ポリイミドLB膜からの炭素超薄膜の調製と評価

Abstract

炭素超薄膜の調製するため、カプトン型ポリアミン酸N、N-ジメチルオクタデシルアミン塩(PAO)のLangmuir-Blodgett(LB)膜の炭化を研究した。シリコンウエハ基板上へのPAO単分子層の蒸着は表面圧35mN/m、10度Cで十分に可能であることが分かった。PAOを51層累積したLB膜および熱処理した膜の構造をX線光電子分光法(XPS)と原子間力顕微鏡観察(AFM)を用いて検討した。XPSスペクトルの結果は、窒素の放出が600度Cまたはそれ以下で始まり、1,000度Cの熱処理で炭素超薄膜がシリコンウエハ基板上に形成されることを示した。熱処理したPAO-LB膜のAFM観察結果は、(1)表面が360度Cで多数の細孔を生じ、(2)島状構造が500?600度Cに加熱後に形成され、(3)膜表面の滑らかさは熱処理温度の上昇とともに増加し、そして(4)最高1,000度Cまで加熱することにより約4nmの炭素膜が調製可能であることを示した。

The pyrolysis of Langmuir-Blodgett (LB) films of kapton-type Polyamic Acid N,N-dimethyloctadecylamine salt (PAO) has been studied to prepare ultra-thin carbon films. The deposition of PAO monolayers onto silicon-wafer substrate has been found to be performed well at 10 C under 35 mN/m. The structures of PAO 51 layered LB film and the heat-treated ones have been characterized by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Atomic Force Microscopy (AFM). XPS spectra indicate that the evolution of nitrogen starts at 600 C or lower and that the ultra-thin carbon film is formed on the silicon-wafer substrate by the treatment at 1,000 C. AFM results of heat-treated PAO LB films showed the followings: (1) the surface has many holes at 360 C; (2) island like structure is formed after heating up to 500 and 600 C; (3) the smoothness of the film surface increases with increasing the heat-treatment temperature; and (4) the carbon film with about 4 nm thickness can be prepared by heating up to 1,000 C.