Методы деполяризационной спектрометрии в анализе дефектности тонкопленочных носителей информации.

Лаврентьев Владимир Владимирович,

 доктор технических наук, академик РАЕ,

директор филиала ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» в г. Горячий Ключ, зав кафедрой ОГСЭЕНД.

Шияневский Яков Викторович,

аспирант кафедры общей физики и информационных технологий, инженер- программист.

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.

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 Е_пр = 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.

Поступила в редакцию 19.03.2008 г.