半导体薄膜_7.ppt

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1、溶胶-凝胶技术Sol-Geltechnique一、溶胶-凝胶法的基本概念和特点二、溶胶-凝胶法采用的原料三、溶胶-凝胶过程的主要反应四、溶胶-凝胶法制备薄膜及涂层材料一、溶胶-凝胶法的基本概念和特点溶胶-凝胶法基本名词术语1.前驱物(precursor)：所用的起始原料。2.金属醇盐(metalalkoxide)：有机醇-OH上的H为金属所取代的有机化合物。它与一般金属有机化合物的差别在于金属醇盐是以M－O－C键的形式结合，金属有机化合物则是M－C键结合。3.溶胶(sol)：又称胶体溶液。指在液体介质（主要是液体）中分散了1~100nm

2、粒子(基本单元)，且在分散体系中保持固体物质不沉淀的胶体体系。溶胶也是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停地进行布朗运动的体系。溶胶(sol)特点：（1）溶胶不是物质而是一种“状态”。溶胶中的固体粒子大小常在1~5nm，也就是在胶体粒中的最小尺寸，因此比表面积十分大。（2）最简单的溶胶与溶液在某些方面有相似之处：溶质+溶剂→溶液分散相+分散介质→溶胶(分散系)(3)溶胶态的分散系由分散相和分散介质组成1)分散介质:气体，即为气溶胶；水，即水溶胶；乙醇等有机液体；也可以是固体。2)分散相:可以是气体、液体或固体，3)表1-1说明溶胶

3、态分散系情况：分散相分散介质示例液体固体气体液体固体液体气体气体气体液体液体液体固体固体雾烟泡沫牛乳胶态石墨矿石中的液态夹杂物矿石中的气态夹杂物4.凝胶(gel)：亦称冻胶，是溶胶失去流动性后，一种富含液体的半固态物质，其中液体含量有时可高达99.5%，固体粒子则呈连续的网络体。（1）凝胶是一种柔软的半固体，由大量胶束组成三维网络，胶束之间为分散介质的极薄的薄层所谓“半固体”是指表面上是固体、而内部仍含液体。后者的一部分可通过凝胶的毛细管作用从其细孔逐渐排出。（2）凝胶与溶胶是两种互有联系的状态。1)乳胶冷却后即可得到凝胶；加电解质于悬

4、胶后也可得到凝胶。2)凝胶可能具有触变性：在振摇、超声波或其他能产生内应力的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。3)溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚合过程。4)上述作用一经停止，则凝胶又恢复原状，凝胶和溶胶也可共存，组成一更为复杂的胶态体系。5)溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否能够克服凝聚时的势垒作用。因此，增加胶粒的电荷量，利用位阻效应和利用溶剂化效应等，都可以使溶胶更稳定，凝胶更困难；反之，则更容易形成凝胶。5.胶凝时间(gelpointtime)：在完成凝胶的大分子聚合过程中最后键合的时间。6.单体(monome

5、r)：一种简单的化合物，它的分子间通过功能团起聚合反应得到分子量较高的化合物(聚合物)。单体一般是不饱和的或含有两个或更多功能团的小分子化合物。7.聚合物(polymer)：从至少含两个功能团的单体经聚合反应成为很大分子的化合物，它至少含有几百乃至几百万个单体，故常常又称它为大分子。5.溶胶-凝胶法：是制备材料的湿化学方法中一种崭新的方法。（包括化学共沉淀法，水热法，微乳液法等）9.溶胶-凝胶技术：是一种由金属有机化合物、金属无机化合物或上述两者混合物经过水解缩聚过程，逐渐凝胶化及相应的后处理，而获得氧化物或其它化合物的新工艺。流程：利

6、用液体化学试剂(或将粉末溶于溶剂)为原料(高化学活性的含材料成分的化合物前驱体)→在液相下将这些原料均匀混合→进行一系列的水解、缩合(缩聚)的化学反应→在溶液中形成稳定的透明溶胶液体系→溶胶经过陈化→胶粒间缓慢聚合，形成以前驱体为骨架的三维聚合物或者是颗粒空间网络，网络中其间充满失去流动性的溶剂，形成凝胶→凝胶再经过干燥，脱去其间溶剂而成为一种多孔空间结构的干凝胶或气凝胶→最后，经过烧结固化制备所需材料。溶胶一凝胶法起源古代中国人做豆腐可能是最早的且卓有成效地应用Sol-Gel技术之一。溶胶一凝胶法起源于十八世纪，但由于干燥时间太长而没

7、有引起人们的兴趣．现代溶胶—凝胶技术的发展在于，得到凝胶材料干燥时间是以天来计算，而不象从前那样以年计算。1846年J.J.Ebelmen首先开展这方面的研究工作，20世纪30年代W.Geffcken利用金属醇盐水解和胶凝化制备出了氧化物薄膜，从而证实了这种方法的可行性；1971年德国联邦学者H.Dislich利用Sol-Gel法成功制备出多组分玻璃之后，Sol-Gel法才引起科学界的广泛关注，并得到迅速发展。从80年代初期，Sol-Gel法开始被广泛应用于铁电材料、超导材料、冶金粉末、陶瓷材料、薄膜的制备及其它材料的制备等。溶胶-凝胶

8、法的应用领域溶胶凝胶技术目前已经广泛应用于电子、复合材料、生物、陶瓷、光学、电磁学、热学、化学以及环境处理等各个科学技术领域和材料科学的诸多领域。1、材料学方面的应用高性能粒子探测器；隔热材料；（7）纳米级