ch6 溶液鍍膜法--化學(xué)溶液沉積.ppt

1、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,61 化學(xué)反應(yīng)沉積,化學(xué)鍍-實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： (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

2、殊的化學(xué)物理性質(zhì)。 (5)不要電源，沒有電極。,應(yīng)用有限 并非所有金屬都具有催化活性 Fe、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、Co 還原劑電極電位稍低于沉積金屬 次磷酸鹽、甲醛、硼氫化物、阱,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、金屬有機化合物、或無機鹽，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。,制備方法 (1)溶膠的制備

3、 A.有機途徑（醇鹽法），可以用部分無機物代替醇鹽。能互溶，通過有機醇鹽的水解與溶聚而形成溶膠 . 缺點：在干燥過程中容易開裂，由大量溶劑蒸發(fā)引起的殘余應(yīng)力引起 B.無機途徑（膠體法） 通過某種方法制得的氧化物小顆粒穩(wěn)定的懸浮在某種溶劑之中形成溶膠。 特點：無裂紋，但附著力較差，不易找到適當(dāng)?shù)娜軇﹣砣芙庋趸?，特別是多組分氧化物。,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，然后進行熱處理，得一層氧化物膜，每次循環(huán)可控制膜厚530nm。可以多次循環(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

4、圓襯底，但大面積均勻膜困難。,62 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。 存在兩個過程，一個是金屬氧化物的形成，一個是金屬溶解。 金屬的氧化反應(yīng)： M + nH2O MOn + 2nH+ + 2ne 金屬的溶解反應(yīng)： MM2n +2ne,溶解反應(yīng)水合金屬離子氫氧化物或者氧化物。 氧化膜覆蓋表面后，金屬的溶解反應(yīng)停止，而氧化反應(yīng)繼續(xù)。由金屬離子合電子穿過氧化膜層在膜表面繼續(xù)生長，因此需要外加電壓，1.0-1.4nm/v。 氧化膜的厚度 公式67，610,膜的形態(tài)：多孔形和屏蔽形 Al為例，六角形柱壯晶柱。各

5、柱中有通過中心的細孔。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。,63 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，有機或無機溶劑溶解金屬，幾

6、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：膜層致密，光滑，無針孔但是膜層厚度受鍍件外形的影響擴散不均。,64 LB膜的制備,定義：將水一汽界面上形成的單分子膜層，轉(zhuǎn)移到莖基板上，形成單層和多層薄膜的方法。 單分子層的形成,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，每上下移動一次可得到12層膜。 若基片是疏水性的，膜層的疏水端就會吸附在基板上。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

7、，可連續(xù)附著另一層膜的，稱Y型膜up down 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）up 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) down 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： A.可制得高結(jié)晶度的有機薄膜。 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、機械穩(wěn)定性、并可能改變某些電學(xué)、光學(xué)性能,應(yīng)用 表面催化、電磁波的吸收與衰減、敏感薄膜、光電開關(guān)、雙穩(wěn)態(tài)、超導(dǎo)、非線性光子學(xué),65 液相外延（LPE）,定義 一種從飽和溶液中，在單晶襯底上生長外延層的方法。 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： A.生長設(shè)備比較簡單 B.純度比較高，生長速率較快 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.外延層位錯密度較低 F.操作安全 缺點： 表面形貌大都不如氣相外延的好。,生長方法： A.傾斜法