原子層沈積技術之脂肪族聚醯胺薄膜研究

Abstract

本研究以原子層沈積(Atomic Layer Deposition, ALD)之聚醯胺(polyamide)薄膜性質，並探討有機無機混層簿膜之材料和結構對於薄膜氣體穿透率、抗撓曲程度的影響。本論文研究兩種高分子膜，分別是：(1)聚醯胺-32 (poly-N-(2-aminoethyl)-3-oxopropanamide, PA32) ，以丙二醯氯(malonyl chloride)與乙二胺(ethylene diamine)作為前趨物。(2)聚醯胺-42(poly-(E)-N-(2-aminoethyl)-4-oxobut-2-enamide, PA42)，以反丁烯二醯氯(fumaryl chloride)與乙二胺作為前趨物。PA32, PA42 聚醯胺膜可以分別在 75~125℃和 80℃成長。QCM 分析顯示薄膜擁有良好的自我限制(self-limiting)的特性，由 Alpha-step觀察可知高分子膜在 100 循環以下有著固定的成長率，以上則成長率漸減，Uv-vis圖譜顯示此膜的高透光度，SEM、AFM 結果則得知表面平整度高，易水解性則可以在儲存此膜於高溫高溼環境後觀察到。 另外我們對 PA42 薄膜作了感光性測試，但並不如預期有感光交聯之特性。最終，我們使用了新開發的氧化鋁/聚醯胺-32(Al2O3/PA32)與氧化鋁/氧化鉿/聚醯胺-32(AHO/PA32)等兩種混層系統製作可撓阻氣薄膜。在Al2O3/PA32 系統中，本研究發現在 5:20 的 Al2O3/PA32 比例下，薄膜擁有極佳的阻氣性質。此是由於 PA32 層在薄膜中有隔開無機層缺陷的效果，增長氣體的擴散路徑，進而提升薄膜的阻氣性質。在 AHO/PA32 的系統中，本研究發現加入了有機層後，薄膜的阻氣性質亦顯著提升。在水氣穿透率(WVTR)的量測中可達 1.3×10-6/m2/day，達到有機發光二極體(OLED)元件封裝的要求。此外，此薄膜具有穩定之阻氣效能，其阻氣效能經高溫(60℃)高溼(80RH)儲存超過 100 個小時或經過 200 次撓曲後，皆變化不大。本研究結果提供了一種可使用於軟性元件新的薄膜封裝方式。

We studied the atomic layer deposition (ALD) processes of two polyamide films and their applications in flexible gas-permeation barriers. The two polyamides were: (1) poly-N-(2-aminoethyl)-3-oxopropanamide (PA32), deposited from malonyl chloride and ethylene diamide, and (2) poly-(E)-N-(2-aminoethyl)-4-oxobut-2-enamide (PA42), deposited from fumaryl chloride and ethylene diamide. The polyamide films showed ALD process temperature of 75~125