Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban"

Vilmos Rácz
7 évvel ezelőtt
Látták:

polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

1 TÁMOP-4.2.2/B-10/ Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban Szilasi Szabolcs Témavezetők: Dr. Rajta István Dr. Kiss Árpád Zoltán MTA Atomki, Debrecen PhD védés, szeptember 25.

2 Bevezetés Protonnyalábos mikromegmunkálás (Proton Beam Writing, PBW) Viszonylag új (1993, Oxford), direkt írásos, háromdimenziós litográfiás eljárás Világszerte ~10 laboratórium, kiemelkedő: Szingapúri Egyetem - Center of Ion Beam Applications (CIBA) Pásztázó ionmikroszonda laboratóriumokban használják, kereskedelmi forgalomban még nem kapható PBW célberendezés Magyarországon: 2002-től, azóta is egyedüliként az Atomkiban Először TDK-sként, majd diplomamunkásként kapcsolódtam be, később mint PhD hallgató 2

3 PBW bemutatása A proton behatol a céltárgyba. A részecske által bejárt pálya mentén fizikai és kémiai változások történnek. Az anyag szerkezete lokálisan megváltozik. A kialakuló változások mértéke függ az anyagi minőségtől és a besugárzás paramétereitől. 3

4 Doktori munkám során Poli(metil-metakrilát)-ban (PMMA) és poli(dimetil-sziloxán)-ban (PDMS) protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló fizikai és kémiai változások vizsgálatával foglalkoztam. Fontos volt számomra PMMA a gyakorlati alkalmazási lehetőségek keresése, bemutatása. Törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata Kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata PDMS A törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata Kémiai változások vizsgálata Mintafelszín topográfiájának változásai Eredmények alkalmazása, optikai elemek létrehozása Optikai hullámvezető kialakítása, fényvezetés igazolása Optikai rácsok és Fresnel-féle zónalemezek létrehozása Domború mikrolencse kialakítása 4

5 Atomki VdG-5 5

6 PMMA kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata Mivel egy ion lassulása közben változó mennyiségű energiát ad át a közegnek, ezért feltehetőleg a pályája mentén felszakadó kötések száma sem állandó. FTIR Transzmisszió s Reflexiós (ATR) proton/cm2, 2 MeV, ~83 µm 6

7 PMMA kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata Rama n Pontmérés Vonal pásztázás 7

8 PMMA kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata Mélységi kémiai vizsgálatok FTIR ATR Rama n Transzmisszió s Pontmérés Vonal pásztázás S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Materials Chemistry and Physics 130 (2011)

PDMS - törésmutató változás mélységi profiljának vizsgálata Al abszorbensek, 1,265 2,000 MeV proton, 1,25 1015 proton/cm2 (2000 nc/mm2) Demonstrác hullámvezetők ió, létrehozása alkalmazás ~2 µm 2 µm,

9 PDMS - törésmutató változás mélységi profiljának vizsgálata Al abszorbensek, 1,265 2,000 MeV proton, 1, proton/cm2 (2000 nc/mm2) Demonstrác hullámvezetők ió, létrehozása alkalmazás ~2 µm 2 µm, cm-2 (1500 nc/mm2 ) S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Materials Chemistry and Physics (2011)

10 PDMS topográfia, fázisváltozás vizsgálata Kompaktálód ás Különböző vonalszélesség/periódus arányú vonalak Topográfia és fázisváltozás kapcsolata et Keresztmetsz t Keresztmetsze y=a-bcx aszimptotikus függvény elérhető legnagyobb besüllyedés meghatározása S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Applied Surface Science 257 (2011) Szeptember

11 PDMS domború mikrolencsék létrehozása kompaktálódással AFM képek 15, 30, 60, 100, 200 µm belső átmérőjű körgyűrűk besugárzása 1500 nc/mm2 = 9, proton/cm2 Lencseméretek Lencse profil Fókusztávolságok S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microelectronic Engineering 88 (2011)

12 Összefoglalás PMMA és PDMS polimerek optikai tulajdonságainak megváltozását vizsgáltam különböző hullámhosszakon a 2 MeV-es protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult törésmutató változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. Az eredményeim demonstrációjaként optikai eszközöket hoztam létre proton mikronyalábbal PDMS-ben. PMMA és PDMS polimerekben protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló kémiai változásokat vizsgáltam a protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult kémiai változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. PMMA esetében meghatároztam a bekövetkező kompaktálódás mértékét a mélység függvényében Vizsgáltam PDMS felszínének topográfiai változásait 2 MeV energiájú proton mikronyaláb hatására. Megmutattam, hogy a PDMS felszínének topográfiája hogyan függ a besugárzás bizonyos paramétereitől. Az eredményeim alapján mikrooptikai eszközöket készítettem és vizsgáltam. 13

13 A disszertációhoz tartozó közlemények 1. I. Rajta, S.Z. Szilasi, J. Budai, Z. Tóth, P. Petrik, E. Baradács, Refractive index depth proﬁle in PMMA due to proton irradiation, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 260 (2007) , IF: 0,997. F.len hivatkozások száma: S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Mat. Chem. Phys. (2011) , IF: 2, R. Huszank, S.Z. Szilasi, I. Rajta, A. Csik, Fabrication of optical devices in poly(dimethyl-siloxane) by proton microbeam, Optics Communications 283 (2010) , IF:1,517. F.len hivatkozások száma: 1 4. S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Mat. Chem. Phy. 130 (2011) , IF: 2,353. F.len hivatkozások száma: S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Appl. Surf. Sci. 257 (2011) , IF:1, S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microel. Eng. 88 (2011) , IF:1,569. (7. R. Huszank, S.Z. Szilasi, D. Szikra, Deposited energy dependent chemical processes in poly(dimethylsiloxane) induced by 2.0 MeV H+ irradiation, Beküldés alatt) 14

14 Egyéb közlemények 8. Szilasi S.Z., Baradács E., Daruka I., Raics P., Cserháti Cs., Dobos E., Rajta I.: PMMA melting under proton beam exposure. Nucl. Instr.Meth. B 231 (2005) Szilasi S.Z., Huszank R., Csik A., Cserháti C., Rajta I.: PDMS patterning by proton beam, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) Rajta I., Szilasi S.Z., Fürjes P., Fekete Z., Dücső Cs., Si Micro-turbine by Proton Beam Writing and Porous Silicon Micromachining, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) Huszank R., Szilasi S.Z., Vad K., Rajta I., Fabrication of a microreactor by proton beam writing technique, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 267 (2009) Rajta I., Gál G. A. B., Szilasi S.Z., Juhász Z.,Biri S., Mátéfi-Tempfli M., Mátéfi-Tempfli S., Nanochannel alignment analysis by scanning transmission ion microscopy, Nanotechnology 21 (2010) Huszank R., Szikra D., Simon A., Szilasi S.Z., I. P. Nagy, 4He+ Ion Beam Irradiation Induced Modification of Poly(dimethylsiloxane). Characterization by Infrared Spectroscopy and Ion Beam Analytical Techniques, Langmuir 27 (2011) Gál G.A.B., Rajta I., Szilasi S.Z., Juhász Z., Biri S., Cserháti C., Csik A., Sulik B., Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries, Nucl. Instr.Meth. B (2011) Juhász Z., Kovács S.T.S., Herczku P., Rácz R., Biri S., Rajta I., Gál G.A.B., Szilasi S.Z., Pálinkás J., Sulik B., Guided transmission of 3 kev Ar7+ ions through dense polycarbonate nanocapillary arrays: Blocking effect and time dependence of the transmitted neutrals, Nucl. Instr.Meth. B 279 (2012)

15 Köszönetnyilvánítás K 16

Hasonló dokumentumok

Rövid összefoglaló. Az eredmények részletezése

Rövid összefoglaló. Az eredmények részletezése Rövid összefoglaló A téma keretében a mikromegmunkálás módszerét telepítettük az ATOMKI pásztázó proton mikroszondájához (1. pont). Második lépésben különböző nyomdetektor és más reziszt anyagokat vizsgáltunk