新型含氟及含硅低介电常数聚合物的合成、表征及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z19910620
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鉴于大规模集成电路的高速发展,元件尺寸逐渐减小,导致互连线间的电阻-电容信号延迟增加,原本的介电材料如SiO2等早已不能满足集成电路的使用要求,这就造成了对低介电常数材料(k<3)需求的日益增加。本论文在综述近年来低介电常数材料发展的基础上,设计并合成了几种新型的有机低介电常数聚合物材料。  首先,由于氟原子的高电负性,原子核对外围电子的束缚能力较强,造成含氟材料在外界电场的作用下较难被极化,因而有助于介电常数的降低。本文设计并合成了两种低介电常数含氟材料。其一是含有双三氟甲基取代的苯基及联萘单元的热塑性聚芳醚材料,其分子结构具有一定的对称性,我们通过将三氟甲基引入到聚合物中,其较大的自由体积以及联萘单元间较大的二面角扭曲作用造成该聚合物薄膜介电常数在1 MHz到25 MHz范围内基本稳定在2.56左右,并且该热塑性聚合物还表现出了较高的热稳定性及良好的薄膜疏水性等。其二,我们通过芴的氧化自偶联反应制备了含有三氟乙烯基醚结构的聚芴PF-TFVE,并通过后聚合过程将其转化为了含有六氟环丁基醚基的交联网状结构PF-PFCB,不同于传统的作为半导体使用的聚芴的是,六氟环丁基醚取代的苯基单元的引入以及聚芴的交联网状结构使得PF-PFCB主链的共轭作用大大降低,PF-PFCB薄膜在高频下依旧有着较低的介电常数及介电损耗,表现出了绝缘体的行为,其聚合物薄膜在30 MHz处的介电常数可以达到2.42左右。  另外,我们还将有机硅氧烷与苯并环丁烯树脂结合起来,设计并合成了两种新型的以苯并环丁烯为侧基的聚有机硅氧烷,并将两者在加热的作用下发生后聚合制备了交联网状结构的有机硅氧烷聚合物,两者表现出了很高的热稳定性,其在20℃至300℃间的热膨胀系数最低可以达到22.83 ppm/℃,并且两者的介电常数都维持在2.8~2.9之间。除此之外,我们还通过共聚过程控制有机聚硅氧烷的交联密度,也就是通过控制苯并环丁烯基团的含量,得到了一系列交联密度不同的性能各异的有机聚硅氧烷。
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