1、第三章第三章 光功能高分子材料光功能高分子材料3.1 感光树脂感光树脂3.2 光致变色高分子光致变色高分子3.3 塑料光导纤维塑料光导纤维3.4 光降解高分子材料光降解高分子材料概述概述 定义：光功能高分子材料是指能够对光光功能高分子材料是指能够对光进行进行传输传输、吸收吸收、储存储存、转换转换的一类高的一类高分子材料。分子材料。分类：分类：光物理材料：对光的对光的物理输出和转化物理输出和转化特性。特性。包括光的透过、传导、干射、洐射、散射、包括光的透过、传导、干射、洐射、散射、折射等。折射等。光化学材料：光的作用下发生光的作用下发生光化学变化。光化学变化。包括光交联、光分解、光聚合及光异构等
2、包括光交联、光分解、光聚合及光异构等 反应。反应。3.1 感光树脂感光树脂感光树脂感光树脂带有感光基团的高分子带有感光基团的高分子加入感加入感 光性化合物（光敏剂）光性化合物（光敏剂）吸收光能量吸收光能量hv光化学反应光化学反应高分子发生物理和化学变化高分子发生物理和化学变化应用应用 1 印刷制版印刷制版2 孔板制造孔板制造3 集成电路加工集成电路加工4精密机械加工精密机械加工电磁波谱电磁波谱光化学反应光化学反应化学变化化学变化如光交联如光交联物质分子物质分子吸收吸收hv基态跃迁基态跃迁到激发态到激发态物理变化物理变化如荧光、磷光如荧光、磷光光化学定律光化学定律Crotthus-Draper定
3、律：hv=E.m-E.n(mn)。即光源波长与反应。即光源波长与反应物吸收光要匹配，物吸收光要匹配，只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。Stark-Eienstein 定律：分子吸收光是量子化的分子吸收光是量子化的。即一个分子只即一个分子只吸收一个光子，光化学反应是分子吸收一个光子的结果。吸收一个光子，光化学反应是分子吸收一个光子的结果。Beer-Lambert 定律：单色光的吸收与吸光物质的厚度呈指数关单色光的吸收与吸光物质的厚度呈指数关系：系：I=I010-cl 式中，为单色光的发射强度式中，为单色光的发射强度I0；I为透射光强度；为透射光强度；c为
4、试样溶液的摩尔浓度，为试样溶液的摩尔浓度，mol/L；l 为通过样品的光程长度，为通过样品的光程长度，cm；为吸光物质的摩为吸光物质的摩 尔消光系数，尔消光系数，（molL-1）-1cm-1,越大吸光本领越强。越大吸光本领越强。光致抗蚀剂光致抗蚀剂光致抗蚀剂又称光刻胶。光致抗蚀剂又称光刻胶。感光树脂感光树脂溶解溶解适当溶剂适当溶剂加入加入增感剂增感剂光致抗蚀剂光致抗蚀剂定义：定义：特性：特性：光照后即即发生交联或分解反应，光照后即即发生交联或分解反应，引起溶解度的变化。引起溶解度的变化。光致抗蚀剂分类光致抗蚀剂分类3 按光化学反应按光化学反应光交联型光交联型光降解型光降解型2 按形态或组成按形
5、态或组成光敏剂光敏剂+聚合物聚合物带有感光基团的聚合物带有感光基团的聚合物1 按成像作用按成像作用正性光致抗蚀剂正性光致抗蚀剂负性光致抗蚀剂负性光致抗蚀剂负性光致抗蚀剂负性光致抗蚀剂氧化硅层氧化硅层硅硅抗蚀剂层抗蚀剂层掩膜掩膜曝光部分发生交联反曝光部分发生交联反 应，溶解度变小。应，溶解度变小。显影显影除去未曝光部分除去未曝光部分，而形成负型图像。而形成负型图像。腐蚀后在氧化硅表面腐蚀后在氧化硅表面 形成窗口。形成窗口。除去光刻胶，即完成除去光刻胶，即完成 集成电路的一次光刻。集成电路的一次光刻。曝光部分发生交联反曝光部分发生交联反 应，溶解度变小。应，溶解度变小。曝光部分发生交联反曝光部分发
6、生交联反 应，应，溶解度变小溶解度变小。正性光致抗蚀剂正性光致抗蚀剂曝光部分发生分解反曝光部分发生分解反 应，应，溶解度变大溶解度变大。显影显影除去曝光部分除去曝光部分，而形成与，而形成与 掩膜一致的正型图像。掩膜一致的正型图像。光交联型光致抗蚀剂光交联型光致抗蚀剂1 聚乙烯醇肉桂酸酯系抗蚀剂聚乙烯醇肉桂酸酯系抗蚀剂吸光交联吸光交联感光基团感光基团2 双叠氮双叠氮-橡胶系抗蚀剂橡胶系抗蚀剂定义:以以双氮化合物双氮化合物为感光剂并与为感光剂并与二烯系橡胶二烯系橡胶及及溶剂溶剂组成的组成的 光刻胶。由柯达公司开发。光刻胶。由柯达公司开发。环化环化浓硫酸浓硫酸 双氮化合物吸光分解双氮化合物吸光分解
7、交联反应交联反应优点优点分辨率高，分辨率高，2-3m耐腐蚀耐腐蚀粘附性好粘附性好用于硅、二氧化硅、铝、用于硅、二氧化硅、铝、钼、铜、铬、不锈钢及石钼、铜、铬、不锈钢及石英材料的光刻英材料的光刻应用应用光分解型抗蚀剂光分解型抗蚀剂一般在带有一般在带有羟基或胺基羟基或胺基的大分子链中引入的大分子链中引入叠氮醌基团叠氮醌基团。合成:机理：机理：曝光部分曝光部分与共存的碱溶性线性酚醛树脂一起溶出与共存的碱溶性线性酚醛树脂一起溶出在碱性水溶液中难溶而形成图像在碱性水溶液中难溶而形成图像未曝光部分未曝光部分优点优点1 分辨率高分辨率高，能多次曝光，能多次曝光2 图像线条图像线条清晰度好清晰度好，优于负性光
8、刻胶，优于负性光刻胶3 曝光时曝光时不受氧影响不受氧影响，因而易于处理，因而易于处理4 高反差高反差，灵敏度比负性光刻胶好，灵敏度比负性光刻胶好5 易去胶易去胶，对铝布和铬掩膜等光刻胶较理想，对铝布和铬掩膜等光刻胶较理想缺点：缺点：难于精制，易产生针孔，黏附性、抗蚀性比负性光刻胶差等难于精制，易产生针孔，黏附性、抗蚀性比负性光刻胶差等光刻胶的发展光刻胶的发展 随着集成度的提高，对光刻胶的分辨率的要求随着集成度的提高，对光刻胶的分辨率的要求越来越高，越来越高，光源波长越短，光刻分辨率也就越高光源波长越短，光刻分辨率也就越高。紫外光刻胶（紫外光刻胶（350450nm）辐照光刻胶辐照光刻胶远紫外（远
9、紫外（200300nm）X射线（射线（0.41.4nm）电子束（电子束（0.0010.01nm）光源波长光源波长发展趋势主要是发展趋势主要是提高分辨率、灵敏度和抗蚀性能。提高分辨率、灵敏度和抗蚀性能。新的光刻工具提供的辐照密度都比传统的光新的光刻工具提供的辐照密度都比传统的光刻工具低刻工具低对胶的灵敏度提出了更高的要求对胶的灵敏度提出了更高的要求化学放大光刻胶系统化学放大光刻胶系统此外一些新的技术如图形反转、多层胶技术、表此外一些新的技术如图形反转、多层胶技术、表面硅烷化技术、干法显影技术等也在研究之中。面硅烷化技术、干法显影技术等也在研究之中。印刷制版印刷制版感光树脂版感光树脂版 在印刷制版中采用在印刷制版中采用感光树脂代替银盐感光树脂代替银盐的的照相法，称为非银盐照相法。照相法，称为非银盐照相法。光刻胶商品光刻胶商品使用使用SU-8SU-8胶光刻图形胶光刻图形 精密机械加工精密机械加工
