Formação e estabilidade térmica de filmes ultrafinos de PMMA

Nesse trabalho foi investigada a formação e estabilidade térmica de filmes ultrafinos de PMMA de diferentes espessuras (entre 2 e 50 nm) depositados sobre lâminas de Si. Para observar os efeitos ocasionados por tratamento térmico nos diferentes ambientes na morfologia da superfície, foram realizados recozimentos em tempos pré-determinados em ar, N2 e vácuo, em temperaturas acima (150 C°), próximas (100 e 120°C) ou muito abaixo da temperatura de transição vítrea Tg nominal do material. Também foi estudado o efeito de pré-irradiação com íons de alta energia (300 keV e 2 MeV H+ e 18 MeV Au+) na estabilidade dos filmes para tratamento térmico no vácuo. Os filmes como depositados apresentaram superfícies lisas e uniformes com exceção de alguns filmes, em geral mais grossos, que apresentaram buracos circulares de tamanhos entre 100 e 300 nm em algumas regiões. Observou-se um aumento suave da rugosidade dos filmes com o crescimento da espessura h dos filmes até h~10 nm. Para filmes com espessura h>10 nm a rugosidade quadrática média (RRMS) do filme tendeu a estabilizar em torno de ~0,25 nm.Os filmes mantidos em ar na temperatura ambiente mostraram em alguns casos efeito de envelhecimento com aumentos na rugosidade de até 20% num período de 60 dias. Para períodos curtos, não se observou um efeito significativo nos filmes. Os filmes que foram tratados em temperatura acima ou próximo da Tg apresentaram crescimento nos valores de RRMS para todos os tipos de atmosferas. A magnitude de variação foi, contudo mais acentuado para o vácuo: a rugosidade dos filmes chegou a alcançar um valor até três vezes o valor inicial após um período de 24h. No geral, os filmes mais finos se mostraram mais estáveis frente aos tratamentos térmicos em todos os diferentes ambientes. Esse resultado pode estar vinculado ao predomínio das interações de interface polares (entre o óxido nativo na superfície do silício e os grupos C=O do PMMA) nos filmes ultrafinos.A irradiação com íons pesados aumentou a rugosidade dos filmes para todas as fluências utilizadas. Por sua vez a irradiação com íons leves nas duas energias utilizadas acelerou a desestabilização dos filmes em doses baixas, mas gerou uma melhoria na estabilidade em doses intermediárias. Esses efeitos podem ser atribuídos aos tipos de modificações introduzidas pelos íons em cada regime de energia. Para os íons de Au+ os danos e o sputtering são muito mais acentuados, favorecendo formação de buracos na superfície. Para íons de H+, predominam os efeitos diluídos dos elétrons secundários que podem aumentar a mobilidade das cadeias via processo de cisão em fluências baixas, mas favorecem a reticulação e estabilização para doses mais altas.In this study, we investigated the formation and thermal stability of PMMA ultrathin films of different thicknesses h from 2 to 50 nm deposited on Si wafers. To observe the effects caused by temperature in the surface morphology annealings at predetermined times were performed in air, N2 or vacuum atmospheres, at temperatures above (150 ° C), closed to (100 and 120 ° C) or much below the glass transition temperature Tg at the material. We also studied the effect of pre-irradiation with high-energy ions (300 keV and 2 MeV of H+ and 18 MeV of Au7+) on the stability of the films in vacuum. The as deposited films showed smooth and uniform surfaces, except in a few movies which presented circular holes of sizes between 100 and 300 nm in some regions. We observed a slight crease in the roughness of the films with increasing thickness up to h ~ 10 nm. For films with h> 10 nm, the root mean square roughness (RRMS) tended to stabilize around ~ 0. 25 nm. The films maintained in air at ambient temperature showed, in some cases an aging effect with a increase in roughness of up to 20% after 60 days.For short periods, no significant effect was observed RRMS increased in all films treated at temperatures near or above the Tg values for all kinds of atmospheres. The magnitude of variation was however larger for films treated in vacuum. The roughness of the films reached up to three times the initial value after a period of 24h. In general, the thinnest films were more stable in all different environments. This result may be linked to the predominance of polar interactions at the interface (between the native oxide on the silicon surface and COO groups of PMMA) in the ultrathin films.The irradiation with heavy ions increased the roughness of the films for all fluences used. Irradiation with light ions, in the two energies used, accelerated the destabilization of the films at low doses, but generated an improvement in stability in intermediate doses. These effects can be attributed to the types of changes introduced by the ions in each energy regime. For the Au+ ion sputtering and damage are much more pronounced favoring formation of holes in the surface. For H+ ions predominate the diluted effects of secondary electrons that can increase the mobility of the chains via the fission process at low fluences, but eventually favoris crosslinking and stabilization for higher doses