Organosilicon coatings based on trimethylsilyl acetate monomer prepared using plasma of RF capacitively coupled glow discharge

Mgr. Štěpánka Kelarová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Organosilikonové tenké vrstvy připravené pomocí plazmochemické depozice z plynné fáze hrají důležitou roli v mnoha vědeckých studiích. Tyto materiály lze mnohostranně využít jak v řadě průmyslových odvětví, tak pro bioaplikace. V průběhu minulých let byly předmětem výzkumu zejména materiály na bázi siloxanů či tetraethoxysilanu. Tato práce se zabývá studiem tenkých vrstev připravených z trimethylsilyl acetátu (TMSAc) pomocí plazmatu RF kapacitně vázaného doutnavého výboje. Tato sloučenina nebyla dříve zkoumána pro využití v plazmových technologiích. Narozdíl od běžně používaných prekurzorů, struktura TMSAc obsahuje esterovou skupinu. Díky tomu by během plazmové polymerace mohlo dojít k zabudování karbonylových skupin do výsledných vrstev, což by bylo výhodné z hlediska vývoje organosilikonových vrstev pro bioaplikace. V rámci práce bylo připraveno několik sad vrstev ve směsi TMSAc s nosnými plyny jako argon, kyslík nebo methan. Připravené plazmové polymery byly rozsáhle charakterizovány. Charakterizace zahrnuje analýzy struktury a chemického složení několika spektroskopickými technikami, analýzy povrchu vrstev mikroskopickými technikami a analýzy mechanických a optických vlastností. Důraz byl kladen především na nalezení vzájemných souvislostí mezi parametry depozičního procesu a výslednými vlastnostmi vyvinutých plazmových polymerů.

Abstract:

Organosilicon coatings prepared using plasma-enhanced chemical vapor deposition play an essential role in many research studies. These materials can be used in many ways in industry and for bioapplications. In particular, thin films based on siloxane precursors or tetraethoxysilane were studied in the past. The present work deals with thin solid films prepared from trimethylsilyl acetate (TMSAc) using a plasma of RF capacitively coupled glow discharge. This novel compound has not been investigated for applications within plasma technologies. Contrary to the commonly used precursors, TMSAc includes an ester group in its structure. Thus, carbonyl functionalities could be integrated into the structure of resulting coatings. This could be advantageous for the development of biocompatible organosilicon films. In the frame of the present work, several sets of thin layers were prepared in a TMSAc mixture with carrier gases such as argon, oxygen, or methane. The prepared plasma polymers were extensively characterized. Characterization includes analyses of structure and chemical composition by several spectroscopic techniques, analyses of layer surfaces by microscopic techniques, and analyses of mechanical and optical properties. The main emphasis was placed on finding mutual relationships between the parameters of the deposition process and the resulting properties of the developed plasma polymers.

Keywords

Trimethylsilyl acetát, Trimethylsilyl acetate, PECVD, RF kapacitně vázaný výboj, RF CCP discharge, FTIR, XPS, elipsometrie, ellipsometry, nanoindentace, nanoindentation, AFM, Ramanova spektroskopie, Raman spectroscopy, SIMS

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2023
• Supervisor: doc. RNDr. Vilma Buršíková, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Vladimír Čech, Ph.D., doc. RNDr. Anna Zahoranová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Plasma Physics