New vapor deposited dielectric polymer thin films for electronic applications

Abstract

Dielectric materials are of great interest in a vast amount of applications ranging from cable insulation to advanced electronic devices. The emerging trend of device miniaturization is creating an increased demand for dielectric thin films that can be produced precisely on the nanometer scale. In addition, special mechanical properties are often required, for example in the field of flexible organic electronics. Polymers are first-choice materials for this purpose. However, it is extremely difficult to produce precise nanoscale thin films, which have a low defect density and are free of e.g. residual solvent, by wet chemistry approaches. Initiated chemical vapor deposition (iCVD) is a solvent-free polymer thin film deposition process which can be used to produce high quality dielectric thin films with nanoscale control and circumvents thus these problems. This work demonstrates the versatility of the iCVD process in the field of electrical applications by some new application examples of iCVD. By adding e.g. a hydrophobic organosiloxane thin film on columnar zinc oxide (ZnO:Fe) gas sensing structures there was a change in the selectivity from ethanol to hydrogen, as well as improved performance at high humidity level. The modified sensors can thus be used in humid ambient, especially for breathing tests, which can lead to the diagnosis of some diseases by cutting edge non-invasive approaches.

Materialele dielectrice prezintă interes pentru numeroase aplicații, de la izolarea cablurilor până la dispozitive electronice avansate. Tendința emergentă de miniaturizare a dispozitivelor creează o cerere crescută pentru pelicule subțiri dielectrice care pot fi produse exact la scara nanometrică. În plus, sunt adesea necesare proprietăți mecanice speciale, de exemplu în domeniul electronicii organice flexibile. Polimerii sunt materiale de primă alegere în acest scop. Cu toate acestea, este extrem de dificil să se producă filme subțiri precise la scară nanometrică, care au o densitate scăzută a defectelor și sunt lipsite de solvent rezidual, prin abordări ale chimiei umede. Depunerea chimică de vapori inițiată (iCVD) este un proces de formare a peliculei subțiri de polimer fără solvenți care poate fi utilizat pentru a produce pelicule dielectrice de înaltă calitate cu control la scară nanometrică și eludează astfel aceste probleme. Această lucrare demonstrează versatilitatea procesului iCVD în domeniul aplicațiilor electrice prin câteva exemple noi de aplicare a iCVD. Prin adăugarea, spre exemplu, a peliculei subțiri de organosiloxan hidrofob pe structurile de detectare a gazului de oxid de zinc columnar (ZnO:Fe), se atestă o schimbare a selectivității de la etanol la hidrogen, precum și o performanță îmbunătățită la un nivel ridicat de umiditate. Senzorii modificați pot fi astfel utilizați în mediu umed, în special pentru teste de respirație, care pot duce la diagnosticarea unor boli prin abordări non-invazive de ultimă oră.