From polysilazane to silica: thin film fabrication and conversion mechanism studies

Perhydropolysilazane (PHPS) is an inorganic precursor for the fabrication of silica (SiO2) thin films under mild conditions, avoiding high temperature and the need of a chamber with medium/high vacuum. The objective of this thesis was to deposit PHPS and PHPS–poly(ethylene oxide) (PEO) thin films using the spin coating technique and to analyze the conversion mechanism of PHPS into silica through various methods. The thesis started with the preparation of the fresh solution of PHPS and PEO in dibutyl ether and acetonitrile, while PHPS was already present as 20% w/w in dibutyl ether. After the spin coating with the optimization of the parameters, the films were characterized by optical and infrared microscopy, followed by Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy. Differently substrates were taken into account: silicon, glass, copper and aluminium. The latter was identified as the most suitable substrate for obtaining IR spectra. The PHPS-to-silica conversion was then monitored under different mild conditions: exposure to air, UV irradiation with two different wavelengths (λ = 254 nm and λ = 366 nm), thermal treatment at 100 °C and exposure to water vapour.

Il peridropolissilazane (PHPS) è un precursore inorganico per la fabbricazione di film sottili di silice (SiO2) in condizioni blande, evitando l'alta temperatura e la necessità di una camera a medio/alto vuoto. L'obiettivo di questa tesi è stato quello di depositare film sottili di PHPS e PHPS- poli(etilene ossido) (PEO) utilizzando la tecnica dello spin coating e di analizzare il meccanismo di conversione di PHPS in silice attraverso vari metodi. La tesi è iniziata con la preparazione della soluzione fresca di PHPS e PEO in etere dibutilico e acetonitrile, mentre il PHPS era già presente al 20% w/w in etere dibutilico. Dopo lo spin coating con l'ottimizzazione dei parametri, i film sono stati caratterizzati mediante microscopia ottica e infrarossa, seguita da spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR). Sono stati presi in considerazione diversi substrati: silicio, vetro, rame e alluminio. Quest'ultimo è stato identificato come il substrato più adatto per ottenere spettri IR. La conversione da PHPS a silice è stata quindi monitorata in diverse condizioni blande: esposizione all’aria, irradiazione UV con due diverse lunghezze d'onda (λ = 254 nm e λ = 366 nm), trattamento termico a 100 °C ed esposizione al vapore acqueo.