1 离子注入聚合物引起的结构变化
离子注入聚合物或将导致聚合物发生断链、交联，从而产生自由基。借助四极质谱仪，能够检测出有挥发性气体。原子数越大，代表放出的几率越小 (聚合物不同，释放的挥发性物也不一样，以氢气、一氧化碳或是甲酸为主)，大多为小分子。放出效率的高低，取决于聚合物膜中入射离子的能量损失。当膜内损伤、注入扩大后，其放出效率反而会下降。辐射后，分子动态特性也为测量聚合物中分子的扩散(对扩散系数进行测量)提供一种新方向。RBS(背散射谱)显示，在注入离子后，聚合物膜表面上也会形成一种无定形富碳层。根据喇曼光谱测量结果，辐射剂量越大，原分子结构也会变小，此时的非晶碳光谱反而会扩增。离子注入后，聚合物中部分元素也会产生挥发性物质，诱发相对加浓(富集)效应，用于合成新型无机膜(如SiC)。当有离子注入后，聚合物也会随即降解。部分情况下，甚至彻底碳化，将离子束充当入射辐射(能量MeV，1011～1013ions/cm2)用于刻蚀保护膜，在石版印刷中已有较多的使用。
2注入聚合物膜后的电学变化
2.1 聚合物膜电阻率和束流的关系
对聚合物膜而言，其电阻率、束流存在典型的非线性关系。固定剂量(如1016 ions/ cm2) 下，束流越大，电阻率反而会呈非线性减小。离子注入产生的导电膜中，其电导率表现出较大的各向同性。若注入低能离子，薄膜中未见晶态结构；而注入高能( MeV) 离子时，根据电子能量损失谱，会形成1个微晶石墨结构。2MeV Ar+辐照HPR-204膜，经过辐照后（1017Ar+/ cm2），非晶碳的特点也会开始弥散。可见，在辐照作用下，膜内原子也会有序地扩增。当电子束和膜表面采样保持平行，会看到弥散衍射斑，这是因为类石墨平面出现了不规则堆积，其平均间隔为( 0 .35 ±0 .05 nm)。霍耳效应认为，离子注入聚合物膜可保持较高的载流子密度（1022～1023 cm -3），但迁移率相对偏低（<10-3 cm2/V·s）。
2.2 聚合物膜电阻率和温度的关系
我们在其他实验中也看到，离子注入后，电阻率、温度二者的关系为ρ( T) ∝exp( T0/ T) 1/2( 23 K <T <293 K) ,。Sheng、Abeles两位学者构建了跳跃迁移模型，用于检验和解释电导率和温度之间的相关性。高剂量时( 2MeV Ar+，1017 ions/ cm2)，膜的电阻率也会趋于饱和，此时温度十分波动（对温度并无依赖性）。离子注入后，电导率的感应范围为1014 ions/ cm2 <D <1016 ions/ cm2。电活性聚合物涉及到2种不同的技术，一是液气相中化学掺杂，二是电化学掺杂。基于两种情形，掺杂位置未做任何的物理约束。如果样品中留有空气，则掺杂剂也可能会消失。为缓解上述问题用离子注入掺杂被用于（CH) x、Polyparaphenylene Sulfide（聚对苯撑硫）。在能量最高值（MeV），不论化学活性还是惰性气体离子，电导率、热电动势率S（非常低，正值）均有同样的影响，未见掺杂效应。当电活性聚合物中被注入一些中等能量（50 keV <E <300 keV），如导电聚合物，苯环形结构，同样也未见明显的掺杂效应。在低能区域（30～90 keV），用偏低的参数（D =1016 ions/ cm2和j =1 μA/ cm2）注入后（如卤素离子），则有如下反应：当能量下降后，电导率、热电动势率也会持续扩大，S（热电动势率）符号对在很大程度上对注入离子自身的化学性质有依赖性。当注入卤素离子后，S为正（P型掺杂），而如果注入碱金属离子，此时S则转为负（N型掺杂）。倘若改为低剂量，掺杂效应也将得到持续（S高，半导体），在高剂量（Dmax ≥5 × 1016 ions/ cm2）状态下，掺杂效应则很难维持（S非常低，正，接近于惰性气体注入）。注入PPP，PPS等其他物质时，同样也会看到类似的行为。这些膜内，掺杂以低能（30 keV）注入，则D ≈2 ×1015 ions/ cm2、j ≈0 .2 μA/cm2。Koshida、Wachi尝试将12 keV钠离子逐步地注入道本征P型聚乙炔基体中，从而制备出一个P-N结，并从中检测出低能区注入时有明显的化学效应。目前，在本征绝缘的PPP（聚对苯）基质中不间断地注入卤素或是碱金属离子，可以成功制备出P-N结。当低能注入时，S在T ≈320 K处也会发生变化（临界点）。这是因为从低温导电（变区域跳跃导电）直至热激活（与极化态相关的定域态）已经在导电机理( Ea)上引起了改变。
2.3 DAV- ENAS对离子注入聚乙炔膜的稳定性研究
在聚乙炔中注入碘离子后，其样品对氧也不再像原来那么敏感。100 ℃时，离子注入聚乙炔可以保持稳定，时间为10h内。在相同时间里，用碘化学掺杂的样品浓度也会降低50%。部分聚合物用化学掺杂后，无法提高电导率，如聚乙烯咔唑（PVK），但是改为离子注入则完全不同。用高能离子对聚合物膜进行辐照后，其电阻率也会减少十几个数量级，成为导电( E ≥300 keV时，聚乙烯、聚酰亚胺，经过离子辐射后都将成为一种导体（σ≈102s·cm -1），200 keV Br+注入绝缘物质PAN（聚丙烯腈），PPO，电导率也会扩大14个数量级。根据上述原理和性质，我们在绝缘聚合物上注入离子束后，能够制作出高电导率图样，从而建立导电通路。尤其集成电路上，可以制作第一、第二导电层二者的导电通路，或是制作三维集成电路。当剂量＞1016 ions/ cm2时，辐照（2 MeV Ar+）聚合物膜自身的电阻率很低，对温度也不是十分敏感。想要各界广泛地认同集成电路技术，目前仍有工作要完成。
3 离子注入PET薄膜的微电子变化
微电子技术应用中，有不少问题需要给予重视。吴洪才等以180 keV As为例，观察了注入PET后产生的导电层和绝缘层二者的损耗频谱。结果得知：离子注入PET薄膜中，其介电损耗存在显著的松弛特性，正切最大值接近于0 .45。当注入剂量越大，松弛频率也会逐步移向高频。将该导电层当做微电子接线时，需要考虑介电特性是否会对器件带来恶性的影响。有人提出在微电子电路中使用这种离子注入聚合物，选择合适的注入剂量，防止工作频率下存在和达到介电损耗峰值。我们选取15 keV N+或是Ar+注入PES(聚醚砜)膜进行比对，得知后者的介电损耗处于0～10 MHz，＜0 .062，未见松弛特性。为制备出良好的布线材料，Knott着手对聚合物膜自身的附加噪音进行研究。附加噪音（10Hz，功率0 .19 mW，电阻率、附加噪音极小值很多时候会同时存在。当剂量由之前的1015 ions/ cm2 扩大至5 ×1016 ions/ cm2，附加噪音也随之下降。在保护层中，离子束的高分辨率（清晰度）对多个离子束辐射聚合物实验均有很大的帮助（从离子敏感性上看，聚合物膜相比电子要高出2个数量级）。大量实验均表明，在能量、剂量合适的范围内，离子注入有助于减小聚合物电阻率，从而制作易于加工、费用少、电导率值备选的材料。离子注入属于不可逆过程，其电导率在空气中也会维持恒定，相对平稳。这就提示，离子注入有望成为太阳能电池制备的理想材料。
结束语
由上可知，人们在PPP(聚对苯) 基质中接连注入卤素或是碱金属离子的这种方法，已成功制作出P-N结。这就说明，用离子注入聚合物膜除了制作 MS 型（肖特基势垒型）光电池外，也适合制作PIN型甚至有机太阳能电池。在高分子材料中注入一定的离子，用于制作有机太阳能电池材料，其成本小，适合产业化、规模化。如何促进有机太阳能电池的创新研发，提高转换效率，这是后续要探索的方向。
参考文献：
[1] 屠德民,吴洪才,席保峰,等.离子注入聚酯薄膜的导电和介电性能的研究[J] .西安交通大学学报,1990, 24(1) :41 -43.
[2] 岳喜成,王润轩.离子注入聚醚砜膜的光电特性研究[J] .宝鸡文理学院学报(自然科学版), 1998, 18(1) :22-28.
