RICERCA ITALIANA     

Sintesi e caratterizzazione di nuovi POSS monomeri bifunzionalizzati per la preparazione di polimeri ibridi inorganici/organici ad alta resistenza termica da utilizzare come dielettrici a bassa costante dielettrica.

Università degli Studi di Catania

Abstract

L’avanzamento continuo della microelettronica in tutti i campi della tecnologia è diventato una realtà di tutti i giorni e richiede il miglioramento costante dei requisiti di materiali utilizzati per fabbricare i dispositivi dei circuiti integrati, in particolare la messa a punto di nuovi materiali a bassa costante dielettrica. Ci sono diversi materiali candidati a sostituire l’ossido di Silicio e in particolare l’attenzione è puntata sui materiali polimerici. Essi, in virtù della bassa costante dielettrica, sono i più indicati per queste applicazioni ma sfortunatamente sono richieste altre caratteristiche e tra queste un’elevata stabilità termica che è la più difficile da possedere per un materiale a base organica quale è un polimero. I polimeri per alte prestazioni quali polimmidi, poliammidi, polieterechetoni, poliarileteri mostrano ottima stabilità termica ma per contro hanno valori di costante dielettrica intorno a 3.1-3.5 varabile anche in funzione del contenuto di acqua. La ricerca in questo campo si è orientata verso un aumento della porosità di tali polimeri per sfruttare la bassa costante dielettrica dell’aria .L’introduzione di derivati del silicio quali silossani, viene considerata interessante grazie alla natura idrofobica dei segmenti silossanici che ridurrebbe l’assunzione di acqua da parte del materiale.
Una nuova classe di derivati del silicio nota come “Polyhedral Oligomeric SilSesquiossanes” (POSS) mostra una notevole versatilità per tale scopo.Essi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco Agatino Bottino Università degli Studi di CATANIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo principale di questo progetto di ricerca è sviluppare materiali polimerici per alte prestazioni che contengano nella catena del polimero unità POSS. Per la sua realizzazione è necessario sintetizzare strutture POSS che siano opportunamente bifunzionalizzate ai fini della loro copolimerizzazione.
L’interesse per questo progetto deriva della elevata versatilità che le strutture POSS mostrano.
Essi sono costituiti da uno scheletro di atomi di silicio ed ossigeno particolarmente rigido, con dimensioni tra 1 e 3 nm e con gruppi organici che fuoriescono da tale scheletro. Proprio per questa loro struttura ibrida organico-inorganica, essi sommano ai vantaggi tipici dei materiali inorganici, quali elevata resistenza meccanica e termica, una varietà di caratteristiche tipiche dei materiali organici. Se i gruppi attaccati ai vertici di questa struttura a gabbia sono inerti avremo un additivo fisico, meglio ancora un nano additivo. Invece gruppi funzionali reattivi presenti ai vertici permetteranno la formazione di legami covalenti con se stessi o con altri monomeri. Potranno ottenersi polimeri termoindurenti se tutti i sostituenti sono egualmente funzionalizzati , o copolimeri con unità POSS pendenti nel caso di monofunzionalizzazione. L’introduzione di queste unità come parte integrante di uno scheletro polimerico lineare è allo stato limitata a pochissimi esempi che in particolare vedono l’utilizzo di particolari tipologie di strutture POSS parzialmente >>>

Risultati parziali attesi

I silsesquiossani poliedrici oligomerici sono venuti alla ribalta negli ultimi dieci anni e sono oggetto di ricerca in tutti i campi relativi ai materiali avanzati soprattutto nel campo dei materiali nanocompositi polimerici in considerazione delle loro particolari caratteristiche. Infatti unitamente al poter essere considerati come le più piccole particelle di silice esistenti (silice molecolare) in considerazione della loro struttura con dimensioni dell’ordine di 1-3 nanometri hanno la possibilità di poter essere funzionalizzate con gruppi reattivi legati in maniera covalente. Le unità POSS introdotte nelle catene polimeriche sono in grado di migliorare in maniera rilevante le proprietà meccaniche delle matrici polimeriche nelle quali sono inserite. La possibilità di modificare la morfologia della matrice e in particolare l’aumento della porosità che i vuoti conseguenti all’incorporazione di queste strutture nella matrice polimerica possono determinare li rende particolarmente interessanti per applicazioni nel campo dell’elettronica come potenziali materiali polimerici a bassa costante dielettrica potenzialmente in grado di sostituire il materiale isolante tra i conduttori oggi prevalentemente costituito da ossido di silicio.
Sebbene i POSS siano un argomento molto studiato in questi ultimi anni, il progetto proposto contiene un aspetto innovativo rispetto allo stato dell’arte. Infatti, nonostante vi siano parecchi lavori sulla sintesi e caratterizzazione di POSS >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L'avanzamento continuo della microelettronica in tutti i campi della tecnologia è diventato una realtà di tutti i giorni. Ciò richiede il miglioramento costante dei requisiti dei materiali utilizzati per fabbricare i transistor, i condensatori e tutti gli altri dispositivi dei circuiti integrati. Mentre i dispositivi diventano sempre più piccoli, la distanza tra i circuiti diminuisce e i conduttori interferiscono tra di loro. Per questo motivo è necessaria, per un ulteriore miglioramento delle prestazioni, la messa a punto nuovi materiali a bassa costante dielettrica (k) da utilizzare come isolanti tra i conduttori (IML).
Per oltre 25 anni l’ossido di silicio (SiO2) è stato il materiale scelto dall’industria microelettronica come isolante. Ci sono diversi materiali candidati a sostituire l’ossido di silicio, ma l’industria ha focalizzato il proprio interesse principalmente su due classi: materiali polimerici e ossidi di silicio PECVD drogati con carbonio.
Tra i materiali polimerici il politetrafluoroetilene che ha una costante dielettrica minore di 2.Pertanto,i materiali polimerici sono potenzialmente i materiali più indicati per queste applicazioni. Sfortunatamente non tutti i polimeri sono utilizzabili per l’incorporazione nei microchips. Infatti, accanto alla bassa costante dielettrica, altre caratteristiche sono richieste a questi materiali e tra queste la più importante , e anche la più difficile da possedere per un materiale polimerico, è un’elevata >>>