[發明專利]高介電低損耗無規共聚物電介質材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710161290.1
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107090058B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 黃興溢;王雨馨;江平開
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08F220/38
• 分類號: C08F220/38;C08F220/32;C08J5/18;C08J3/24;C08L33/14;C08K5/18;C09D133/14;H01L21/288;H01L29/51
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明公開了可交聯高介電低損耗聚合物絕緣材料的合成，交聯制膜方法，以及其用于場效應晶體管絕緣層的制備方法；該聚合物絕緣材料的結構通式為：其中R為烷基，n及m分別表示兩種結構單元的相對摩爾含量。所述聚合物為無規共聚物，其中環氧基團為可交聯基團，砜基為極性基團。所述聚合物通過熱交聯成膜可以制備得聚合物薄膜。該交聯薄膜具有透明，柔性，高介電常數，低介電損耗，高儲能密度及高儲能效率等性能。同時，該聚合物可通過低溫溶液法制備成為場效應晶體管絕緣層材料。所制備的晶體管具有啟動電壓低，遷移率高以及可低電壓穩定操作等性能。可滿足微電子器件絕緣層材料的性能需求。

技術領域

本發明涉及一種高介電低損耗無規共聚物電介質材料及制備方法，屬于電介質材料及儲能材料制備技術領域。

背景技術

高介電材料在電子電器的各個領域有著廣泛的應用。隨著微電子器件的發展，具有高儲能密度的絕緣材料在促進電子器件微型化，輕量化，以及節能操作方面都有重要的意義。應用于儲能器件及其微電子器件中的高介電材料需要有著如下性能：高的介電常數，低介電損耗，高擊穿強度，柔性以及可加工性能。

絕緣材料主要有三種：陶瓷材料，聚合物材料，無機陶瓷/聚合物復合材料。陶瓷材料雖然有著高的介電常數，但是其力學性能差，不易加工，同時擊穿電壓也較低；陶瓷/聚合物復合材料雖然結合了陶瓷與聚合物的共同優勢，但是實現填料在聚合物中的均勻分散一直是待解決的問題。同時，材料和聚合物間的相容性較差也會導致整體介電性能以及力學性能的下降。復合材料這一非均相體系也為其存放和在電子設備中實際應用的制備帶來了問題。第三種絕緣材料是聚合物絕緣材料。常見的聚合物均擁有優良的力學性能及可加工性，良好的絕緣性能，以及高的擊穿電壓。然而，介電常數較低是聚合物共有的問題。常用的聚合物，如聚乙烯，聚丙烯等介電常數皆低于3，而極性的聚合物如甲基丙烯酸甲酯的介電常數也僅為3～4。此類聚合物作為晶體管絕緣層材料時，低的介電常數會使得相同厚度下所需的操作電壓增大，增加操作能耗。因此，研究新型的聚合物材料，使其具有更大的介電常數同時保持著聚合物的其它優異特性就有重要意義。

發明內容

本發明針對現有研究技術的缺陷，提供了一種新型的可交聯高介電低損耗聚合物絕緣材料及制備方法，并實現了其在晶體管中的成功應用。本發明采用可逆加成-斷裂鏈轉移聚合以及自由基聚合方法，合成了一種具有極性基團和交聯基團的無規共聚物，并將其通過熱交聯成膜；所制備的薄膜擁有高介電常數，低介電損耗，優異的儲能性質。將此共聚物作為絕緣層制備了場效應晶體管，具有優良的器件性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種無規共聚物，其具有式I所示的通式：

其中，R為烷基，n和m均為摩爾百分數，以交聯基團和極性基團的總摩爾數計。

作為優選方案，n為50～90％，m為10～50％。

作為優選方案，R為C3～C12的烷基。

第二方面，本發明提供了一種如前述的無規共聚物的制備方法，其包括如下步驟：

將砜基類化合物與乙烯基酰氯在三乙胺的催化下進行縮合反應，得到乙烯基砜類前驅體；

將所述乙烯基砜類前驅體和乙烯基環氧類前驅體在無水無氧條件下進行共聚反應，將共聚產物經過稀釋、沉降、洗滌、干燥，得到所述無規聚合物。

作為優選方案，所述縮合反應的溶劑為二氯甲烷，反應溫度為-10～0℃。

作為優選方案，所述共聚反應為可逆加成-斷裂鏈轉移聚合或自由基聚合。

作為優選方案，所述共聚反應的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺，反應溫度為60～80℃，引發劑和鏈轉移劑分別為偶氮二異丁氰和三硫酯類鏈轉移劑。