专利名称：：高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明属于高分子介电材料及其制备的
技术领域：
，特别涉及具有高介电性能的聚芳醚酮/金属酞菁复合材料及其制备。技术背景从1959年集成电路的发明到现在，半导体工业的集成电路的集成度以每年25%30%的速度增长。这样的增长速率可以用摩尔定律来描述,即每平方厘米的硅基半导体集成电路的晶体管数量每十二个月翻一番。在70年代和80年代,实际翻番需要的时间接近18个月，在近几年这个时间已经为12个月了。目前,最先进的集成电路加工厂生产的集成电路的特征尺寸已经为180nm，甚至更低。根据1999年半导体工业协会(SemiconductorIndustryAssociation,SIA)更新的国际半导体的发展规划ductorIndustryAssociationSIA导体工艺的发展规划(InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductorsITRS)，为了维持现有的半导体发展的速度，必须进一步发展半导体工业的器件模型、工艺等制约因素。在半导体工业中，存储器和逻辑器件是其最重要的组成部分，而介电材料在这两种器件中又属核心；它可以作为动态随机存储器电容的DRAM(DynamicRandom-AccessMemory),即动态随机存储器最为常见的系统内存)介质材料以存储信息，也可以作为场效应CMOS管逻辑器件的栅介质。随着硅基半导体工业的飞速发展，器件的加工工艺不再可以简单地缩小尺寸，且已经达到了一个极限，因此，必须通过使用新的材料或提出新的器件模型来解决现存制约发展的因素。对DRAM而言，必须要求一定的电容容量才能保证存储信息的电荷在刷新时正常恢复，电容的大小直接表现在电容的面积上，为了提高DRAM的容量，除了要减少特征尺寸的线宽，还必须减少电容面积，在电容介质厚度不变时，保持同样的电容大小并减少电容面积的唯一方法是提高电容所填充介质的介电常数。传统半导体工业对于场效应管的栅介质都是用，但是随着半导体Si02器件尺寸的不断縮小，为了抑制短沟效应保证器件有良好的器件特性，要求的栅氧层越来越薄，此时引起了诸多二次效应，电子的直接隧穿效应严重，同时栅介质层的栅电场急剧增加，由此引起的漏电流使原有的基本器件的特性越来越差，甚至无法正常工作。为此，提出了采用高介电常数材料作为栅介质替代传统的，这样可以在保持等效厚度Si02不变的条件下，增加介质层的物理厚度，以减少直接隧穿效应和栅介质层承受的电场强度。如今，高介电常数材料的研究已经成为半导体行业最热门的研究课题之一。但是与传统的Si02和硅的交界面相比，高介电常数材料和硅交界面的物理特性有很大区别。界面处的晶格失配、相互扩散等因素使其存在很高的界面态密度，从而严重影响器件的特性，甚至使器件失效。同时高介电常数材料在制备方法上与原有的Si02工艺有很大的不同，必须充分考虑其制备工艺与常规集成电路工艺的兼容性。现在大部分的高介电材料是用铁电材料特别是铁电陶瓷制作的材料，由于铁电材料一般为无机材料，而且形状一般为粉末状或者颗粒状，相互之间粘结力比较差，所以用铁电陶瓷制作电缆终端元件或电容器元件一般都采用烧结工艺，加工温度基本都在110(TC以上，对设备和操作环境要求都很高。由于相互粘结力比较差，元件也不可能制成很大的面积。一般说来元件的介电常数随元件的面积的大而增大，因而用铁电材料制成的电容器其介电常数一般不会很大，且铁电材料介质损耗都比较大，考虑到聚合物具有优良的加工性能和较低的加工温度，铁电体/聚合物复合材料有可能会成为一种性能优良的介电材料。事实上已经有很多这方面的报道，但要达到非常高的介电常数，一般铁电陶瓷的填充量就会非常高，使得复合材料的介质损耗依然很高，而且填充量过高，加工性能就会下降。
发明内容本发明要解决的技术问题是利用铜酞菁齐聚物作为填充材料，磺化聚芳醚酮作为基体材料，通过溶液共混的方法，制备高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料。本发明的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料，组成成分有聚芳醚酮，和铜酞菁齐聚物，聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物的重量份数比为9540:560。聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物的优选的重量份数比为7560:2540。本发明基体材料可以是磺化聚芳醚酮，磺化氟酮的含量可为10%、20%、30%、40%，其结构式如下所示其中x/y为10/90、20/80、30〃0或40/60。磺化聚芳醚酮的制备过程可以按照F.Wang在J.Polym.Sci.:Polym.Chem.(2003,W,2264)中发表的方法合成。本发明采用铜酞菁齐聚物为填充材料，其结构式如下所示铜酞菁齐聚物制备过程可以按照H.S.Nalwa在五w尸o/;;肌丄(1985,2厶943)中发表的方法合成。铜酞菁齐聚物具有以下优点(l)优异的介电性质，它的介电常数高达106;(2)优异的化学稳定性和热稳定性，这与聚芳醚酮相匹配；(3)与基体材料有很好的相容性；(4)因为是有机齐聚物，可以有效的解决填充量过高时，加工性能就会下降的问题。前面所述的磺化聚芳醚酮的结构和铜酞菁齐聚物的结构用红外来表征。图l是磺化聚芳醚酮(x/"20/80)的红外谱图，图1中342911-1，1247cm-1,1016cm-1和696cm—1为S03H基团的特征吸收峰。图2是铜酞菁齐聚物的红外谱图，图2中3420cm"，1710cm"为COOH基团的特征峰。本发明的聚芳醚酮/金属酞菁复合材料的制备方法，是以磺化聚芳醚酮为基体原料，铜酞菁齐聚物为填充材料，将磺化聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物按重量份数比为9540:560分别溶于二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮，再将它们混合继续搅拌812小时；然后将混合溶液浇铸成模，在6080'C烘干，再在11013(TC真空条件下烘1636小时。上述的浇铸成模即可以是浇铸成液态膜，比方将混合溶液倒在平玻璃板上自然形成液态膜，烘干后形成固态的薄膜材料；也可以浇铸在任何形状的模型(具)或容器中，烘干后形成有一定厚度的固态材料。传统的铁电体/聚合物复合材料制备的介电材料，由于铁电材料一般为无机材料，而且要达到非常高的介电常数，一般铁电陶瓷的填充量就会非常高，使得复合材料的介质损耗依然很高，而且填充量过高，加工性能就会下降。本发明选用有机齐聚物作为填充材料可以解决上述的介质损耗高，由于填充量过高加工性能下降等问题；而且磺化聚芳醚酮中磺酸根和铜酞菁齐聚物中羧酸根之间的相互作用，可以使两组分之间有更好的相容性。图l是本发明的基体材料一磺化聚芳醚酮(x/尸20/80)的红外谱图。图2是本发明的填充材料一铜酞菁齐聚物的红外谱图。图3是本发明实施例1中材料的SEM。图4是本发明实施例2中材料的SEM。具体实施方式下面实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。实施例l:将3克磺化聚芳醚酮(x/"20/80)和l克铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜，将两溶液混合在一起继续搅拌10小时，然后浇铸到平滑的玻璃板上，在6(TC烘干后，继续真空条件下110'C烘24小时。观察材料形貌，测量材料的介电性质。其材料形貌见图3，介电性能详见表l(测试温度25t:，测试频率100Hz)。实施例2:将3克磺化聚芳醚酮(x/"20/80)和2克铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜，将两溶液混合在一起继续搅拌8小时，然后浇铸到平滑的玻璃板上，在7(TC烘干后，继续真空条件下13(TC烘16小时。材料形貌见图4，介电性能详见表l(测试温度25°C，测试频率100Hz)。实施例3:将4.25克磺化聚芳醚酮(x/"20/80)和0.75克铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜，将两溶液混合在一起继续搅拌12小时，然后浇铸到平滑的玻璃板上，在70T:烘干后，继续真空条件下11(TC烘24小时。介电性能详见表1(测试温度25'C，测试频率100Hz)。表l(测试温度25。C，测试频率100Hz)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例4:将实施例l中的二甲亚砜换成N-甲基吡咯烷酮，将两溶液混合在一起继续搅拌12小时，然后浇铸到平滑的玻璃板上，在8(TC烘干后，继续真空条件下13(TC烘24小时。同样可得实施例l中的材料。实施例5:将30克磺化聚芳醚酮(x/厂20/80)和1O克铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜，待二者完全溶解后，将两溶液混合在一起继续搅拌12小时，然后浇铸到平滑的玻璃板上，在8(TC烘干后，继续真空条件下13(TC烘24小时。同样可得实施例l中的材料。实施例6:将3克磺化聚芳醚酮(x/尸20/80)和2克铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜，将两溶液混合在一起继续搅拌12小时，然后浇铸圆形模具中，在7(TC烘干后，继续真空条件下13(TC烘36小时，可得圆柱型材料。实施例7:将实施例l中磺化聚芳醚酮(x/yz20/80)换成磺化聚芳醚酮(x/"10/90)或磺化聚芳醚酮(x/"30/70)或磺化聚芳醚酮(x/"40/60)，其余条件不变，依然可得到上述的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料。权利要求1、一种高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料，组成成分有聚芳醚酮，其特征在于，组成成分还有铜酞菁齐聚物，聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物的重量份数比为95～40∶5～60。2、按照权利要求1所述的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料，其特征在于，聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物的重量份数比为7560:2540。3、按照权利要求l或2所述的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料，其特征在于，所说的聚芳醚酮是磺化聚芳醚酮，其分子式如下所示4、一种权利要求l的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料的制备方法，其特征在于，将磺化聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物按重量份数比为9540:560分别溶于二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮，再将它们混合继续搅拌812小时；然后将混合溶液浇铸成模，在6080°C烘干，再在U0130。C真空条件下烘1636小时。全文摘要本发明的高介电性能聚芳醚酮/金属酞菁复合材料及其制备方法属于高分子介电材料的
技术领域：
。材料的组成成分有磺化聚芳醚酮，和铜酞菁齐聚物，二者的重量份数比为95～40∶5～60。制备方法是，以磺化聚芳醚酮为基体原料，铜酞菁齐聚物为填充材料，将磺化聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物分别溶于二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮，再将它们混合继续搅拌8～12小时；然后将混合溶液浇铸成模，在60～80℃烘干，再在110～130℃真空条件下烘16～36小时。本发明的材料具有优异的介电性质；能够解决现有技术的介质损耗高及由于填充量过高加工性能下降等问题；而且磺化聚芳醚酮和铜酞菁齐聚物之间有更好的相容性。文档编号C08L71/00GK101215414SQ20081005024公开日2008年7月9日申请日期2008年1月14日优先权日2008年1月14日发明者晓刘,姜振华,张云鹤,王贵宾申请人:吉林大学