光敏高分子材料1精選課件ppt

光敏性高分子（photosensitivepolymer,light-sensitivepolymer）又稱感光性高分子，是指在吸收了光能后，能在分子內或分子間產(chǎn)生化學、物理變化的一類功能高分子材料。而且這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能。光敏高分子材料概述2精選課件ppt光敏高分子材料概述化學變化：物理變化：從廣義上講，按其輸出功能，感光性高分子包括光導電材料、光電轉換材料、光能儲存材料、光記錄材料、光致變色材料和光致抗蝕材料等3精選課件ppt本章中主要介紹:光致抗蝕材料：光刻膠光敏涂料光致變色高分子4精選課件ppt光敏高分子材料機理高分子光物理和光化學原理激發(fā)態(tài)激發(fā)能的耗散量子效率激發(fā)態(tài)的淬滅分子間或分子內的能量轉移過程激基締合物(excimer)和激基復合物(exciplex)5精選課件ppt

1)高分子光物理和光化學原理高分子光化學polymerphotochemistry：研究高分子物質吸收光子photons，從基態(tài)(groundstate)躍遷到激發(fā)態(tài)excitedstate，激發(fā)態(tài)分子發(fā)生化學反應的一系列光化學過程。高分子光物理polymerphotophysical：研究高分子物質吸光后，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)然后發(fā)生的一系列物理變化的過程。如光致變色、光導電等。6精選課件ppt物質吸收光需要特定的分子結構，分子中對光敏感、能吸收紫外和可見光的部分稱為發(fā)色團(chromophore)。分子中發(fā)色團光子能量轉移分子內部電子結構改變外層電子可以從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)高能態(tài)激發(fā)態(tài)化學反應物理反應7精選課件ppt2)激發(fā)態(tài)激發(fā)能的耗散：以發(fā)射光的形式耗散能量光化學反應通過其他方式轉化成熱能激發(fā)能的耗散激發(fā)態(tài)分子基態(tài)hν轉化8精選課件pptJablonsky光能耗散圖S2S1基態(tài)vrabcf1icicT2T1(三線態(tài))Phosisciscabc—

光吸收過程vr—

振動馳豫f1

—

熒光過程：從激發(fā)態(tài)直接通過發(fā)光回到基態(tài)。ic—

內部轉變（熱耗散過程）：通過分子間熱碰撞過程失去能量回基態(tài)。isc—級間竄躍（非光過程）：從單線態(tài)(singletstate)到三線態(tài)(tripletstate)或三線態(tài)到單線態(tài)的轉變。phos—

磷光過程：從三線態(tài)通過發(fā)光回到基態(tài)的過程。9精選課件ppt熒光強度入射光強度3）量子效率quantumefficiency：定義：物質分子每吸收單位光強度能量，發(fā)出的熒光強度(fluorescenceintensity)與入射光(incidentlightintensity)強度的比值。Φ==F/q.Aq——

光源在激發(fā)波長處輸出的光強度A——

分子在該波長處的吸光度(absorbance)10精選課件ppt芳香族化合物aromaticcompound：脂肪族羰基化合物aliphaticscarbonylcompound：飽和烴類化合物saturatedhydrocabroncompound：量子效率與分子的結構關系密切：芳香性的醛酮：11精選課件ppt4）激發(fā)態(tài)的淬滅excitedstatequench：能加速激發(fā)態(tài)分子衰減到基態(tài)或者低能態(tài)的過程。5）分子間或分子內的能量轉移過程：

吸收光子級產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的能量可以在不同分子或者同一分子的不同發(fā)色基團之間轉移，轉移出能量的一方為能量給體，另一方為能量受體。12精選課件ppt激基締合物：處于激發(fā)態(tài)的分子和同種處于基態(tài)的分子相互作用，生成的分子對?？砂l(fā)生在分子內部，即處于激發(fā)態(tài)的發(fā)色基團同同一分子上的鄰近發(fā)色團形成，或在結構上不相鄰，但是高分子的折疊作用而處于附近的發(fā)色團間。激基復合物：處于激發(fā)態(tài)的物質和另一種處于基態(tài)的物質相互作用，生成的物質。6）激基締合物(excimer)和激基復合物(exciplex)：13精選課件ppt7）光引發(fā)劑和光敏劑：光敏劑photosensitizer：光敏劑吸收光能躍遷到激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生分子間或分子內能量轉移，將能量傳遞給另一個分子，光敏劑回到基態(tài)。光引發(fā)劑photoinitiator：光引發(fā)劑吸收光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)能量高于分子平均斷裂能量時，斷鍵產(chǎn)生自由基，引發(fā)反應，Is被消耗。14精選課件ppt光敏高分子的分類：（1）光敏涂料：

當聚合物在光照射下可以發(fā)生光聚合或光交聯(lián)反應，有快速光固化性能。（2）光成像材料（光刻膠photoresist——印刷線路板、印刷板）在光的作用下可以發(fā)生光化學反應（光交聯(lián)或降解），反應后溶解性能發(fā)生顯著變化的聚合材料，具有光加工性能，可以作為成像體系的光敏材料。15精選課件ppt（3）高分子光穩(wěn)定劑polymerphotostabilizer：能大量吸收光能，并以無害方式將其轉化成熱能，以阻止聚合物材料發(fā)生降解和光氧化反應，用于具有抗老化作用的材料。（4）高分子熒光劑polymerfluorescer（高分子夜光劑）有光致發(fā)光功能的光敏高分子材料是熒光或磷光量子效率較高的，可用于各種分析儀器和顯示器件的制備。P16精選課件pptPP（5）光能轉換lightenergyconversion能吸收太陽光，并具有將太陽光能轉化成化學能或電能的裝置。其中起能量轉換作用的，可用于制造型光電池等。P（6）光導電材料photoconductormaterial：在光的作用下電導率能發(fā)生顯著改變的高分子材料，可制作光檢測元件，光電子器件和用于靜電復印。17精選課件ppt（7）光致變色材料photochromicmaterial：在光的作用下其吸收波長發(fā)生明顯變化，從而材料外觀顏色發(fā)生變化的高分子材料。18精選課件ppt光刻膠一.光刻膠的定義(photoresist)光刻膠（英語：photoresist），亦稱為光阻或光阻劑，是指通過紫外光、深紫外光、電子束、離子束、X射線等光照或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料，是光刻工藝中的關鍵材料，主要應用于集成電路和半導體分立器件的細微圖形加工。19精選課件ppt二.光刻膠的組成樹脂（resin/polymer），光刻膠中不同材料的粘合劑，給與光刻膠的機械與化學性質（如粘附性、膠膜厚度、熱穩(wěn)定性等）；感光劑，感光劑對光能發(fā)生光化學反應；溶劑（Solvent），保持光刻膠的液體狀態(tài)，使之具有良好的流動性；添加劑（Additive），用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑等。20精選課件ppt三.光刻膠的分類

光刻膠的技術復雜，品種較多。根據(jù)其化學反應機理和顯影原理，可分負性膠和正性膠兩類。光照后形成不可溶物質的是負性膠；反之，對某些溶劑是不可溶的，經(jīng)光照后變成可溶物質的即為正性膠。利用這種性能，將光刻膠作涂層，就能在硅片表面刻蝕所需的電路圖形。21精選課件ppt㈠光交聯(lián)型

采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料,在光的作用下,其分子中的雙鍵被打開，并使鏈與鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成一種不溶性的網(wǎng)狀結構，而起到抗蝕作用，這是一種典型的負性光刻膠。柯達公司的產(chǎn)品KPR膠即屬此類。

22精選課件ppt負性光刻膠樹脂是聚異戊二烯，一種天然的橡膠；溶劑是二甲苯；感光劑是一種經(jīng)過曝光后釋放出氮氣的光敏劑，產(chǎn)生的自由基在橡膠分子間形成交聯(lián)。從而變得不溶于顯影液。負性光刻膠在曝光區(qū)由溶劑引起泡漲；曝光時光刻膠容易與氮氣反應而抑制交聯(lián)。

23精選課件ppt例如：光二聚交聯(lián)抗蝕劑

聚肉桂酸酯類光刻膠。在之外光線下發(fā)生光交聯(lián)反應，常加入5-硝基厄、芳香酮作增感劑，是良好的負性光刻膠。24精選課件ppt再如：環(huán)化橡膠抗蝕劑環(huán)化橡膠雙疊氮體系光刻膠，也是一種負性光刻膠。是利用芳香族雙疊氮化合物作為環(huán)化橡膠的交聯(lián)劑，屬于聚合物加感光化合物型光刻膠。疊氮類化合物在紫外光照射下發(fā)生分解，析出N2，并產(chǎn)生氮烯（nitrenen，RN：），它有很強的反應能力，可向不飽和鍵加成，還可插入C-H和進行偶合。25精選課件ppt例如：含重氮萘醌的正性光刻膠

臨重氮醌在紫外光作用下失去N2后進行重排，轉變成烯酮，然后經(jīng)過水解產(chǎn)生可溶于稀堿的茚酸，它是一類廣泛使用的正性光刻膠。㈡光分解型

采用含有疊氮醌類化合物的材料，經(jīng)光照后,會發(fā)生光分解反應,由油溶性變?yōu)樗苄?，可以制成正性膠。26精選課件ppt光刻膠根據(jù)在顯影過程中曝光區(qū)域的去除或保留可分為兩種－正性光刻膠（positivephotoresist）和負性光刻膠（negativephotoresist）。

正性光刻膠之曝光部分發(fā)生光化學反應會溶于顯影液，而未曝光部份不溶于顯影液，仍然保留在襯底上，將與掩膜上相同的圖形復制到襯底上。負性光刻膠之曝光部分因交聯(lián)固化而不溶于阻顯影液，而未曝光部分溶于顯影液，將與掩膜上相反的圖形復制到襯底上。27精選課件ppt2.

1Photoresists簡介ResistBaseCoatSiO2SiMaskExpose

PositiveNegativeDevelopEtch（蝕刻）

Strip（剝膜）

28精選課件ppt光敏涂料29精選課件ppt30精選課件ppt光敏涂料光敏涂料的主成分—預聚體prepolymer光敏涂料的組成與性能關系感光高分子體系的設計與構成31精選課件ppt一.光敏涂料的主成分—

預聚體prepolymer：分子量較小或可溶的線性聚合物，含有可聚合基團，具有一定的粘度和合適的熔點。環(huán)氧特點：粘結力強，耐腐蝕。引入丙烯酸、酸酐、富馬酸是為了引入雙鍵，提供光交聯(lián)反應活性點。1）環(huán)氧樹脂型低聚物epoxyresinoligomer—CH2—O(O——C——OCH2CHCH2)nOO—O——C——O—CH2—OO引入不飽和基團OA+CH2=CHCOOHCH3CH3叔胺CH2=CHC—O—CH2CH—A—CHCH2—O—CCH=CH2OOHCH3CH3OOHOHOO32精選課件ppt2）不飽和聚酯unsaturatedpolyester：為了引入雙鍵，以不飽和羧酸衍生物與二元醇縮合生成酯類。33精選課件ppt3）聚醚(polyether)\聚酯(polyester）：由環(huán)氧化合物與多元醇縮聚而成，游離羥基為光交聯(lián)點，粘度低，價格低。34精選課件ppt二.光敏涂料的組成與性能關系性能：流平性levellingproperty，機械性能mechanicalproperty，化學穩(wěn)定性chemicalstability，光澤brilliance，粘結力cohesiveforce，固化速度curingspeed等。光敏涂料的組成與涂層的性能關系密切。組成：預聚物prepolymer，光引發(fā)劑photoinitiator，活性稀釋劑reactivediluent（交聯(lián)劑），熱阻聚劑inhibitor，光敏劑photosensitizer等。35精選課件ppt1）流平性：涂料被涂刷之后，其表面在張力作用下迅速平整光滑的過程。影響：涂料粘度，表面張力，潤濕度稀釋劑表面活性劑2）機械性能：包括形成涂料膜的硬度、韌性、耐沖擊力、柔順性。影響：樹脂種類，光交聯(lián)度（聚合度）36精選課件ppt3）化學穩(wěn)定性：涂膜的耐化學品、抗老化能力。影響：化學組成4）涂層光澤：低光、啞光、高光5）粘結力：涂層和低物的粘結力影響：相容性，界面接觸程度，涂層表面張力，固化條件。37精選課件ppt三.感光高分子體系的設計與構成從高分子設計角度考慮，首先引入感光性化合物（基團），形式如下：1）將感光性化合物加入到高分子中：線性高分子小分子感光化合物物理混合感光高分子線性高分子：含有活潑氫的線性高分子含有雙鍵的不飽和高分子38精選課件ppt2）在高分子主鏈或側鏈引入感光基團：這一方法應用前景看好，穩(wěn)定性好，感光性能佳。39精選課件ppt3）由多種組分構成的光聚合體系：①將下列光敏基團引入各種單體或預聚體中：乙烯基vinyl、丙烯?；鵤cryloyl、烯醛olefinealdehyde、縮水甘油（酯）基glycidylester等。②再加入光引發(fā)劑、光敏劑、抗氧劑、偶聯(lián)劑等各種組分配成。配方可根據(jù)應用進行調整，特別適于光敏涂料、光敏粘合劑、光敏油墨。40精選課件ppt光致變色高分子光照射下化學結構發(fā)生變化，因而對可見光的吸收波長也發(fā)生變化，從而相應地發(fā)生顏色變化。類型：無機，金屬氧化物，鹵化物