C - Chemistry – Metallurgy – 08 – J
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
08
J
C08J 3/28 (2006.01) B29C 67/00 (2006.01) B32B 27/08 (2006.01) C08J 3/24 (2006.01) C08J 5/00 (2006.01) C08J 7/04 (2006.01)
Patent
CA 2753620
Method for growing multi-layer polymer based heterojunction devices which uses selective breaking of C-H or Si-H bonds without breaking other bonds leading to fast curing for the production of layered polymer devices having polymer heterojunctions deposited by the common solution-based deposition methods. In one embodiment, a hydrogen plasma is maintained and protons are extracted with an electric field to accelerate them to an appropriate kinetic energy. The protons enter into a drift zone to collide with molecular hydrogen in gas phase. The cascades of collisions produce a high flux of hyperthermal molecular hydrogen with a flux many times of the flux of protons extracted from the hydrogen plasma. The nominal flux ratio of hyperthermal molecular hydrogen to proton is easily controllable by the hydrogen pressure in the drift zone, and by the length of the drift zone. The extraction energy of the protons is shared by these hyperthermal molecules so that average energy of the hyperthermal molecular hydrogen is easily controlled by extraction energy of the protons and the nominal flux ratio. Since unlike protons the hyperthermal molecular hydrogen projectiles do not carry any electrical charge, the high flux of hyperthermal molecular hydrogen can be used to engineer surface modification of both electrical insulating products and conductive products. In a typical embodiment, organic precursor molecules (or silicone, or silane molecules) with desirable chemical functionality or a set of functionalities and with desirable electrical properties are condensed on a substrate with a solution-based deposition method. The molecular layer is bombarded by the high flux of hyper-thermal molecular hydrogen derived from a hydrogen plasma. The C-H or Si-H bonds are thus cleaved preferentially due to the kinematic selectivity of energy deposition from the hyperthermal hydrogen projectiles to the hydrogen atoms in the precursor molecules. The induced cross-linking reactions produce a stable molecular layer retaining the desirable chemical functionality/functionalities and electrical properties carried to the substrate by the precursor molecules. The molecular layer is thus cured and ready for additional molecular layer formation for the production of polymer devices which typically comprise one or more than one polymer heterojunction.
La présente invention concerne un procédé pour faire croître des dispositifs à hétérojonctions à base de polymères multicouches par rupture sélective des liaisons C-H ou Si-H, sans rompre les autres liaisons, de façon à obtenir une prise rapide permettant la production de dispositifs polymères en couches présentant des hétérojonctions de polymères déposés en utilisant les procédés habituels de dépôt en solution. Dans un mode de réalisation, on entretient un plasma d'hydrogène, et on extrait les protons au moyen d'un champ électrique de façon à les accélérer jusqu'à obtenir une énergie cinétique appropriée. Les protons pénètrent dans une zone de dérive de façon à entrer en collision avec l'hydrogène moléculaire en phase gazeuse. Les collisions en cascades produisent de l'hydrogène moléculaire hyperthermal à flux élevé dont le flux est plusieurs fois plus important que le flux des protons extraits du plasma d'hydrogène. Pour gérer le rapport entre le flux nominal de l'hydrogène moléculaire hyperthermique et celui des protons, on agit simplement sur la pression d'hydrogène dans la zone de dérive et sur la longueur de la zone de dérive. L'énergie d'extraction des protons est partagée par ces molécules hyperthermales de façon que l'énergie moyenne de l'hydrogène moléculaire hyperthermal soit commandée simplement, d'une part par l'énergie d'extraction des protons, et d'autre part par le rapport entre flux nominaux. Étant donné que, contrairement aux protons, les projectiles d'hydrogène moléculaire hyperthermal ne portent pas de charge électrique, l'hydrogène moléculaire hyperthermal à flux élevé peut s'utiliser dans les technologies d'obtention de modifications de surface, tant de produits électriquement isolants que de produits électroconducteurs. Dans un mode de réalisation caractéristique, des molécules de précurseurs organiques, ou des molécules de silicone ou de silane, présentant, d'une part au moins une fonctionnalité chimique attendue, et d'autre part des propriétés électriques attendues, sont condensées sur un substrat au moyen d'un procédé de dépôt en solution. La couche moléculaire est bombardée d'hydrogène moléculaire à flux élevé provenant d'un plasma d'hydrogène. Les liaisons C-H ou Si-H sont ainsi préférentiellement clivées en raison de la sélectivité cinématique de l'apport d'énergie aux atomes d'hydrogène des molécules de précurseurs par les projectiles d'hydrogène hyperthermal. Les réactions de réticulation induites produisent une couche moléculaire stable dont le niveau de réticulation est contrôlable et qui conservent les fonctionnalités chimiques attendues des molécules de précurseurs. La couche moléculaire est ainsi durcie et prête pour la formation d'une couche moléculaire supplémentaire dans le cadre de la production de dispositifs polymères qui comprennent généralement plusieurs hétérojonctions polymères.
Lau Leo W. M.
Nie Heng-Yong
Trebicky Tomas
Hill & Schumacher
The University Of Western Ontario
LandOfFree
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