二氧化硅薄膜制备课件
溶胶凝胶法制备二氧化硅薄膜资料讲解
SiO2制备方法
采用溶胶凝胶法 以硅醇盐或硅卤化物为原料, 以醇作为共熔
剂, 加入酸或碱溶液作为催化剂, 通过硅醇盐 或硅卤化物的水解、缩聚, 形成SiO2 凝胶.采 用正硅酸乙酯( TEOS) 为原料, 典型的Sol- Gel 法( 一步法) 反应为 Si(OC2H5)4+ 4H2O ——Si(OH)4+4C2H5OH
制造超细颗粒及微球体。溶胶-凝胶法制微粉通常从喷嘴或超声 分离装置中喷出溶胶,而后在一定气氛中对微溶胶液滴进行凝胶化 处理。这一方法可对金属盐和金属醇盐的各种先驱体进行工业化 处理,由于反应对象仅仅是水, 引入杂质的可能性小，故溶胶-凝胶 法制备的超细颗粒有粒度细单分散性好,纯度高及重复性好等特点。
流程
化学过程
溶胶－凝胶法的化学过程首先是将原料分 散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性 单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶， 进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过 干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材 料。
特点
溶胶－凝胶法与其它方法相比具有许多独 特的优点：
1)由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分 散到溶剂中而形成低粘度的溶液, 因此, 就可 以在很短的时间内获得分子水平的均匀性, 在形成凝胶时, 反应物之间很可能是在分子 水平上被均匀地混合;
制备陶瓷涂层薄膜，如Al2O3涂层 制备陶瓷 ，如纤维SiO2纤维: 其基本原料是Na2 SiO3 制得的聚硅酸,
但是由于聚硅酸的多官能团性,水解缩合时易成为体型结构,为了 得到线型缩合物,必须将其部分酯化后再进行缩合。其方法是将 Na2 SiO3 溶液加入HCl再用T HF萃取分离得到硅酸的THF溶液,然后 加入醇类进行酯化。酯化度( DE )约为50%的聚硅酸酯有利于制得 线型缩合物。当浓度和分子量达到一定范围时,溶胶显示可纺性。 目前,由聚硅酸乙酯( DE= 50% )通过溶胶-凝胶法得到的先驱体溶胶 纺丝再进行热处理到900℃ ,制得连续SiO2 纤维已经工业化生产, 强度约6GPa ,模量约70 GPa ,最高使用温度为1100℃。
二氧化硅膜制备
二氧化硅薄膜的制备及应用学号：************ **：**专业班级：应用物理指导老师：常启兵老师完成时间：2012-10-23 材料科学与工程学院摘要近年来，多孔Ｓｉ０２薄膜的制备及其性能表征的研究已成为材料相关领域的热点之一。
在众多的应用中，多孔Ｓｉ０２薄膜作为绝热材料的应用有着极其重要的意义，多孔Ｓｉ０２薄膜作为热绝缘材料层，用来阻隔硅基底中热电层上的热扩散。
本论文介绍了目前制备多孔Ｓｉ０２薄膜的主要工艺技术，对各工艺技术进行比较，对实验工艺进行了探索。
采用溶胶一凝胶法在硅基片上制备有隔热效果的多孔Ｓｉ０２薄膜材料，以正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）为原料，乙醇、乙二醇乙醚、异丙醇、水等为溶剂，再添加一定的有机添加剂、在碱催化条件下制备Ｓｉ０２溶胶，陈化后的胶体提拉成膜。
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。
通过不同的实验条件制备出各种参数的薄膜，分析加水量的多少、溶胶配比、退火温度、陈化时间等因素对薄膜的影响。
凝胶在陈化过程发生的物理化学变化、对热处理工艺中对应力，毛细管力的处理方法、化学添加剂在干燥过程中的作用溶胶．凝胶法制备多孔Ｓｉ０２薄膜的最佳工艺进行了探讨。
经过实验分析讨论，得出正硅酸乙酯：Ｈ２０＝１：１．５时的加水量，采用混合溶剂的方法，用碱催化的方法，用真空干燥箱加速溶胶速度，采用分段方法进行加热，能够得到符合隔热要求的薄膜。
利用红外光谱分析、差热分析（ＤＴＡ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、椭圆偏振仪等测试手段对薄膜的成分、表面形貌进行了分析，用粘度计测试了溶胶粘度变化、不同催化方式下的凝胶时间，用自制的设备测试了最终得到薄膜的热导率。
红外光谱分析表明所得薄膜的主要成分是Ｓｉ０２：差热分析结果表明从室温到２５０℃之间有大量的放热峰，是热处理中去除水和．ＯＨ基团最关键的时段，将这段时间的升温速度控制为０．５”Ｃ／ｍｉｎ；椭圆偏振仪和扫描电镜（ＳＥＭ）分析表明所得薄膜表面形貌良好，薄膜厚度为７００－８００ｒｉｍ；扫描电镜（ＳＥＭ）分析表明薄膜由紧密排列的Ｓｉ０２颗粒组成，颗粒和孔径的大小为３０－５０ｎｍ；由通过椭圆偏振仪得到的折射率计算出薄膜的孔隙率为５０％以上。
二氧化硅
二氧化硅二氧化硅粉末SiO2又称。
在分布很广，如石英、等。
白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。
2.2 ～2.66，1670℃（鳞）、1710℃（方石英），沸点2230℃，为3.9。
不溶于水微溶于一般的酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸，能和熔融碱类起作用。
用于制、、陶器、、耐火材料、、型砂、单质硅等。
中文名称：二氧化硅化学式：SiO2 相对分子质量：60.08 化学品类别：非金属氧化物是否管制：否二氧化硅简介管制信息本品不受管制，但不可带入飞机。
名称中文名称：二氧化硅中文别名：硅氧，硅土，硅石，硅酐，砂英文别名：Silicon dioxide SiO₂ ,Silicon(IV)oxide ,Silicic anhydride ,Quartz sand：14808-60-7[1]储存密封保存。
用途硅标准液。
水玻璃，硅的的制备材料。
在晶体管和集成电路中作杂质扩散的掩蔽膜和保护层，制成二氧化硅膜作集成电路器件。
玻璃工业。
AR质检信息指标值水可溶物，% ≤0.2(以Pb计)，% ≤0.005钙(Ca)，% ≤0.005铁(Fe)，% ≤0.005(Cl)，% ≤0.005硫酸盐(SO4)，% ≤0.005中不挥发物，% ≤1.0干燥失量，% ≤3.0性质物理性质[1]二氧化硅又称，式SiO₂。
中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。
沙状二氧化硅结晶二氧化硅因不同，分为石英、鳞石英和方石英三种。
纯为无色晶体，大而透明棱柱状的石英叫水晶。
若含有微量杂质的水晶带有不同颜色，有、、等。
普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。
二氧化硅晶体中，硅的4个价与4个氧原子形成4个，硅原子位于正四面体的中心，4个原子位于正四面体的4个顶角上，SiO₂是表示组成的最简式，仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。
二氧化硅是原子晶体。
SiO₂中Si—O键的键能很高，、较高（熔点1723℃，沸点2230℃）。
溶胶凝胶法制备二氧化硅薄膜ppt课件
其他应用例举
制造超细颗粒及微球体。溶胶-凝胶法制微粉通常从喷嘴或超声 分离装置中喷出溶胶,而后在一定气氛中对微溶胶液滴进行凝胶化 处理。这一方法可对金属盐和金属醇盐的各种先驱体进行工业化 处理,由于反应对象仅仅是水, 引入杂质的可能性小，故溶胶-凝胶 法制备的超细颗粒有粒度细单分散性好,纯度高及重复性好等特点。
制备陶瓷涂层薄膜，如Al2O3涂层
制备陶瓷 ，如纤维SiO2纤维: 其基本原料是Na2 SiO3 制得的聚硅 酸,但是由于聚硅酸的多官能团性,水解缩合时易成为体型结构,为
了得到线型缩合物,必须将其部分酯化后再进行缩合。其方法是将
Na2 SiO3 溶液加入HCl再用T HF萃取分离得到硅酸的THF溶液, 然后加入醇类进行酯化。酯化度( DE )约为50%的聚硅酸酯有利
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影响因素 催化剂、水、溶剂及反应温度等均会对胶凝时间、凝胶的黏度、 结构等产生一定的影响, 因此要选用合适的配比以满足不同的需 求.
凝胶开裂的原因：凝胶干燥过程持续的收缩和硬化;产生应力;破 裂。湿凝胶在干燥初期, 因为有足够的液相填充于凝胶孔中, 凝 胶减少的体积与蒸发掉液体的体积相等, 无毛细管力起作用。当 进一步蒸发使凝胶减少的体积小于蒸发掉的液体的体积时, 凝胶 承受一个毛细管压力, 将颗粒挤压在一起。由于凝胶中毛细孔孔 径大小不匀, 产生的毛细管压力的大小不等, 由此造成的应力差 导致凝胶开裂。实践表明, 除了凝胶本身的尺寸因素, 干燥速率 也是一个重要因素。要保持凝胶结构或得到没有裂纹的烧结前 驱体, 最简单的方法是在大气气氛下进行自然干燥。对于自然干 燥制备干凝胶, 为了防止伴随溶剂蒸发过程而产生的表面应力以 及凝胶中不均匀毛细管压力的产生, 干燥速度必须限制在较低的 值。
二氧化硅薄膜制备与厚度测量
在其比须必数系散扩的中 2OiS 在素元质杂的用选所�一第�二有件条的用作蔽
扩在质杂当证保以�度厚的够足有具须必膜薄 2OiS�二第�小数系散扩的中 iS
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。容电 SOM 用采免避量尽都般一
SOM�中产生路电成集在�单简艺工长生 2OiS 且而�料材质介器容电的好很种
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2Oi S
度温化氧的低较比用选应则�薄较比层化氧的要需所果如。低太率效产生�长太 生要需当�上产生在。响影大很有都 C 率速化氧对度温化氧和度温浴水。快氧 �时上以℃0001 在度温化氧当�明表验实。率速长生的化氧汽水近接越率速长 生的层化氧�多越量含汽水�高越度温浴水。定决速流体气和度温浴水由量含汽 水关有均量含汽水的中流气氧及度温化氧与率速长生的层化氧 。用作化氧的水有 又�用作化氧的氧有既�中化氧氧湿在此因。汽水的量定一带携中气氧使�水子 离去纯高的热加过通先 �前子炉入通氧干将是处之同不化氧氧干与化氧氧湿 法化氧氧湿②
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散扩的中 iS 在其比数系散扩的 2OiS 在锑、砷、磷质杂型 N 的用常明表验实
二氧化硅薄膜制备PPT讲稿
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
3O 2 2O ·3 (< 195 nm )
nm )
O ·3 O ·+ O 2 (200～ 300
总反应式为 SiH4+ 2O 2 SiO 2+ 气体副产物(通N 2 排出)
果表明, 浸入涂膜法制备的多孔SiO 2 薄膜比
早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO 2 薄
膜有更好的减反射效果。在波长350 nm 处的
透过率达到98% 以上, 紫外区的最高透过率
达到99% 以上。该SiO 2 薄膜有望用于惯性
约束聚变( ICF) 和X 光激光研究的透光元件
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
1.化学气相淀积法 2.物理气相淀积 3.热氧化法 4.溶胶凝胶法
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（Chemical Vapour Deposition）。
杂的基片上制膜, 因此使用广泛。
4 二氧化硅（SiO2）薄膜的应用
微电子领域 光学领域 其他方面
微电子领域：
• 在微电子工艺中, SiO 2 薄膜因其优越的 电绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。在 半导体器件中, 利用SiO 2 禁带宽度可变的特 性, 可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层, 以提高光吸收效率; 还可作为金属2氮化物2 氧化物2半导体(MN SO ) 存储器件中的电荷 存储层, 集成电路中CMO S 器件和SiGeMO S
二氧化硅薄膜的制备
实验方案设计方案二氧化硅薄膜的制备学院：化学与化工程学院年级： 2011级专业：材料化学姓名：**二氧化硅薄膜的制备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。
关键词：二氧化硅，薄膜，制备，应用，方法1 引言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。
本文将对二氧化硅薄膜的制备、性能及其应用研究进行了综述。
2 实验目的学会通过施加负压，能够诱导TMOS 在ITO表面发生一个溶胶--凝胶过程，最终制备出二氧化硅薄膜。
这个方法制备的二氧化硅薄膜对可见光有一定程度的吸收，其吸光度随着沉积时间和沉积温度的该表呈现一定的变化趋势。
3 实验原理此次实验使用电化学诱导的溶胶一凝胶法制备了SiO薄膜并且使用扫描电2镜、紫外／可见光谱及循环伏安法分别对薄膜的表面形貌、光吸收特性和导电性进行了表征．实验发现：随着沉积时间的延长，所得薄膜的电阻越来越大，而且，不同沉积时间和不同的沉积温度下所制的薄膜对可见光的吸收具有一定的变化趋势；此外，我们还观察到了有一定变化规律的扫描电镜图，在此基础上，提出薄膜可能的生长机理了一种模型探讨了SiO24 实验仪器及试剂CHI660型电化学工作站购自上海辰华仪器有限公司，UV18。
0PC型紫外／可见分光光度计产自上海美普达仪器有限公司，氧化铟锡导电玻璃(ITO)购自深圳南玻集团有限公司，四甲氧基硅烷(TM()S)产自武大有机硅新材料有限公司，实验用水为UPH—II一10型优普超纯水机净化制备，其电阻率不低于18．0 MQ·cm．其余试剂均为分析纯．5实验步骤将预先切割好的ITO (3 cm × 1 cm × 0．11cm)依次用超纯水、乙醇及甲苯超声清洗5 min，接着将其用N 吹干后备用．在本实验中，三电极电池体系被组装用于电沉积实验，工作电极是ITO导电玻璃，参比电极和辅助电极分别是干汞电极和铂丝电极．实验所配的电解质溶液包含TMOS、KCI、乙醇和水，TM0S 和KCl的浓度均为0．1 mol／L．SiO 薄膜采用恒压电沉积来制备，施加电压为一1．1 V，沉积过程结束后，迅速将ITO从电池体系中取出并用超纯水对其清洗，随后将其放人干燥器中干燥一昼夜．为了研究沉积时间和沉积电压对薄膜性能的影响，在其他条件不变的情况下，笔者在一系列不同的沉积温度和沉积时间下制备了SiO。
第4章薄膜的制备
椭偏光法的测量精度高达10Å ，且可同时测出薄膜的
折射率，它还是一种非破坏性测量方法。
椭偏光法是用椭圆偏振光照射被测样品，观察反射光偏 振状态的改变，从而测出样品上膜的厚度或光学常数。光源
发出自然光，经过起偏器后成为线偏振光，其偏振
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方向由起偏器决定，转动起偏器可改变偏振光的偏振方向。
此线偏振光经过四分之一波长片后变为椭圆偏振光，该偏振
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9.二氧化硅膜质量检测 氧化膜的质量主要表现在表面无斑点、裂纹、白雾和针 孔等缺陷；厚度达到规定标准，薄厚均匀；可动离子含量
低，符合要求等。
二氧化硅膜的质量，直接关系到半导体芯片的性能。因
此，其质量必须达到预定的要求。
（1）氧化膜厚度的测量 比色法，膜的厚度不同，在光的照射下，由于光的干 涉，会呈现出不同的颜色。根据干涉次数与颜色，就
离通常选择的就是二氧化硅。例如，LOCOS工艺中，晶体 管的隔离就是在晶体管之间生长厚的二氧化硅膜；CMOS工 艺中的场氧就是用来隔离PMOS的有源区和NMOS的有源 区的。
9
4.热氧化法生长二氧化硅膜 二氧化硅的生长方法有很多种，热氧化、热分解淀积、
溅射、蒸发等。
由于热氧化的氧化反应发生在硅-二氧化硅交界面，接
近于干氧氧化。
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5.氧化生长模式
（1）硅消耗 无论是湿氧还是干氧，在氧化过程中，硅-二氧化硅的 界面都会由硅表面移向内部，即氧化过程要消耗硅。
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（2）硅-二氧化硅界面
在界面处，有的硅原子没
有和氧原子键合，累积了大量
正电荷。界面处还存在一些陷
阱电荷、可动电荷等，这些电 荷会使MOS器件的开启电压变化不定。 氧化工艺，通常采用在氢气或氢-氮混合气氛中低温退 火的方式降低界面电荷的密度。（100）晶面的界面电荷密
二氧化硅薄膜制备与厚度测量
�理原验实�二
法方的量测度厚与备制膜薄硅化氧二握掌�2 用作的中件器体导半在及质性的硅化氧二解了�1
�的目验实�一
量测度厚与备制膜薄硅化氧二
数系散扩中 2OiS 在质杂
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2Oi S
用可度厚 2OiS 小最需所用作蔽掩起质杂散扩对�此因。适合为更布分散扩的中 误余于对�2.5=A�布分数函斯高于对。源散扩质杂型 P 的件器面平硅为作宜适 在质杂述描来布发数函差误余用采 �下况情数多大于由 。6.4=A �布分数函差
。厚增续继膜薄 2OiS 使�层 2OiS
�应反子原 iS 的面表片硅与子分氧的下温高�是理机长生层化氧的化氧氧干 法化氧氧干①
�为式应反其�层始起 2OiS 成生
。氧干或氧湿、汽水为可氛气化氧。层薄 2OiS 长生下用作质物化氧在面表片硅 使中氛气氧在 �内炉温高入放片硅将法方其。法方的化层化氧长生热用采要主中
�时 i X 深结散扩的望希所到达内区基在硼当以所 。故缘的数系散扩中 iS 在它于小 质杂蔽掩有具膜薄 2OiS 说又么什为�散扩行进能也中膜薄 2OiS 在质杂然既
�1.2�
深散扩的面表层 2OiS 在质杂�长越间时的散扩�高越度温散扩�明表式上
有即�式达表的样同有具度深散扩的中 iS 在质杂与度深散扩的中
。线直条一为上本基线曲验实的下度温一同�到看以可图由。律规的法化氧氧干 解了地步一进更以可线曲验实组这由。线曲验实的化氧氧干组一出给 4.2 图 。律规线物抛的式�6-2�从
服系关间时和度厚层化氧此因�长很又间时化氧�高度温化氧于由�化氧热的中 。计不略忽可 � �化氧氧湿于对。正修的作所间时化氧对�后层 产生件器体导半于对。符相好很果结验实与果结论理述上�明表验实的量大
半导体器件工艺sio2的制备及检测
ϕ和∆分别由起偏器的方位角P和检偏器方位角A决定，关系如下： ϕ=A
• 这时的d和n也是P和A的函数，可以由已知 的（P,A）-（d，n）关系图，根据已知的P、 A求出d和n。
RS
• 此法的光路总路： • 在波长、入射角、 衬底等参数一定时， ϕ 和 ∆ 是膜厚 d 和膜折射
●
率 n 的函数。 对于一定厚度的某种膜
，启动起偏器的 方位角与反射线偏振光相互垂直的时，光束不能 通过，出现消光现象。消光时，
• 由上图可知，氧化膜的颜色随其厚度的增加而呈 现周期性的变化。 • 对应同一颜色，可能有几种厚度，所以这个方法 的误差较大。 • 不过，可将生长了二氧化硅的硅片在氢氟酸中进 行腐蚀，观察其颜色变化，确定其厚度。 • 当厚度超度7500埃的时候，颜色的变化就不明显 了。因此，此法只适用于氧化膜厚度在一微米以 下的情况。 • 注意：表中所列的颜色，是照明光源与眼睛均垂 直于硅片表面时所观察到的颜色。
氧化膜质量怎样检测
二氧化硅膜的质量检测
• 膜的质量主要体现在膜的表面没有斑点、 裂痕、白雾发花和针孔等缺陷。厚度达到 规定指标且保持均匀。对膜中可动杂质离 子，特别是钠离子的含量也必须是有明确 的要求。 • 本次课主要从氧化膜的厚度测定和氧化膜 的缺陷的检测两方面和大家一起学习学习。
一、氧化膜的厚度测定
• 在生产实践中，测量SiO2厚度的方法有很 多，如果精度要求不高，可采用比色法、 腐蚀法等。如果有一定精度要求，则可以 采用双光干涉法和电容电压法。在某些研 究分析领域，已经采用了精度极高的椭圆 偏振光法。下面分别介绍一下几种常用的 氧化膜厚度测量方法。
采用pe-teos工艺制备二氧化硅薄膜的方法及设备
采用pe-teos工艺制备二氧化硅薄膜的方法及设备《采用pe-teos工艺制备二氧化硅薄膜的方法及设备》一、引言二氧化硅薄膜的制备方法在工业和科研领域中具有重要的应用价值。
其中，采用pe-teos工艺制备二氧化硅薄膜的方法及设备是目前较为常见的一种制备方式。
在本文中，将围绕这一主题展开全面探讨，包括pe-teos工艺的原理、具体制备方法、所需设备以及其在各个领域的应用。
二、pe-teos工艺的原理pe-teos工艺是一种以等离子体增强化学气相沉积为基础的薄膜制备技术。
其原理是通过将TEOS（四乙氧基硅烷）与氧气反应，生成二氧化硅薄膜并沉积在衬底上。
在这一过程中，主要依赖于等离子体的激活作用以及化学反应，从而实现对薄膜质量和厚度的精确控制。
三、具体制备方法1. 原料准备：首先需要准备TEOS和氧气作为制备二氧化硅薄膜的原料。
TEOS作为硅源，氧气则是氧化反应所需的氧化剂。
2. 反应室设置：将原料引入反应室，通过特定的加热和气体流动控制系统，使TEOS和氧气在等离子体的作用下进行反应。
3. 薄膜沉积：在等离子体激活的情况下，TEOS和氧气生成的二氧化硅薄膜将沉积在待加工的衬底表面。
4. 后处理：经过薄膜沉积后，还需要进行相应的后处理工艺，包括退火、清洗等步骤，以提高薄膜的质量和稳定性。
四、所需设备要实现pe-teos工艺制备二氧化硅薄膜，需要一系列特定的设备。
主要包括反应室、等离子体设备、加热控制系统、气体流动控制系统等。
其中，反应室是整个制备过程的核心设备，它能够提供稳定的反应环境，并保证TEOS和氧气的充分反应。
五、应用领域pe-teos工艺制备的二氧化硅薄膜在半导体、光电子器件、薄膜太阳能等领域具有广泛的应用。
在半导体工业中，二氧化硅薄膜被广泛应用于集成电路的绝缘层和通孔填充等方面。
六、个人观点和理解作为一种常见的薄膜制备技术，pe-teos工艺能够较好地控制二氧化硅薄膜的厚度和质量，因此在实际应用中具有一定的优势。
《硅薄膜材料》课件
04
CHAPTER
硅薄膜材料的研究进展
化学气相沉积（Leabharlann VD）利用化学反应在基底上生成硅薄膜，具有高沉积速率和良好的均匀性。
硅薄膜材料在集成电路、微电子器件等领域具有广泛应用，如晶体管、二极管等。
微电子器件
硅薄膜材料在太阳能电池、燃料电池等领域具有潜在应用价值，如硅基太阳能电池等。
新能源领域
01
物理传感器
硅薄膜材料可以用于制造各种物理传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传感器等。
生物传感器
通过在硅薄膜材料上制备生物敏感膜，可以制造出生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
VS
硅薄膜材料具有优异的光学性能，可以用于制造光学器件，如反射镜、光波导和光栅等。
化学传感器
硅薄膜材料还可以用于制造化学传感器，用于检测气体和液体中的化学物质。
分类
硅薄膜材料具有高纯度、低电阻率、高稳定性、高耐温性等特点，能够满足各种不同的应用需求。
硅薄膜材料广泛应用于微电子、光电子、传感器、太阳能电池等领域，作为导电层、介质层、反射层、保护层等。
用途
特性
将硅片置于高温氧化环境中，通过氧化反应在表面形成一层二氧化硅薄膜。
热氧化法
利用化学反应在衬底上生成硅薄膜，常用的反应气体为硅烷、氯硅烷等。
硅薄膜材料在传感器和生物医学领域的应用需要加强研究，以拓展其应用范围和提高性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
THANKS
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化学气相沉积法
通过物理方法将硅源气体电离、激活或蒸发，然后在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积法
02
CHAPTER
硅薄膜材料的物理性质
硅薄膜的晶体结构包括单晶硅薄膜和多晶硅薄膜。单晶硅薄膜具有长程有序的晶体结构，而多晶硅薄膜则由许多取向不同的晶粒组成。
《热生长二氧化硅膜》PPT课件
查表得知，920 o C时，A=0.50m，B=0.203m2 /h
to2
At0 B
=
(0.1m)2 +0.5m 0.1m 0.203m2 /h
=0.295h
据公式tox2 Atox B(t )有：
A tox
A2 4B(t ) =0.48m
2
注意：A tox，这种情况下不能用近似法。
11 A 2D( )
ks hg B 2DHPg
N1
26
掺杂的影响分析
硅中常见杂质如硼、磷，都倾向于使氧化速率增大。 1. 对于硼来说，氧化过程中大量的硼进入到SiO2中，
破坏了SiO2的结构，从而使氧化剂在SiO2中的扩散能 力增强，因此增加氧化速率。 2. 对于磷来说，虽然进入SiO2的磷不多，但在高浓度 时，高浓度磷掺杂会改变硅的费米能级，使硅表面
5. 硅 片 晶 向 ： 硅 原 子 密 度 大 的 晶 面 上 氧 化 速 率 大 ， R(111)>R(110)>R(100)。
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温度的影响分析
1. 对于抛物线速率常数B，温度的影响
是通过扩散系数D体现的。具体表现
在干氧和水汽氧化具有不同的激活能，
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这是因为干氧和水汽在硅中的扩散激 活能不一样。
2. 一块硅样品在1200℃下采用干氧氧化1小时，问：1）生 长的氧化层有多厚？2）再在1200 ℃采用湿氧氧化生长 0.1μm需要多长时间？
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湿氧
τ(h) A(μm) B(μm2/h)
9
—
—
1.4 0.5
0.203
0.37 0.226 0.287
0.076 0.11
0.51
0.027 0.05
二氧化硅薄膜的制备
实验方案设计方案二氧化硅薄膜的制备学院：化学与化工程学院年级：2011 级_______________专业：_____ 材料化学____________姓名：何珊______________氧化硅薄膜的制备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。
关键词：二氧化硅，薄膜，制备，应用，方法1引言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。
本文将对二氧化硅薄膜的制备、性能及其应用研究进行了综述。
2实验目的学会通过施加负压，能够诱导TMOS在ITO表面发生一个溶胶--凝胶过程，最终制备出二氧化硅薄膜。
这个方法制备的二氧化硅薄膜对可见光有一定程度的吸收，其吸光度随着沉积时间和沉积温度的该表呈现一定的变化趋势。
3实验原理此次实验使用电化学诱导的溶胶一凝胶法制备了SiO2薄膜并且使用扫描电镜、紫外/可见光谱及循环伏安法分别对薄膜的表面形貌、光吸收特性和导电性进行了表征.实验发现：随着沉积时间的延长，所得薄膜的电阻越来越大，而且, 不同沉积时间和不同的沉积温度下所制的薄膜对可见光的吸收具有一定的变化趋势；此外，我们还观察到了有一定变化规律的扫描电镜图，在此基础上，提出了一种模型探讨了SiO2薄膜可能的生长机理4实验仪器及试剂CHI660型电化学工作站购自上海辰华仪器有限公司，UV18 OPC型紫外/可见分光光度计产自上海美普达仪器有限公司，氧化铟锡导电玻璃(ITO)购自深圳南玻集团有限公司，四甲氧基硅烷(TM()S)产自武大有机硅新材料有限公司，实验用水为UP—II 一10型优普超纯水机净化制备，其电阻率不低于18.0 MQ-cm其余试剂均为分析纯.5实验步骤将预先切割好的ITO (3 cm x 1 cm x 0 . 11cm)依次用超纯水、乙醇及甲苯超声清洗5 min，接着将其用N吹干后备用.在本实验中，三电极电池体系被组装用于电沉积实验，工作电极是ITO导电玻璃，参比电极和辅助电极分别是干汞电极和铂丝电极.实验所配的电解质溶液包含TMOSKCI、乙醇和水，TM0S和KCI的浓度均为0. 1 mol/L. SiO薄膜采用恒压电沉积来制备，施加电压为一1.1 V，沉积过程结束后，迅速将ITO从电池体系中取出并用超纯水对其清洗，随后将其放人干燥器中干燥一昼夜.为了研究沉积时间和沉积电压对薄膜性能的影响，在其他条件不变的情况下，笔者在一系列不同的沉积温度和沉积时间下制备了SiO。
《薄膜的制备2蒸镀》PPT课件
Me
coscos r2
Me—蒸发出来的物质总量
dAs---衬底面积元
dMs—dAs上接受的沉积物 的质量
θ---衬底表面与空间角法线 的偏离角
Φ—dAs与蒸发源平面法线 间的夹角
r—蒸发源于衬底间的距离
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3）蒸发源---蒸发材料的加热装置
蒸镀的装置—真空室+加热装置（蒸发源）+衬底 蒸发源—电阻加热；电子束加热；高频感应加热
i、电阻加热
把片状或线状高熔点金属
（钨、钼、钛、钽）做成适当形状的蒸发源,装上蒸镀
材料，通电流加热蒸镀材料，使其蒸发。
优点：结构简单。
缺点：薄膜材料与蒸发源直接接触，由此引起蒸 发源材料成为杂质混入薄膜材料；薄膜材料与蒸 发源材料发生反应；薄膜材料的蒸镀受到蒸发源 材料熔点的限制。
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nv p 4 4kT
8 km T
p
2mkT
薄膜的沉积速度应该正比于单位面积上气体分子 的通量。所以，薄膜的沉积速度应与气体的压强成正比，
与气体的温度、分子的质量的平方根成反比。--（Knudsen克努森方程，是真空和薄膜沉积技术中最常 用的方程之一）
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2）蒸气的方向性
物质在蒸发的过程中，蒸发原子的运动具有明显 的方向性。它对于薄膜的均匀性有显著的影响。
蒸发： 蒸发时化合物可能分解； 在气相状态下，可能发生化合物各组元间的 化合与分解过程； 沉积后的薄膜成分可能偏离原化合物的化学 组成；
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反应蒸镀法： （主要用于制备高熔点化合物薄膜） 以蒸镀SiO2为例
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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 ”SiO 2 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SiO 2 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.
• 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
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
总反应式为 SiH4+ 2O 2 SiO 2+ 气体副产
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
4 二氧化硅（SiO2）薄 膜的应用
•微电子领域 •光学领域 •其他方面
微电子领域：
• 在微电子工艺中, SiO 2 薄膜因其优越的电
绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。在半 导体器件中, 利用SiO 2 禁带宽度可变的特性, 可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层, 以提 高光吸收效率; 还可作为金属2氮化物2氧化物 2半导体(MN SO ) 存储器件中的电荷存储层, 集成电路中CMO S 器件和SiGeMO S 器件以及
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
3O 2 2O ·3 (< 195 nm ) O ·3 O ·+ O 2 (200～ 300 nm )
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
• 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 了很好的应用,如用于电子器件和
力强(可在近200 ℃温度区内工作) 外, 还可以和现代
硅半导体工艺相结合, 实现微型化甚至集成电路化。
谢谢观看
和低耗电; 在机械性能方面具有高附着力和 高硬度; 在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸 水性; 在热性能方面有高稳定性和低收缩性 。目前普遍采用的制备介质层的SiO 2, 其介 电常数约为4. 0, 并具有良好的机械性能。 如用于硅大功率双极晶体管管芯平面和台 面钝化, 提高或保持了管芯的击穿电压, 并提 高了晶体管的稳定性。这种技术, 完全达到 了保护钝化器件的目的, 使得器件的性能稳
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sof t2p rocess (柔性过程)。近年 来在湿化学法中发展起一种液相沉 积法(L PD) , SiO 2 薄膜是用L PD 法 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SiO 2 (以SiO 2
光学领域：
• 20 世纪80 年代末期, Si 基SiO 2 光波导 无源和有源器件的研究取得了长足的发展, 使这类器件不仅具有优良的传导特性, 还将 具备光放大、发光和电光调制等基本功能, 在光学集成和光电集成器件方面很有应用 前景, 可作为波导膜、减反膜和增透膜。随 着光通信及集成光学研究的飞速发展, 玻璃
其他方面：
•
非晶态SiO 2 薄膜由于具有十分优良的负电荷充
电和存储能力, 在20 世纪80 年代初、中广泛应用的传统有
机高分子聚合物驻极体相比, 以单晶硅为基片的SiO
2 薄膜驻极体无疑具有不可比拟的优势。除了电荷
储存寿命长(可达200～ 500 年)、抗高温恶劣环境能
• 中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝 胶法成功地研制出紫外激光SiO 2 减反膜。 结果表明, 浸入涂膜法制备的多孔SiO 2 薄膜 比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO 2 薄膜有更好的减反射效果。在波长350 nm 处的透过率达到98% 以上, 紫外区的最高透 过率达到99% 以上。该SiO 2 薄膜有望用于 惯性约束聚变( ICF) 和X 光激光研究的透光 元件的减反射膜。目前在溶胶凝胶工艺制
1 二氧化硅薄膜的制 备方法
1. 化学气相淀积法
2. 物理气相淀积
3. 热氧化法
4. 溶胶凝胶法
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（Chemical