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系統識別號 U0002-1502201112233500
中文論文名稱 聚亞醯胺-奈米金複合光學薄膜之製備及其微影製程技術
英文論文名稱 Preparation of polyimide-nanogold composite optical thin films and their lithography
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 99
學期 1
出版年 100
研究生中文姓名 劉育憲
研究生英文姓名 YU-SHIEN LIU
學號 697400363
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-01-11
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-張朝欽
委員-陳慶鐘
委員-張朝欽
委員-張正良
中文關鍵字 感光性聚亞醯胺  微影製程  奈米金粒子 
英文關鍵字 photosensitive polyimide  lithography  gold nanoparticles 
學科別分類
中文摘要 本研究分為三個部份來探討:第一個部份選用4,4-亞甲基-2,6-二乙基苯胺(4,4-methylenebis-2,6-diethylaniline, TEMDA)、4,6-二胺基-2-巰基嘧啶(4,6-diam- ino-2-mercaptopyrimidine hydrate, DAMP)以及二苯酮四酸二酐(3,3’,4,4’-benzo- phenone-tetracarboxylic dianhydride, BTDA)利用縮合反應來製備感光性聚亞醯胺,將感光性聚亞醯胺經微影製程形成圖案,分別利用SEM和第二部份選用兩種不同方法來製備奈米金粒子吸附在感光性聚亞醯胺薄膜表面上:(1)感光性聚亞醯胺薄膜先進行微影製程再浸泡奈米金;(2)感光性聚亞醯胺薄膜先浸泡奈米金再進行微影製程。感光性聚亞醯胺-奈米金粒子層的圖案利用SEM、EDAX和a-step來分析。方法(1)顯示出奈米金粒子均勻分散在圖案上,而方法(2)顯示出未曝光的感光性聚亞醯胺沒有顯影完全,奈米金粒子分散在曝光與未曝光區域。
第三部份利用聚亞醯胺與奈米金經由逐層組合來製備多層複合薄膜。薄膜的每步驟的製備經由SEM可確認。並且觀察到奈米金粒子均勻分散在聚亞醯胺層的表面上。
英文摘要 This research was divided into three parts. In the first part, the photosensitive polyimide (PSPI) thin film was prepared based on 4,4-methylenebis-2,6-diethylaniline (TEMDA), 4,6-diamino-2-mercaptopyrimidine hydrate (DAMP), add 3,3’,4,4’-benzo- phenone-tetracarboxylic dianhydride (BTDA). The PSPI was patterned by lithography, and the patterns were observed by SEM and , respectively.
In the second part, the gold nanoparticles (GNPs) adsorbed on the PSPI were conducted, Two different lithography processes were used: (1) The PSPI thin films were patterned by lithography, and then the GNPs were adsorbed on the patterns; (2) The GNPs were adsorbed on the PSPI thin films, and then the PSPI thin films were pattered by lithography. The patterns of the PSPI/Au composite thin films were characterized by SEM, EDAX, and a-step. The samples of the process (1) showed that the GNPs well dispersed on the patterns. However, the samples of process (2) showed that the unexposured PSPI were not removed completely. The GNPs were dispersed on the exposured and unexposured domains.
In the third part, a composite thin film consisting of polyimide and GNPs was fabricated through layer-by-layer assembly. The stepwise growth of the films was confirmed by SEM, and GNPs were observed and well dispersed on the surface of the polyimide layer.
論文目次 總目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 III
表目錄 IV
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究背景與目的 2
1.3研究方法 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 本質型感光性聚亞醯胺-無機氧化物混成材料 5
2.2 高分子-奈米金複合膜 9
2.3 高分子-奈米金粒子層 15
第三章 實驗部分 18
3.1 實驗藥品 18
3.2 實驗流程及步驟 21
3.2.1感光性聚亞醯胺圖案化 21
3.2.2圖案化聚亞醯胺-奈米金粒子層製備 23
3.2.3多層聚亞醯胺/奈米金複合薄膜 26
3.3實驗儀器 29
第四章 結果與討論 32
4.1 感光性聚亞醯胺圖案化 32
4.1.1 表面檢測 32
4.1.2 線寬分析 35
4.2圖案化聚亞醯胺-奈米金粒子層 37
4.2.1奈米金分析 37
4.2.2表面檢測 39
4.2.3線寬分析 43
4.2.4元素分析 48
4.3多層聚亞醯胺/奈米金複合薄膜 50
4.3.1 SEM檢測 50
4.3.2元素分析 58
4.3.3光學性質分析 60
第五章 結論 67
參考文獻 68

表目錄
表4.3.1聚亞醯胺/奈米金複合薄膜的EDAX檢測數據 59
表4.3.2 聚亞醯胺/奈米金複合薄膜的膜厚及相對折射率量測結果總表 62
表4.3.3 聚亞醯胺/奈米金複合薄膜的膜厚及相對折射率量測結果整理 62







圖目錄
圖1.1 聚亞醯胺-奈米金複合材料研究架構圖 3
圖2.1 (a)添加10 wt% SiO2的PSPI-SiO2與(b)純PSPI光微影後SPM圖 6
圖2.2 (a)添加10 wt% TiO2的PSPI-TiO2- SiO2與(b)純PSPI光微影後的SPM圖 7
圖2.3 (a)純PSPI、(b)添加2 wt% PSPI-MMT與(c)添加3 wt% PSPI-MMT經光微影後的SEM圖 8
圖2.4 Au-SPR圖 9
圖2.5 Au-SPR圖 10
圖2.6 UV光化學還原製備奈米金粒子機構 11
圖2.7 (左)矽晶圓表面吸附奈米金粒子之SEM圖;(右)表面吸附單層奈米金粒子之折射圖 12
圖2.8 聚亞醯胺高分子表面之奈米金粒子SEM圖 13
圖2.9 PSG的SEM圖 14
圖2.10 SiO2-Au-TiO2混成薄膜的TEM圖 15
圖2.11多層(7層)奈米金粒子薄膜與聚亞醯胺薄膜交疊後之AFM照片(左)地勢圖;(右)相圖及(下)以側鏈胺基吸附奈米金粒子的聚亞醯胺高分子之結 16
圖2.12 (左)奈米金組裝多層膜示意圖;(右)Au-SPR UV圖 17
圖2.13利用Imprinting與lift-off方法做曝光顯影有機無機混成薄膜的示意圖 17
圖3.2.1 感光性聚亞醯胺共聚高分子合成反應流程圖 21
圖3.2.2 感光性聚亞醯胺圖案化薄膜製備 23
圖3.2.3表面吸附奈米金粒子感光性聚亞醯胺薄膜圖案化流程圖 25
圖3.2.4聚醯胺酸高分子製備流程圖 26
圖3.2.6多層聚亞醯胺/奈米金粒子複合薄膜結構示意圖 28
圖4.1.1圖案化的感光性聚亞醯胺放大300倍的SEM圖 33
圖4.1.2 圖案化的感光性聚亞醯胺利用截面所拍攝的SEM圖 34
圖4.1.3 圖案化的感光性聚亞醯胺利用表面輪廓儀所檢測的線寬高 36
圖4.2.1奈米金粒子CA-Au的粒徑分佈圖 37
圖4.2.2 CA-Au不同倍率下之TEM 38
圖4.2.3 CA-Au的UV-Vis光譜圖 38
圖4.2.4 (5/20)先經由微影製程再進行浸泡奈米金不同倍率的SEM圖 39
圖4.2.5 (5/20)先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(1)不同倍率的SEM圖 41
圖4.2.6 (5/20)先浸泡奈米金再進行微影製程微影條件(2)的SEM圖 42
圖4.2.6感光性聚亞醯胺先進行微影製程再浸泡奈米金利用表面輪廓儀所檢測的線寬高度圖 44
圖4.2.7 感光性聚亞醯胺先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(1)利用表面輪廓儀所檢測的線寬高度圖 46
圖4.2.8 感光性聚亞醯胺先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(2)利用表面輪廓儀所檢測的線寬高度圖 47
圖4.2.9感光性聚亞醯胺先進行微影製程再浸泡奈米金mapping圖 49
圖4.2.10 感光性聚亞醯胺先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(1)的mapping圖 49
圖4.3.1聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI不同倍率SEM圖 51
圖4.3.2聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI/Au不同倍率SEM圖; 51
圖4.3.3聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI/Au/PI不同倍率SEM圖 52
圖4.3.4聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI/Au/PI/Au不同倍率SEM圖 52
圖4.3.5聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI/Au/PI/Au/PI不同倍率SEM圖 53
圖4.3.6聚亞醯胺/奈米金複合薄膜PI/Au/PI/Au/PI/Au不同倍率 SEM圖 53
圖4.3.7聚亞醯胺/奈米金複合薄膜截面放大5萬倍SEM圖 57
圖4.3.8三層聚亞醯胺薄膜截面放大5萬倍SEM圖 57
圖4.3.9聚亞醯胺/奈米金複合薄膜的EDAX圖 58
圖4.3.10單層聚亞醯胺(PI)光波入射後的行進路線 60
圖4.3.11 PI薄膜的折射率及膜厚測定曲線 60
圖4.3.12 PI/Au薄膜的折射率及膜厚測定曲線 61
圖4.3.13 PI與PI/Au薄膜之絕對反射率 64
圖4.3.14 PI/Au/PI與PI/Au/PI/Au薄膜之絕對反射率 64
圖4.3.15 PI/Au/PI/Au/PI與PI/Au/PI/Au/PI/Au薄膜之絕對反射率 65
圖4.3.16 PI與PI/Au薄膜之相對反射率 65
圖4.3.17 PI/Au/PI與PI/Au/PI/Au薄膜之相對反射率 66
圖4.3.18 PI/Au/PI/Au/PI與PI/Au/PI/Au/PI/Au薄膜之相對反射率 66
圖A-1 (2/20)先經由微影製程再進行浸泡奈米金不同倍率的SEM圖 71
圖A-2 (10/20)先經由微影製程再進行浸泡奈米金不同倍率的SEM圖 71
圖A-3 (2/20)先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(1)不同倍率的SEM圖 72
圖A-4 (10/20)先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(1)不同倍率的SEM圖 72
圖A-5 (2/20)先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(2)不同倍率的SEM圖 73
圖A-6 (10/20)先浸泡奈米金再進行微影製程顯影條件(2)不同倍率的SEM圖 73
圖B-1 PI薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 74
圖B-2 PI/Au薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 75
圖B-3 PI/Au/PI薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 76
圖B-4 PI/Au/PI/Au薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 77
圖B-5 PI/Au/PI/Au/PI薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 78
圖B-6 PI/Au/PI/Au/PI/Au薄膜的折射率及膜厚測定曲線(分別測量3次) 79

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  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-02-15公開。
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