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1、二氧化硅薄膜的制备及应用班级:08微电子一班姓名:袁峰学号:087305136摘要:二氧化硅薄膜具有良好的硬度、光学、介电性质及耐磨、抗蚀等特性,在光学、微电子等领域有着广泛的应用前景,是目前国际上广泛关注的功能材料。论述了有关二氧化硅薄膜的制备方法,相应性质及其应用前景。二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。通过对各种制备方法、制备工艺的开发和不同组分配比对二氧化硅薄膜的影响研究,制备具有优良性能的透明二氧化硅薄膜的工作已经取得了很大进展。薄膜在诸多领域得到了很
2、好的应用,如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件等相关器件中。利用纳米二氧化硅的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等,从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。1二氧化硅薄膜的制备方法化学气相淀积法物理气相淀积热氧化法溶胶凝胶法液相沉积法1.1化学气相淀积（CVD）化学气相淀积是利用化学反应的方式，在反应室内，将反应物（通常是气体）生成固态生成物，并淀积在硅片表面是的一种薄膜淀积技术。因为它涉及化学反应，所以又称CVD（ChemicalVapourD
3、eposition）。CVD法又分为常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)和光化学气相沉积等1.1.1等离子体增强化学气相沉积法利用辉光放电,在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体,这些离子在电场中被加速而获得能量,可在较低温度下实现SiO2薄膜的沉积。这种方法的特点是沉积温度可以降低,一般可从LPCVD中的700℃下降至200℃,且生长速率快,可准确控制沉积速率(约1nm樸s),生成的薄膜结构致密;缺点是真空度低,从而使薄膜中的杂质含量(Cl、O
4、)较高,薄膜硬度低,沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重,并存在空洞等。1.1.2光化学气相沉积法使用紫外汞灯(UV2Hg)作为辐射源,利用Hg敏化原理,在SiH4+N2O混合气体中进行光化学反应。SiH4和O2分2路进入反应室,在紫外光垂直照射下,反应方程式如下3O22O·3(<195nm)O·3O·+O2(200～300nm)总反应式为SiH4+2O2SiO2+气体副产物(通N2排出)2.1物理气相沉积(PVD)物理气相沉积主要分为蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三大类。其中真空蒸发镀膜技术出现较早,但此法沉积
5、的膜与基体的结合力不强。在1963年,美国Sandia公司的D.M.Mattox首先提出离子镀(IonPlating)技术,1965年,美国IBM公司研制出射频溅射法,从而构成了PVD技术的三大系列——蒸发镀,溅射镀和离子镀。3.1热氧化法干氧氧化湿氧氧化水汽氧化。3.2溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种低温合成材料的方法,是材料研究领域的热点。早在19世纪中期,Ebelman和Graham就发现了硅酸乙酯在酸性条件下水解可以得到“玻璃状透明的”SiO2材料,并且从此在黏性的凝胶中可制备出纤维及光学透镜片。这种方法的
6、制作费用低、镀膜简单、便于大面积采用、且光学性能好,适用于立体器件。过去10年中,人们在此方面已取得了较大进展。通常,多孔SiO2薄膜的特性依赖溶胶2凝胶的制备条件、控制实验条件(如溶胶组分、pH值、老化温度及时间、回流等),可获得折射率在1.009～1.440、连续可调、结构可控的SiO2纳米网络。但是SiO2减反射膜(即增透膜)往往不具有疏水的性能,受空气中潮气的影响,使用寿命较短。经过改进,以正硅酸乙酯(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DDS)2种常见的物质为原料,通过二者的共水解2缩聚反应向SiO2网
7、络中引入疏水的有机基团——CH3,由此增加膜层的疏水性能。同时,通过对体系溶胶2凝胶过程的有效控制,使膜层同时具有良好的增透性能及韧性。此外,在制备多孔SiO2膜时添加聚乙二醇(PEG)可加强溶胶颗粒之间的交联,改善SiO2膜层的机械强度,有利于提高抗激光损伤强度。3.3液相沉积法在化学沉积法中,使用溶液的湿化学法因需要能量较小,对环境影响较小,在如今环境和能源成为世人瞩目的问题之时备受欢迎,被称为soft2process(柔性过程)。近年来在湿化学法中发展起一种液相沉积法(LPD),SiO2薄膜是用LPD法
8、最早制备成功的氧化物薄膜。通常使用H2SiF6的水溶液为反应液,在溶液中溶入过饱和的SiO2(以SiO2、硅胶或硅酸的形式),溶液中的反应为:H2SiF6+2H2OSiO2+6HF。目前可在相当低的温度(～40℃)成功地在GaAs基底上生长SiO2薄膜,其折射率约为1.423。PLD成膜过程不需热处理,不需昂贵的设备,操作简单,可以在形状复杂的基片上制膜,因此使用广泛。4二氧化硅（SiO2）薄膜的应
