薄膜物理與技術(shù)：CH2-5 化學(xué)溶液沉積鍍膜

1、CH2-5 化學(xué)溶液沉積鍍膜Chemical Solution Deposition 溶液鍍膜是指在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)方法在基片表面沉積薄膜的技術(shù)。 溶液鍍膜技術(shù)不需要真空條件，設(shè)備儀器簡單，可在各種基體表面成膜，原料易得，在電子元器件、表面涂覆和裝飾等方面得到廣泛應(yīng)用。包括電化學(xué)鍍膜，陽極氧化，Sol-Gel，MOD ，LB膜等，又稱濕法鍍膜。主要內(nèi)容2.5.1 電化學(xué)鍍膜技術(shù)2.5.2 化學(xué)反應(yīng)鍍膜技術(shù)2.5.3 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)2.5.4 LB鍍膜技術(shù)概念：電流通過在電解液中的流動而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在陽極或陰極上沉積薄膜的方法。電解反應(yīng)：指電流通過 電解液或熔鹽所引發(fā)的

2、電化學(xué)反應(yīng)。具體地根據(jù)電解反應(yīng)產(chǎn)生的位置，可以分為以下兩種過程：在2.5.1 電化學(xué)鍍膜技術(shù)基礎(chǔ)知識：法拉第電解定律：電流通過電解質(zhì)溶液時，流經(jīng)電極的電量 與 發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)的量 成正比。(Faraday，1833) 即電極上析出或溶解物質(zhì)的總量法拉第常數(shù)（F）：1 mol電子的電量被定義為法拉第常數(shù)（F）： F = NAqe = 6.021023 個/mol 1.602210-19 C/個 = 96,500 C/mol因此：法拉第定律反映電解過程中的電荷遷移總量與物質(zhì)反應(yīng)總量間的定量對應(yīng)關(guān)系。電化學(xué)沉積薄膜的規(guī)律：沉積物質(zhì)通量滿足：j 電流密度； m 沉積物質(zhì)量；t 沉積時間； A 薄膜

3、面積；M 沉積物的分子量； t 沉積時間； 效率因子 (1時，形成多核聚合物。 Mz+可通過O2-、OH-、H2或A-與配體橋聯(lián)。 二、溶膠-凝膠合成方法基本原理2.5.3 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)在較高的溫度下通過可控制的成核作用和晶體生長獲得溶膠 金屬鹽在過量堿作用下于室溫迅速水解形成凝膠狀沉淀，將過量電解質(zhì)洗去，加入強酸在較高的溫度下分散成溶膠2、無機鹽的水解-縮聚反應(yīng)：濃縮法和分散法2.溶膠凝膠合成方法基本原理Coating method2.5.3 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)MOD/CSD2.5.3 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)2.5.3 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)Polycrystal Polymer assist

4、ed deposition (PAD) is a chemical solution route to high quality thin films ofmetal oxides. This technique employs metal ions coordinated to polymers as the film precursor.The use of polymer bound metals has several advantages. The polymer controls the viscosity and binds metal ions, resulting in a

5、homogeneous distribution of metal precursors in the solution and the formation of uniform metal oxide films. The nature of the metal oxide deposition is dominated by bottom-up growth, leading to ready formation of crack-free epitaxial metal oxides and the ability to coat nanofeatured substrates in a

6、 conformal fashion.A novel method to get the epitaxial thin films by CSD approach主要內(nèi)容2.5.1 化學(xué)反應(yīng)鍍膜技術(shù)2.5.2 溶膠-凝膠鍍膜技術(shù)2.5.3 電化學(xué)鍍膜技術(shù)2.5.4 LB鍍膜技術(shù) Langmuir-Blodgett技術(shù)（LB技術(shù)）是指把液體表面的有機單分子膜轉(zhuǎn)移到固體襯底表面上的一種成膜技術(shù)。得到的有機薄膜稱為LB薄膜。 基本原理類似與表面活性劑。其分子具有兩性基。 親水基：羧基（-COOH），醇基（-OH）等； 不親水基：CH3等；2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù)CH3CH2

7、COOH親水基親油基水 單分子層的轉(zhuǎn)移 根據(jù)薄膜分子在基片上的相對取向，LB薄膜可分為X型、Y型、Z型三種類型。LB薄膜每層分子的親油基指向基片表面2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù)LB薄膜每層分子的親水基指向基片表面2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù)LB薄膜每層分子的親水基與親水基相連，親油基與親油基相連2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù) 制膜技術(shù)和裝置 水槽 刮膜板 表面壓傳感器 提膜裝置2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù) LB薄膜的特點優(yōu)點： LB薄膜中分子有序定向排列，這是一個重要特點； 很多材料都可以用LB技術(shù)成膜， L

8、B膜有單分子層組成，它的厚度取決于分子大小和分子的層數(shù)； 通過嚴(yán)格控制條件，可以得到均勻、致密和缺陷密度很低的LB薄膜； 設(shè)備簡單，操作方便。缺點： 成膜效率低， LB薄膜均為有機薄膜，包含了有機材料的弱點； LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面難度較大。2.5.4 Langmuir-Blodgett技術(shù) LB薄膜的應(yīng)用 LB技術(shù)可以把一些具有特定功能的有機分子或生物分子有序定向排列，使之形成某一特殊功能的超薄膜，如有機絕緣薄膜、非線性光學(xué)薄膜、光電薄膜、有機導(dǎo)電薄膜等。它們有可能在微電子學(xué)、集成光學(xué)、分子電子學(xué)、微刻蝕技術(shù)以及生物技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。 LB薄膜電子束敏感抗蝕層有可能成為超高分辨率微細(xì)加工技術(shù)的一個發(fā)展方向。 有機非線性光學(xué)材料具有非線性極化效率高，不易被激光損傷，制備方便等特點，LB技術(shù)為有機