ch6 溶液鍍膜法-化學(xué)溶液沉積 (2)課件

第六章

溶液鍍膜法

薄膜制備過程中，基片與溶液接觸，利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)等在基片表面沉積薄膜的制備方法，包括化學(xué)鍍，Sol-Gel，MOD，陽極氧化，電鍍，LB膜等，又稱濕法鍍膜§6－1化學(xué)反應(yīng)沉積

化學(xué)鍍--實(shí)際上是指自催化化學(xué)鍍定義在還原劑的作用下，使溶液中的金屬離子還原成原子而沉積在基板上的方法。

催化劑正是膜層物質(zhì)本身。無電源，自身化學(xué)反應(yīng)，它與一般的化學(xué)沉積法同屬不通電而靠化學(xué)反應(yīng)沉積金屬的方法。區(qū)別在于，是否要催化劑。

自催化化學(xué)鍍的特點(diǎn)：

(1)可在復(fù)雜的鍍體表面形成均勻的鍍層。

(2)鍍層的孔隙率較低。

(3)可以直接在塑料、陶瓷、玻璃上沉積鍍膜。

(4)鍍層具有特殊的化學(xué)物理性質(zhì)。

(5)不要電源，沒有電極。反應(yīng)過程

溶膠－凝膠法

金屬化合物分解的方法來獲得所需的薄膜。步驟：將前驅(qū)物溶于合適的溶液中成為溶膠鍍液。前驅(qū)物可以是堿性氧化物、金屬有機(jī)化合物、或無機(jī)鹽，應(yīng)含有所需的金屬離子。溶膠應(yīng)具有合適的粘度和較高的濃度，以提高沉積薄膜的致密度和均勻性。采用浸漬、離心甩膠、或噴涂的方法涂在基體表面，形成溶膠膜。液態(tài)的溶膠膜經(jīng)過干燥脫水生成凝膠膜經(jīng)過熱處理和晶化處理然后而形成固體薄膜。涂膠方法浸漬提拉法浸漬→提拉法→熱處理液膜，由于溶劑大量迅速蒸發(fā)，干燥形成凝膠膜，然后進(jìn)行熱處理，得一層氧化物膜，每次循環(huán)可控制膜厚5－30nm?？梢远啻窝h(huán)，但是必須充分干燥和熱處理。

旋覆法浸漬法膜厚控制不易，不適合于小襯底，特別是小圓襯底。而旋覆正好適合于小圓襯底，但大面積均勻膜困難?！?－2陽極氧化法

在電解液中，使鋁、鎂等金屬或者合金作陽極，并加上一定的直流電壓，利用電化學(xué)反應(yīng)在陽極金屬表面形成氧化物薄膜的方法。存在兩個(gè)過程，一個(gè)是金屬氧化物的形成，一個(gè)是金屬溶解。金屬的氧化反應(yīng)：

M+nH2O→MOn+2nH+

+2ne金屬的溶解反應(yīng)：

M→M2n+2ne膜的形態(tài)：多孔形和屏蔽形Al為例，六角形柱壯晶柱。各柱中有通過中心的細(xì)孔。在含有二氯基酸的硫酸、草酸、磷酸中形成多孔形膜。而在硼酸鹽，磷酸鹽等中性溶液中生成薄的致密的屏障形薄膜。機(jī)理：膜局部溶解→多孔形膜不發(fā)生溶解→屏蔽形膜。用途： 多孔形膜，防金屬腐蝕，磨損，裝飾。屏蔽形膜，電解電容器。

§6－3電鍍法

電鍍：在含有被鍍金屬離子得水溶液中通過直流電，使得正離子在陰極上放電，得到金屬薄膜。化學(xué)鍍：不從外部供電，利用氧化還原反應(yīng)或者置換反應(yīng)，使得金屬鹽水溶液中得金屬離子在基片表面析出的方法。Fe片插入Cu2+。置換反應(yīng)價(jià)值不大，更多的是氧化還原反應(yīng)。電鍍液：

a)水溶液，金屬鹽溶于其中，廣泛應(yīng)用。

b)非水溶液，有機(jī)或無機(jī)溶劑溶解金屬，幾乎無工業(yè)應(yīng)用。

c)熔鹽，熔融鋁鹽為工業(yè)采用。陽極：陽極為被鍍的金屬，提高陽極電位，使陰極溶解。特點(diǎn)：膜層致密，光滑，無針孔但是膜層厚度受鍍件外形的影響←擴(kuò)散不均。

薄膜的制備方法：

A.垂直浸漬法浸潤與不浸潤現(xiàn)象單分子層與基板間的液面凸凹情況，視插入與提起的操作而定。將基片在單分子層上下移動(dòng)，每上下移動(dòng)一次可得到1－2層膜。若基片是疏水性的，膜層的疏水端就會(huì)吸附在基板上。只能在插入的過程中附著一層膜。若基片是親水性的，只能在提起的過程中附著一層膜。

附著一層膜的，可連續(xù)附著另一層膜的，稱Y型膜ηup≈

ηdown≈1

疏水基板：只能在插入過程中附著一層膜，稱X型膜（不穩(wěn)定）ηup≈

0親水基板：只能在提出過程中附著一層膜，稱Z型膜(不穩(wěn)定)ηdown≈0水平附著法表面平滑，水平的基板從上向下緩慢下降，可制得理想的X型膜。

LB膜的特點(diǎn)：

A.可制得高結(jié)晶度的有機(jī)薄膜。

B.可制得超薄，均勻，厚度及分子層數(shù)可控的薄膜

C.可方便制取各種異質(zhì)LB膜

D.通過聚合反應(yīng)可改善共熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、并可能改變某些電學(xué)、光學(xué)性能§6－5液相外延（LPE）

定義一種從飽和溶液中，在單晶襯底上生長(zhǎng)外延層的方法。原理溶質(zhì)的溶解度隨高溫降低而減少，因此飽和溶液，它與單晶襯底接觸后被冷卻，若條件適合，析出的溶質(zhì)就外延在襯底上。LPE的優(yōu)點(diǎn)：

A.生長(zhǎng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單B.純度比較高，生長(zhǎng)速率較快C.組分和厚度可較精確控制，重復(fù)性好D.摻雜劑選擇范圍比較廣E.外延層位錯(cuò)密度較低F.操作安全缺點(diǎn)：表面形貌大都不如氣相外延的好。生長(zhǎng)方法：

A.傾斜法缺點(diǎn)：溶液和生長(zhǎng)晶體表面分離不完全，有部分溶液粘