DESSORÇÃO IÔNICA DE
PMMA, PVC E PES INDUZIDA POR
FEIXE DE ELÉTRONS
Maria
Luiza M. Rocco.(PQ)1, Daniel E. Weibel (PQ)2,
Frederico C. Pontes (PQ)1, Gerardo Gerson B. de Souza
(PQ)1, Claudia S. C. de Castro (PQ)1,
Roberto
R. Pinho (PQ)3
1
Departamento de Físico-Química, Instituto de Química
– Universidade Federal do Rio de Janeiro
2
Facultad de Ciencias Químicas – Universidad Nacional de
Córdoba
3
Departamento de Física – Universidade Federal de Juiz de
Fora
palavras-chave:
dessorção iônica, polímeros, feixe de
elétrons
Introdução:
Polímeros são materiais de grande importância
tecnológica, desempenhando papel essencial em setores como a
microeletrônica e microfabricação, construção
civil, transporte, telecomunicações, embalagens,etc..
A interação destes materiais com a radiação
(fótons na faixa de ultra-violeta a raios-X e elétrons
na faixa de keV) não somente se constitui em etapa básica
em técnicas como a microlitografia [1,2] como além
disso pode induzir à formação de modificações
estruturais causadoras de defeitos. Polímeros como o
poli(metacrilato de metila) (PMMA) têm sido usados
freqüentemente como resistes na área de microfabricação,
particularmente quando associados com a fabricação de
dispositivos de elevada razão de aspecto (“aspect
ratio”). No presente trabalho, apresentamos os resultados da
dessorção iônica de PMMA, PVC (poli(cloreto de
vinila)) e PES (poli(éter-sulfona)) induzida por elétrons
de energia na faixa de 0,3 a 1,2 keV.
Objetivo: Com o objetivo
de melhor compreender a dinâmica de fragmentação
induzida pela interação de polímeros com
elétrons, foram realizados estudos com variação
da energia do feixe de elétrons (300 – 1200 eV) de PMMA,
PVC e PES. Uma das aplicações deste estudo consiste na
análise do mecanismo de processos litográficos baseados
no emprego de feixes de elétrons.
Metodologia:
Um novo sistema experimental, dedicado ao estudo da interação
de fótons e elétrons com sólidos e superfícies,
foi desenvolvido no Laboratório de Impacto de Fótons e
Elétrons (LIFE) do Instituto de Química da UFRJ. Neste
sistema, um feixe de elétrons ou fótons incide sobre a
superfície de uma amostra sólida e como resultado
diferentes fragmentos (íons positivos) são formados. Os
íons são analisados segundo suas relações
carga/massa utilizando-se a técnica de tempo-de-vôo com
o emprego de um conversor tempo-digital (time to digital converter,
TDC). Na medida dos tempos de vôo, o sinal de parada (stop) é
fornecido pelos íons positivos e o de inicialização
(start) pelo canhão de elétrons, que é pulsado.
A câmara de trabalho contém os seguintes componentes: a)
canhão de elétrons, que pode cobrir uma faixa de
energia de 0,3 a 3 keV; b) manipulador de amostras, o qual permite
movimentação em x, y e z além de rotação
ao longo do eixo z; c) espectrômetro de massas do tipo
tempo-de-vôo, desenvolvido em nosso laboratório; d)
espectrômetro de massas, comercial, do tipo quadrupolo, que
varre até 200 u.m.a.. A pressão final na câmara
de vácuo é da ordem de 10-9 torr. Os filmes
poliméricos usados possuem espessura da ordem de alguns
mícrons.
Resultados:
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Fig.1
– Espectros de tempo-de-vôo de PMMA.
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Na Figura 1,
apresentamos os espectros de tempo-de-vôo para o PMMA em
função da energia do feixe de elétrons.
Observa-se que o padrão de fragmentação do
polímero não se altera qualitativamente na faixa de
energia investigada, ocorrendo o mesmo para o PES e PVC.
Entretanto, verifica-se que a intensidade de todos os fragmentos
diminui gradualmente com o decréscimo da energia do feixe
de elétrons.
Um mecanismo
de fragmentação compatível com tais
resultados poderia estar relacionado com processos de decaimento
Auger. Pretende-se em etapa posterior utilizar a radiação
síncrotron fornecida pelo LNLS para estudos da interação
de fótons de diferentes energias com as amostras sólidas.
Os estudos com a luz síncrotron serão precedidos de
medidas preliminares realizadas utilizando-se uma lâmpada de
descarga em hélio (HeI = 21,21 eV).
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Conclusão: O
presente trabalho demonstra que a técnica de tempo-de-vôo
aplicada ao estudo da dessorção iônica de
polímeros pode ser utilizada como ferramenta para o
entendimento dos processos de interação de tais
materiais com elétrons.
Bibliografia:
[1]
W. Ehrfeld, H. Lehr, Radiat. Phys. Chem. Vol. 45, No. 3, pp. 349-365
(1995);
[2]
H. Okuyama, H. Takada, Nucl. Inst. Meth. In Phys. Res. B 144, pp.
58-65 (1998).
FAPERJ,
LNLS e CNPq.