xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Στην περίπτωση της εγχάραξης Si ένας πιθανός μηχανισμός είναι η ταυτόχρονη με την εγχάραξη ισότροπη εναπόθεση
σωματιδίων που παρεμποδίζουν την εγχάραξη (παρεμποδιστών) σε συνδυασμό με την ανισότροπη ροή των ιόντων που είναι και
τα μόνα που μπορούν να τα απομακρύνουν (βλ. σχ.2γ). Προσομοίωση του μηχανισμού αυτού με μεθόδους Monte Carlo δίνει
τοπογραφία, κατανομές υψών και w(t), ξ(t) σε πολύ καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα των σχ. 1,2.
Εγχάραξη επιφανειών πολυμερών : Πείραμα και εφαρμογές.[3,4]
Επιφάνειες του οργανικού πολυμερούς PMMA (poly(methyl methacrylate)) και του πυριτιούχου πολυμερούς PDMS
poly(dimethyl siloxane) έχουν εγχαραχθεί με πλάσμα Ο 2 και SF 6 αντίστοιχα, σε συνθήκες που και στις δύο περιπτώσεις οδηγούν
σε έντονα ανισότροπη εγχάραξη. Πιο συγκεκριμένα, για το O 2 η ισχύς του πλάσματος ήταν 2000W, η πίεση 0.75Pa, η ροή
100sccm, η τάση πόλωσης -100V και η θερμοκρασία του δισκίου 10 ο C, ενώ για το SF 6 οι αντίστοιχες παράμετροι είναι 1900 W,
1.33 Pa, 200 sccm, -100 V, 15 o C. Σε όλες τις περιπτώσεις, στις επιφάνειες μετά την εγχάραξη εναποτέθηκε υμένιο FC
(fluorocarbon) ώστε να γίνουν υδρόφοβες. Τα αποτελέσματα που θα παρουσιάσουμε εδώ αφορούν την εξέλιξη της τραχύτητας
των πολυμερικών επιφανειών συναρτήσει του χρόνου εγχάραξης. Στο σχ.3α,β δείχνονται δύο επιφάνειες PMMA μετά από
εγχάραξη 2 και 5 min αντίστοιχα, και στα 4γ,δ επιφάνειες PDMS μετά από εγχάραξη σε χρόνους 2 και 6min.
(α) (β) (γ) (δ)
Σχήμα 3. α,β) ΑFM επιφάνειες PMMA μετά από κατεργασία 2 και 5 min με πλάσμα O 2 , γ,δ) Επιφάνειες PDMS μετά από
κατεργασία 2 και 6min με πλάσμα SF 6 (AFM και SEM αντίστοιχα)
Παρατηρούμε ότι και στις δύο περιπτώσεις αναπτύσσεται έντονη τραχύτητα της ίδιας τάξης περίπου όπως φαίνεται στο
σχ. 4α. Στο σχ. 4β δείχνουμε τις συναρτήσεις συσχέτισης υψών G(r) των επιφανειών PMMA για τρεις χρόνους εγχάραξης. Η
αύξηση της τιμής τους με το χρόνο στα μικρά r αποκαλύπτει τον ανώμαλο χαρακτήρα της κινητικής τραχύτητας και σε αυτή την
περίπτωση, δηλ. την ανάπτυξη έντονων τοπικών διακυμάνσεων με αυξανόμενο με το χρόνο ύψος. Παρόμοια συμπεριφορά
παρατηρείται και στις επιφάνειες του PDMS.
rms w(t) (nm)
250 PMMA
PDMS
200
150
100
50
0
G(r) (nm)
1000
100
10
5 min
2 min
1 min
10 100 1000
r (nm)
Σχήμα 4: α) Η rms τραχύτητα
w(t) συναρτήσει του χρόνου
εγχάραξης για τα πολυμερή
PMMA και PDMS, β) Η
συνάρτηση συσχέτισης G(r) για
διάφορους χρόνους για το
PMMA
1 2 3 4 5
ETCHING TIME (min) (α)
(β)
Μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές της τραχύτητάς είναι η επίδρασή της στα φαινόμενα διαβροχής της επιφάνειας.
Στο σχ.5 δείχνονται οι γωνίες επαφής και η υστέρηση των επιφανειών PMMA (5α) και PDMS (5β) αντίστοιχα συναρτήσει του
χρόνου εγχάραξης και της τάσης πόλωσης. Και στις δύο περιπτώσεις παρατηρούμε σημαντική αύξηση της γωνίας επαφής και
μείωση της υστέρησης με την τραχύτητα που αυξάνει είτε με το χρόνο εγχάραξης. Η συμπεριφορά αυτή μετατρέπει τις
επιφάνειες αυτές σε υπερυδρόφοβες. Κατά συνέπεια η εγχάραξη με πλάσμα πολυμερών σε κατάλληλες συνθήκες αποτελεί έναν
εύκολο και γρήγορο τρόπο για τον έλεγχο της υδροφοβικότητας επιφανειών με πολλές δυνατότητες εφαρμογών όπως στον
έλεγχο της ροής μέσα σε μικροκανάλια με πολυμερικά τοιχώματα.
CA ( o )
160
150
140
130
120
110
Optical
transparency
Super-hydrophobic
range
CA
HYSTERESIS
0 1 2 3 4 5 6
40
35
30
25
20
15
10
5
HYSTERESIS ( o )
CONTACT ANGLE (CA) AND HYSTERISIS
150
140
130
120
110
CA
HYSTERISIS
0 2 4 6 8
ETCHING TIME (min)
ETCHING TIME (min)
(α)
(β)
Σχήμα 5. H γωνία επαφής (CA) και η υστέρηση συναρτήσει του χρόνου εγχάραξης και άρα της τραχύτητας για το PMMA (α)
και για το PDMS (β). Σταγόνα νερού καθώς κυλάει σε επιφάνεια του PDMS μετά την κατεργασία της σε πλάσμα SF 6
[1] G. Kokkoris et al. submitted to Applied Physics Letters (2007) [2] A.D. Tserepi et al. Nanotechnology 17 (2006) 3977
[3] N. Vourdas et al. Nanotechnology 18 (2007) 125304
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
56