上具有脉冲宽度，并且无法提供紫外线谐波。因此，使用该YAG激光基本光沉积PTFE，其脉冲宽度为100微秒作为泵送光源。将石墨的数量很少（小于0.1％）添加到PTFE目标中。激光光仅被该石墨吸收，并且纯粹是热诱导的。换句话说，由于使用了微秒脉冲，因此可以避免由于多光子吸收而导致的PTFE本身的分解。结果，我们成功地制造了PTFE薄膜，几乎没有化学损坏，足够的机械强度和底物粘附。这是PTFE沉积的第一个例子，具有商业上可用的廉价且易于处理激光的示例，我们认为其意义非常重要。