有机氧化硅薄膜
TEOS沉积SiO2沉积原理
TEOS沉积SiO2沉积原理TEOS（四乙氧基硅烷）是一种常用的有机硅化合物，可以用来制备二氧化硅（SiO2）薄膜。
TEOS沉积SiO2的原理是通过化学气相沉积（CVD）的方法，在基板表面沉积SiO2薄膜，以实现对基板的保护和功能性改良。
在TEOS沉积SiO2的过程中，首先需要将TEOS气体与氧气混合，然后通过加热使其分解生成二氧化硅和有机物的产物。
这些产物在基板表面沉积形成SiO2薄膜。
TEOS的分解反应可以用以下简化的化学方程式表示：Si(OC2H5)4 + O2 → SiO2 + CO2 + H2O在这个反应中，TEOS分子中的乙氧基团被氧气氧化，生成SiO2、二氧化碳和水。
SiO2沉积在基板表面，形成致密的氧化硅薄膜，起到保护基板和改善表面性能的作用。
TEOS沉积SiO2的原理包括两个主要过程：气相反应和表面扩散。
在气相反应中，TEOS和氧气在反应室中混合并分解，产生SiO2沉积物。
而在表面扩散过程中，SiO2沉积物在基板表面扩散并形成薄膜。
这两个过程共同作用，最终实现SiO2的沉积。
TEOS沉积SiO2的过程受到多种因素的影响，包括沉积温度、压力、气体流量和基板材料等。
这些参数的选择会影响SiO2薄膜的结构、成分和性能。
通过调节这些参数，可以控制SiO2薄膜的厚度、均匀性和致密性，以满足不同应用的要求。
总的来说，TEOS沉积SiO2是一种常用的薄膜沉积方法，可以在微电子、光学、生物医学等领域广泛应用。
通过深入了解TEOS沉积SiO2的原理和影响因素，可以更好地控制SiO2薄膜的性能，为各种应用提供定制化的解决方案。
TEOS沉积SiO2的技术不断发展，将为未来的科学研究和工程应用带来更多可能性和机遇。
硅氧化物薄膜的制备与特性分析
硅氧化物薄膜的制备与特性分析摘要：硅氧化物薄膜是一种在材料科学和物理学领域中常见的材料。
本文将介绍硅氧化物薄膜的制备方法，包括化学气相沉积法和物理气相沉积法，并对其特性进行分析，包括结构、电学和光学性质。
引言：硅氧化物薄膜具有广泛的应用，例如在微电子器件、光学涂层、传感器和太阳能电池等领域中。
为了更好地了解和利用这些应用，我们需要深入研究硅氧化物薄膜的制备方法和特性。
1. 硅氧化物薄膜的制备方法1.1 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备硅氧化物薄膜的方法。
它通过在合适的反应条件下，使气体中的硅和氧化合物发生化学反应，并形成硅氧化物薄膜。
这种方法可以通过控制反应条件和沉积参数来调控薄膜的厚度和性质。
1.2 物理气相沉积法物理气相沉积法是另一种常用的制备硅氧化物薄膜的方法。
它通过在真空环境中加热硅源，使其蒸发并在基底上凝结形成薄膜。
这种方法可以通过控制沉积温度和沉积速率来调控薄膜的厚度和晶体结构。
2. 硅氧化物薄膜的结构特性分析硅氧化物薄膜的结构特性对其性能有着重要的影响。
X射线衍射（XRD）是一种常用的表征硅氧化物薄膜结构的方法。
通过对XRD图谱的分析，我们可以确定薄膜的晶体结构、晶格常数和晶体取向。
此外，透射电子显微镜（TEM）也可以用于观察薄膜的微观结构，如晶粒大小和界面形貌。
3. 硅氧化物薄膜的电学特性分析硅氧化物薄膜在微电子器件中具有重要的应用。
为了评估其在器件中的性能，我们需要对薄膜的电学特性进行分析。
电学特性分析主要包括薄膜的介电常数、漏电流和击穿电压等。
我们可以使用介电常数测量仪、电子测试仪和击穿电压测试仪等设备来进行这些测量。
4. 硅氧化物薄膜的光学特性分析硅氧化物薄膜在光学涂层领域中也有广泛的应用。
光学特性分析可以通过紫外-可见分光光度计进行。
通过测量薄膜的透射光谱和反射光谱，我们可以得到薄膜的折射率、吸收系数和光学带隙等参数。
此外，椭偏仪也可以用来测量薄膜的旋光性质。
PECVD氧化硅薄膜
PECVD 氧化硅薄膜简介PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种基于等离子体增强的化学气相沉积技术。
PECVD 涉及在低压和高温条件下将化学气体中的前体分子转化为固态材料。
氧化硅（SiO2）是一种重要的半导体材料，具有优秀的电学性能和化学稳定性。
PECVD 氧化硅薄膜在集成电路制造、太阳能电池、平板显示器等领域有广泛的应用。
在本文档中，我们将介绍 PECVD 氧化硅薄膜的制备方法、特性及其应用。
制备方法PECVD 氧化硅薄膜的制备过程可以分为以下几个步骤：1.基片清洗：将基片进行溶剂清洗和酸碱清洗，以去除表面的杂质和有机物。
2.进料：将预先准备好的前体气体（例如二甲基硅醇、三甲基硅烷等）与载气（通常为氢气或氮气）混合，并通过进料系统输入反应室。
3.产生等离子体：通过加入高频电场或微波，将反应室中的气体激发为等离子体。
4.反应：等离子体中的激发态气体与基片表面反应，并沉积成氧化硅薄膜。
5.退火处理：薄膜表面的有机物残留和内部应力可以通过热退火来去除和缓解。
6.冷却：待薄膜制备完成后，关闭进料系统，并冷却基片。
特性PECVD 氧化硅薄膜具有以下几个主要特性：1.良好的绝缘性能：氧化硅具有较高的介电常数和低的电导率，使其成为优秀的绝缘材料。
2.较低的表面态密度：PECVD 氧化硅薄膜具有低的表面态密度，减少了表面缺陷对器件性能的影响。
3.可调控的薄膜厚度：通过控制前体气体和反应条件，可以实现不同厚度的氧化硅薄膜的制备。
4.良好的化学稳定性：氧化硅对常见的化学物质（如酸碱）具有较高的化学稳定性，使其适用于各种环境条件下的应用。
5.较低的制备成本：相对于其他制备氧化硅薄膜的技术，PECVD 具有较低的制备成本和较高的生产效率。
应用PECVD 氧化硅薄膜在多个领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.集成电路制造：氧化硅薄膜作为绝缘层广泛应用于集成电路制造过程中，起到隔离和保护作用。
半导体制造工艺之硅的氧化概述
半导体制造工艺之硅的氧化概述硅是半导体材料中最重要的成分之一，广泛应用于半导体器件的制造中。
在半导体制造工艺中，硅的氧化是一个关键步骤，该过程将硅材料与氧气反应，形成一层氧化硅薄膜。
这一步骤对于半导体器件的性能和可靠性起着至关重要的作用。
硅的氧化过程通常通过热氧化或化学气相沉积（CVD）两种方法实现。
热氧化是最常用的氧化方法之一，它是在高温环境下将硅材料暴露在氧气中进行反应。
反应时，氧气分子会与硅材料的表面发生化学反应，形成一层均匀、紧密的氧化硅薄膜。
这种氧化过程通常在高温（约900-1200摄氏度）下进行，需要较长的时间（几十分钟到几个小时）。
化学气相沉积是另一种常用的氧化方法，它使用气相前体将氧化物沉积在硅表面上。
在这个过程中，硅衬底被放置在一个高温反应室中，气相前体物质被输送到反应室中，并在硅表面上沉积。
一个常用的气相前体是二甲基二氧化硅（DMDSO），它在高温环境下分解成二氧化硅并沉积在硅表面上。
与热氧化相比，化学气相沉积可以在较低的温度和较短的时间内实现氧化过程。
无论是热氧化还是化学气相沉积，氧化过程都可以通过控制氧化温度、氧化时间和氧化气体浓度来调节氧化硅薄膜的厚度。
薄膜的厚度通常在几纳米到几百纳米之间，根据不同的应用需求进行选择。
氧化硅薄膜在半导体制造中具有多种重要功能。
首先，它可以作为保护层，防止杂质和水分进入硅材料，从而提高器件的稳定性和可靠性。
其次，氧化硅还可以作为电路的绝缘层，防止电流泄露和干扰。
此外，氧化硅还可以用作电容层、栅介质层等特定应用。
总之，硅的氧化是半导体制造工艺中一个非常重要的步骤。
通过热氧化或化学气相沉积方法，可以形成一层均匀、紧密的氧化硅薄膜，为半导体器件的性能和可靠性提供良好的基础。
硅的氧化在半导体制造中扮演着关键的角色，它不仅可以形成绝缘层，还可以作为介电材料、隔离层和衬底。
在现代集成电路的制造中，氧化硅通常是制造晶体管的基本材料之一。
硅的氧化过程一般分为两个主要阶段：表面清洗和氧气反应。
氧化硅薄膜材料制备技术
溶胶凝胶法(Sol—Gel)
火焰水解法
(Flame Hydrolysis Deposition)火焰水解法(FHD)是一种光纤制备工艺。它具有沉积速度快、容易实现掺杂等特点。火焰水解法的原理为，在H2和O2的燃烧气氛中，通过SiCl4的水解作用，生成的SiO2细微颗粒沉积在所基的表面上。经火焰水解沉积后，将Si片送入高温炉中进行烧结，这需要很高的温度，大约1100至1300 ℃ ，烧结后得到致密化的SiO2膜。
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Hale Waihona Puke 热氧化跟基体的界面不明显，几乎不用担心薄膜与基体之间的剥离问题，可以获得优质、致密、厚度可精密控制的绝缘薄膜。
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热生长氧化法，是指硅片与氧化剂(氧、水或其他含氧物质)在高温下进行反应而生长出一层二氧化硅膜的方法。
2
热分解沉积氧化法，是利用含硅的化合物，经过热分解反应，在基片表面按沉积一层二氧化硅膜的方法。
为了防止硅烷自燃，通常使用氮气或氩气稀释硅烷。在这些条件下生长的薄膜，具有较高的绝缘强度和相当快的生长速度。
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这种方法的特点是设备简单，温度低，不生成气态有机原子团，生长速率快，膜厚容易控制；缺点是大面积均匀性差，结构较疏松，腐蚀速度较快，且气体管道中易出现硅烷氧化，形成白粉，因而沉积SiO2粉尘的污染在所难免。
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其他氧化法：真空蒸汽法，阴极反应溅射法，阳极氧化法等。
微电子领域：在微电子工艺中，二氧化硅薄膜因其优越的电绝缘住和工艺的可行住而被广泛采用。
01
光学领域：硅基SiO2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。
《氧化硅薄膜制备》PPT课件
SO ) 存储器件中的电荷存储层, 集成电路中CMO S 器件和SiGeMO S 器件以及薄膜
晶体管(TFT ) 中的栅介质层等。此外, 随着大规模集成电路器件集成度的提高, 多
层布线技术变得愈加重要, 如逻辑器件的中间介质层将增加到4～ 5 层, 这就要求
减小介质层带来的寄生电容。鉴于此, 现在很多研究者都对低介电常数介质膜的
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。在驻极体电声器件与传感器件、驻极体太阳能电池板、驻极体马达
( 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备保护膜、
增透膜方面也取得了一些进展。此法制备的SiO 2 光学薄膜在惯性约束聚变的激
光装置中已成为一种重要的手段, 广泛地应用于增透光学元件上, 如空间滤波器、
窗口、靶室窗口或打靶透镜。在谐波转换元件KDP 晶体上用溶胶工艺镀制保护、
调、结构可控的SiO 2 纳米网络。但是SiO 2 减反射膜(即增透膜) 往往不具有
疏水的性能, 受空气中潮气的影响, 使用寿命较短。经过改进, 以正硅酸乙酯
(TEO S) 和二甲基二乙氧基硅烷(DDS) 2 种常见的物质为原料, 通过二者的共水
解2缩聚反应向SiO 2 网络中引入疏水的有机基团——CH3, 由此增加膜层的疏
二氧化硅薄膜的制备及应用
班级:08微电子一班 姓名:袁峰 学 号:087305136
摘二要氧: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。
氧化硅薄膜
氧化硅薄膜简介氧化硅薄膜是一种常见的薄膜材料，具有较高的绝缘性能和化学稳定性，广泛应用于电子器件、光学器件、微纳加工等领域。
本文将从氧化硅薄膜的制备方法、表征手段以及应用方向等方面进行介绍。
制备方法氧化硅薄膜的制备方法多种多样，下面简要介绍几种常见的方法：1.热氧化法：将硅基底样品放入高温炉中，通过热氧化反应在硅基底上生长氧化硅薄膜。
这种方法简单易操作，常用于实验室制备薄膜。
2.微电子工艺法：利用微电子工艺中的物理沉积或化学气相沉积技术，在硅基底上制备氧化硅薄膜。
这种方法制备的薄膜具有优良的质量和较高的均匀性，适用于大规模工业生产。
3.溶胶-凝胶法：通过将硅源和溶剂等原料混合制备成溶胶，然后通过热处理使其发生凝胶和热解反应，最终形成氧化硅薄膜。
这种方法制备的薄膜具有较高的纯度和良好的光学性能。
表征手段为了评估氧化硅薄膜的性能和质量，科研人员通常采用以下几种主要的表征手段：1.扫描电子显微镜(SEM)：通过扫描电子束扫描样品表面，利用扫描电子显微镜观察薄膜的形貌和表面形态。
能够揭示薄膜的纹理、孔隙度、致密度等特征。
2.X射线衍射(XRD)：利用X射线的入射和衍射来确定薄膜的结晶性质和晶体结构。
通过XRD分析可以获得薄膜的晶格常数和晶体相的信息。
3.透射电子显微镜(TEM)：通过透射电子束穿过薄膜，观察薄膜的内部结构。
可以观察到薄膜的晶粒尺寸、晶界、缺陷等信息。
应用方向氧化硅薄膜在多个领域有着广泛的应用，以下是几个常见的应用方向：1.电子器件制备：氧化硅薄膜作为一种优良的绝缘材料，常用于半导体器件中的绝缘层。
例如，MOSFET器件中常用氧化硅作为栅介质层。
2.光学器件制备：氧化硅薄膜具有良好的光学透明性和光学稳定性，常用于光学薄膜的制备。
例如，用于太阳能电池、液晶显示器等器件中。
3.微纳加工：利用氧化硅薄膜的物理和化学性质，可以进行微纳加工。
例如，通过光刻和湿法刻蚀技术，可以在氧化硅薄膜上制备微细结构。
sio2薄膜沉积
sio2薄膜沉积SIO2薄膜沉积是一种利用原子层沉积（ALD）技术制备的特殊材料，能够在产品上表现出优良的电学，热学，光学以及与环境的相关性能。
特别是，它的非线性参数，包括电容量，介电常数和热电隔离等，可以用于控制电子产品的工作性能和长期可靠性。
SIO2薄膜的另一个优点是耐酸，耐候，耐热，耐腐蚀，这使得它能够在苛刻的工作环境中持久可靠地使用。
SIO2薄膜沉积可以通过多种方式实现，其中最常见的是电子束蒸镀技术，其可以控制薄膜的厚度，结构和性质。
它利用一个磁场，将原粒子聚焦到基板上，形成一层结构化的薄膜。
这种方法可用于制备多种非导电性材料，如硅，氧化锌，金属磷和氧化铝等。
由于沉积的厚度可以以毫微米的精度进行控制，因此可以用于制备多层聚合物，从而允许有效控制障碍层的组成，以减少产品的尺寸和重量，并提高产品的机械强度和热稳定性。
SIO2膜的蒸镀技术也可用于制备类似硅的有机聚合物，由于它与金属的化学性质相似，可以避免金属电子元件失效。
此外，该技术可以有效阻止电子元件表面的氧化和污染，并可以增强电子设备的抗静电能力。
SIO2薄膜沉积技术的另一个重要应用是在半导体行业中的氧化层制备，它是一种被广泛应用的陶瓷材料，被用于制作半导体元件，例如微处理器和存储器，用于保护半导体表面层，允许电子流穿过。
它具有稳定的介电和热电性质，这使得它可以在多种电子应用中提供可靠的性能。
另外，SIO2薄膜可以使用来制备微型设备，可以提供更小尺寸和容量的设备，而不会降低其性能。
它们也可以用于制作轻质可穿戴设备，可以减少产品的体积，同时保持其性能。
总而言之，SIO2薄膜沉积技术已成为当今各种电子产品的标准材料，它的优质性能，耐久性和体积小帮助电子工程师设计出更小，更紧凑和更高功率的电子设备。
teos在半导体工艺中的作用
teos在半导体工艺中的作用一、概述Teos（Tetraethyl orthosilicate）是一种有机硅化合物，它在半导体工艺中被广泛应用。
Teos主要用于制备氧化硅（SiO2）薄膜，这是半导体工艺中最重要的材料之一。
本文将详细介绍Teos在半导体工艺中的作用。
二、Teos的制备Teos可以通过两种方法制备：直接合成法和间接合成法。
1. 直接合成法直接合成法是将四乙基正硅酸酯（TEOS）与水和酸混合，然后进行加热反应。
反应产物是二乙基二甲基硅酰醇和乙酸。
2. 间接合成法间接合成法是将TEOS与乙烯发生加成反应得到1,1,3,3-四甲基二氧化硅，再通过加热分解得到TEOS。
三、Teos在半导体工艺中的应用1. 制备氧化硅薄膜氧化硅薄膜是半导体材料中最重要的材料之一。
它通常作为绝缘层或衬底层使用。
TEOS可以通过CVD（化学气相沉积）或PECVD（等离子体增强化学气相沉积）制备氧化硅薄膜。
在CVD过程中，TEOS和氧气在高温下反应生成SiO2。
在PECVD过程中，TEOS和一些其他气体（如甲烷、乙烯、二氧化硅等）混合，在等离子体的作用下反应生成SiO2。
2. 制备低介电常数材料低介电常数材料是半导体工艺中的重要材料之一。
它们通常用于制造高速集成电路和微处理器。
TEOS可以与其他有机物混合，制备出低介电常数材料。
3. 制备光刻胶光刻胶是半导体工艺中的重要材料之一。
它通常用于制造微处理器的图案。
TEOS可以与其他有机物混合，制备出光刻胶。
4. 制备硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃是一种无机非金属材料，具有优异的物理、化学性能和机械强度。
它通常用于制造太阳能电池板、液晶显示器等产品。
TEOS可以与其他有机物混合，制备出硅酸盐玻璃。
四、Teos的优点1. 可控性好TEOS可以通过调整反应条件（如温度、压力、反应时间等）来控制氧化硅薄膜的厚度和质量。
2. 生产效率高TEOS可以在较低的温度下进行反应，这使得生产效率高。
有机硅保护膜结构
有机硅保护膜结构有机硅保护膜结构是一种新型材料，其主要成分是有机硅化合物。
有机硅化合物是由一种或多种硅原子作为中心原子，与有机基团、卤素、氧、氮等中间键团组成的碳硅化合物。
根据硅原子的价态不同，有机硅化合物可分为一价有机硅、二价有机硅、三价有机硅和四价有机硅四种。
其中以二价有机硅和三价有机硅最常见，是有机硅界面活性剂的主要成分。
有机硅保护膜结构主要由两个部分组成，分别是底层和表层。
底层主要是硅氧化合物（Si-O）或硅氧基（Si-O-Si），它们具有优良的化学、物理性质和稳定性，能够增强涂层的附着性和耐磨性。
硅氧化合物能够在表面形成致密的保护层，从而保护底层材料不被污染和破坏。
硅氧化合物底层的化学结构较为简单，同时拥有良好的抗水解性和抗UV性能。
表层是由有机硅化合物的链状分子构成，具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能。
有机硅保护膜表面常常呈现出葱皮状排列的结构，这是由于表层一般为链状分子构成的多层结构，外层分子相互压实、交错，形成一种防护性“盔甲”，从而有效保护底层材料。
有机硅保护膜结构的优点是其化学键强度高，耐腐蚀性能好，具有良好的湿润性和防水性能。
由于是通过化学反应形成的保护层，不会脱落或剥离，从而长期保护底层材料。
此外，有机硅保护膜结构具有良好的透过性和耐高温性能，能够透过较高的温度和压力，长期使用下不会产生磨损和表面变形。
有机硅保护膜结构的应用范围广泛，可用于各种材料表面的保护，如玻璃、金属、陶瓷、纸张、橡胶等。
其中，在玻璃表面的应用最为广泛，能够防止雨水和污物侵蚀玻璃表面，提高清洗效率和视野观感。
在金属表面的应用也很广泛，能够防止金属氧化和腐蚀，延长金属使用寿命。
此外，有机硅保护膜结构也广泛应用于电子、半导体、光学、医药等领域，具有良好的生物相容性和光学性能。
总体来说，有机硅保护膜结构是一种具有优良性能的材料，能够有效保护各种材料表面的防水、防油、防污蚀等，从而提高材料使用寿命和效率。
ald 氧化硅工艺
ald 氧化硅工艺ALD（Atomic Layer Deposition）氧化硅工艺是一种先进的薄膜制备技术，它能够在纳米尺度上控制材料的沉积，具有广泛的应用前景。
在ALD氧化硅工艺中，首先需要将基片表面进行预处理，以确保其清洁无杂质。
接下来，将基片置于反应室中，并通过气相中的前体分子进行反应。
ALD工艺的独特之处在于，每一层薄膜的沉积都是通过周期性的气相反应来实现的。
ALD氧化硅工艺的关键步骤是气相前体分子的选择和反应条件的优化。
通常，有机硅化合物和氧源是常用的前体分子。
通过精确控制反应温度、压力和前体分子的输送速率，可以实现单层薄膜的沉积。
每一层薄膜的沉积厚度通常在纳米尺度范围内，可以通过多次反应周期来实现所需的膜厚。
ALD氧化硅薄膜在微电子器件中具有重要的应用。
例如，在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中，ALD氧化硅薄膜可以作为栅介电层，提供电子器件的绝缘性能。
此外，ALD氧化硅薄膜还可用于制备MEMS（微电子机械系统）器件、太阳能电池和传感器等领域。
ALD氧化硅工艺的优势在于其沉积过程的精确性和可控性。
由于每一层薄膜的沉积都是通过单个分子层的反应实现的，因此可以实现非常均匀和致密的薄膜结构。
此外，ALD工艺还可以在复杂的几何形状和高纵深比结构上实现薄膜的均匀沉积，具有良好的可扩展性和适应性。
ALD氧化硅工艺是一种极具潜力的薄膜制备技术，具有广泛的应用前景。
通过精确控制反应条件和前体分子的选择，可以实现高质量、均匀和致密的氧化硅薄膜沉积。
这种技术在微电子器件和其他领域中有着重要的应用，将为人类带来更先进的科技产品和更高的生活质量。
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第４５卷第２期２００８年３月真空ＶＡＣＵＵＭＶｏｌ．４５，Ｎｏ．２Ｍａｒ．２００８收稿日期：２００７－０９－１６作者简介：孙运金（１９８２－），男，山东省营南县人，硕士生。
联系人：陈强，教授。
＊基金项目：本课题受北京市市属高等学校人才强教计划ＰＨＲ（ＩＨＬＢ２００５００１）和北京印刷学院大学生研究计划（ＬＧ２００７－２５）资助。
新型高阻隔有机氧化硅薄膜制备＊孙运金，陈强，张跃飞，李朝阳，付亚波（北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室，北京１０２６００）摘要：采用等离子体化学聚合，在氧化硅层表面聚合单层甲基丙烯酸缩水甘油酯（ＧＭＡ）改善其脆性，提高氧化硅薄膜阻隔性能和柔韧性能的研究。
通过无机氧化硅层和有机ＧＭＡ层交叠沉积来研究不同沉积参数对薄膜的阻隔性能影响。
红外光谱（ＦＴＩＲ）分析在１０３０ｃｍ－１和１７３０ｃｍ－１处出现硅氧和羰基特征峰表明沉积薄膜为氧化硅和ＧＭＡ。
通过透氧性能测试（ＯＴＲ）表明，沉积薄膜叠合顺序为氧化硅／ＧＭＡ／氧化硅并且叠合六层时阻氧性最好，ＯＴＲ为０．１２５（ｍＬ／ｍ２・２４ｈ）（原膜为１３０（ｍＬ／ｍ２・２４ｈ））。
表面形貌分析表明薄膜由表面粗糙度较高的氧化硅层和粗糙度较低的有机ＧＭＡ混合叠加在一起，并进一步从表面形貌角度说明三层叠合时，薄膜ＯＴＲ较好的原因。
按照ＧＢ／Ｔ１０００４－１９９８标准，采用ＣＰＰ为内封层，湿式复合工艺实验表明，复合薄膜的热封层良好、机械性能好。
关键词：有机无机交叠；氧化硅；阻隔性能；ＡＦＭ中图分类号：ＴＢ４３文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０３２２（２００８）０２－００４６－０４Ｐｒｅｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａｎｅｗｈｉｇｈ－ｂａｒｒｉｅｒｏｒｇａｎｉｃＳｉＯｘｔｈｉｎｆｉｌｍｓＳＵＮＹｕｎ－ｊｉｎ，ＣＨＥＮＱｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕｅ－ｆｅｉ，ＬＩＣｈａｏ－ｙａｎｇ，ＦＵＹａ－ｂｏ（ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｒａｐｈｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｐｌａｓｍａｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈＧＭＡ（ｇｌｙｃｉｄｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）ｕｓｅｄａｓａｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒ，ｔｈｅＧＭＡｗａｓｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＳｉＯｘｌａｙｅｒｓｔｏｍｏｄｉｆｙｔｈｅｆｒａｇｉｌｉｔｙｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆＳｉＯｘｔｈｉｎｆｉｌｍｓ．ＴｈｅｉｎｏｒｇａｎｉｃＳｉＯｘｌａｙｅｒｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃＧＭＡｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｔｈｅｎｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｉｎｏｒｇａｎｉｃＳｉＯｘｔｈｉｎｆｉｌｍｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｂｙＦＴＩＲ－８４００Ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｌｉｃａ－ｃａｒｂｏｎｙｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｅａｋｓａｒｅｆｏｕｎｄａｔ１０３０ｃｍ－１ａｎｄ１７３０ｃｍ－１，ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｄｅｐｏｓｉｔｅｄｉｓｏｆｂｏｔｈＳｉＯｘａｎｄＧＭＡ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅＯＴＲ（ｏｘｙｇｅｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅ）ｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｂｅｓｔａｎｔｉｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｄｅｐｏｓｉｔｅｄｉｆｉｔｉｓｌａｍｉｎａｔｅｄｉｎＳｉＯｘ－ＧＭＡ－ＳｉＯｘｏｒｄｅｒａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｌａｙｅｒｓｌａｍｉｎａｔｅｄｉｓｓｉｘ，ｗｈｅｒｅｔｈｅＯＴＲｃｈａｎｇｅｓｔｏ０．１２５ｍＬ／ｍ２・２４ｈｒｆｒｏｍ１３０ｍＬ／ｍ２・２４ｈｒ．ＳｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｉｓａｃｔｕａｌｌｙａｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｌｙｃｏａｒｓｅｓｕｒｆａｃｅｓｉｌｉｃａｌａｙｅｒｓｗｉｔｈｌｏｗｌｙｃｏａｒｓｅｓｕｒｆａｃｅＧＭＡｌａｙａｒｓ，ｔｈｕｓｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｆｕｒｔｈｅｒｗｈｙｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｈａｓａｂｅｔｔｅｒＯＴＲｉｆｉｔｉｓｌａｍｉｎａｔｅｄｂｙｔｈｒｅｅｌａｙｅｒｓ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄＧＢ／Ｔ１０００４－１９９８，ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗｅｔｃｏｍｏｐｓｉｔｅｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｖｅｇｏｏｄｈｅａｔｓｅａｌｉｎｇｌａｙｅｒｓｗｉｔｈｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｆｕｓｉｎｇｃｏ－ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｔａｓｉｎｓｉｄｅｓｅａｌｉｎｇｌａｙｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｒｇａｎｉｃ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃｌａｙｅｒｓ’ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｓｉｌｉｃｏｎｏｘｉｄｅ；ｂａｒｒｉｅｒｐｒｏｐｅｒｔｙ；ＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）ＰＥＴ薄膜由于本身具有良好的透光性、绝缘性、化学稳定性和较强的机械性能被广泛用于各类包装材料，特别是在食品包装中广泛用于各种复合材料的基膜。
如复合增强薄膜、多层复合抗菌、铝箔复合类包装薄膜等。
在ＰＥＴ基材表面沉积氧化硅薄膜作为高阻隔材料目前引起包装领域生产厂家的注意。
其主要原因为氧化硅作为无机材料具有良好的耐酸碱性能、耐磨性能、良好的透光性和极好的阻湿阻气性能。
早在上世纪八十年代，德国、日本、美国就开始从事氧化硅阻第２期孙运金，等：新型高阻隔有机氧化硅薄膜制备隔薄膜的研究。
到目前为止，此类阻隔薄膜主要用于食品、药品和化妆品的保值保鲜包装。
但氧化硅薄膜作为类玻璃无机材料，存在固有的脆性，这严重阻碍其发展和应用领域［１］。
如果能在脆性无机材料表面复合有机材料，利用有机无机两者的优点，将会大大提高薄膜的阻隔性能和应用领域。
本文采用等离子体聚合ＧＭＡ有机层作为改变氧化硅柔韧性能的缓冲层。
通过将５～１０ｎｍ厚的有机层沉积在氧化硅高阻隔层中，在不改变氧化硅薄膜阻隔性的条件下提高氧化硅薄膜的柔韧性能。
如图１所示为采用多层叠合的工艺过程。
在基材ＰＥＴ薄膜沉积氧化硅，然后等离子体聚合有机层ＧＭＡ．这样在不改变氧化硅薄膜本身性能的情况下可以大大降低氧化硅薄膜的脆性提高其柔韧性能［２］。
本文主要研究了不同的沉积参数对其材料本身阻隔性能的影响，并对薄膜的结构进行了初步的探讨。
其原理图如下：图１无机－有机高阻隔叠合层示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｇｈ－ｂａｒｒｉｅｒｌａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃｌａｙｅｒｓ１实验设置实验装置采用电容耦合等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）技术。
射频电源频率为１３．５６ＭＨｚ，功率范围为０～３００Ｗ。
上下电极的距离为５０ｍｍ，电极直径为２５０ｍｍ，采用８升机械泵抽至本底真空为１．０Ｐａ。
在氧化硅的沉积中，以六甲基二硅氧烷（ＨＭＤＳＯ，纯度为９８＋％，无色液体，百灵威）为沉积氧化硅的反应先驱物，氧气为氧化性气体来沉积氧化硅薄膜层；在有机薄膜的聚合中，甲基丙烯酸缩水甘油酯（ＧＭＡ，分子量１４２．１６，无色液体，百灵威）为单体。
单体的输入采用氩气为载气，氩气的流量为１０ｓｃｃｍ，且加热到８０℃，以保证单体输入。
实验中我们选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）、载玻片、溴化钾压片作为实验基材。
在进行热复合测试时，热封层为流延聚丙烯（ＣＰＰ）。
红外分析采用日本岛津ＦＴＩＲ－８４００（波长范围：４０００ｃｍ－１～４００ｃｍ－１，扫描步数为４ｃｍ－１），分析薄膜的结构成分；透氧测试采用８０００型透氧仪（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，ＵＳＡ）。
测量范围０．００８～４３２，０００ｍＬ／ｍ２・ｄ。
测试面积５０ｃｍ２。
试样尺寸：φ１００ｍｍ，厚度＜１．２７ｍｍ，测试条件：２３℃，ＲＨ／Ｎ２＋Ｏ２＝５０％）．原子力显微镜扫描样品的表面形貌（ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＣＳＰＭ４０００，本原纳米仪器公司，测试模式为ｔａｐｐｉｎｇｍｏｄｅ）２实验结果与讨论２．１ＦＴＩＲ图２（ａ）为沉积单层ＧＭＡ的红外吸收图谱随放电功率的变化关系。
图中所示１７３０ｃｍ－１对应Ｃ＝Ｏ基团，１１５０ｃｍ－１对应Ｃ－Ｏ伸缩振动峰，２９００ｃｍ－１对应ＣＨ３基团。
在较低放电功率下，薄膜中含有较高的Ｃ＝Ｏ双键基团，和较多的Ｃ－Ｏ基团；当功率升高时（大于１０Ｗ），Ｃ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ基团强度降低较大，同时ＣＨ３基团消失，说明薄膜的厚度明显降低。
这表明较低的功率有利于聚合ＧＭＡ有机薄膜。
高功率可能引起等离子体的刻蚀，不利于薄膜的聚合。
另外，氩气等离子体将会打开ＧＭＡ中的醚键和环氧键，而保留大部分的羰基，打开的醚键和环氧键有利于与后面的ＨＭＤＳＯ等离子体相中的Ｓｉ－Ｏ和Ｓｉ－ＣＨ３基团生成Ｃ－Ｏ－Ｓｉ共价键，增强有机层和无机层的结合强度［４］。
（ａ）（ｂ）图２薄膜的红外光谱分析ａ－单层ＧＭＡ（氩气流量为１０ｓｃｃｍ，时间为１０ｍｉｎ）；ｂ－ＳｉＯｘ／ＧＭＡ／ＳｉＯｘ（改变第三层即氧化硅沉积时间，第一、二层沉积参数不变）Ｆｉｇ．２Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｓ：ａ）ｓｉｎｇｌｅＧＭＡｌａｙｅｒ（ａｒｇｏｎｆｌｏｗｒａｔｅ＝１０ｓｃｃｍ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｉｍｅ１０ｍｉｎ）；ｂ）ＳｉＯｘ／ＧＭＡ／ＳｉＯｘ（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇｔｉｍｅｆｏｒ３ｒｄｌａｙｅｒｉｓｖａｒｉａｂｌｅｗｈｉｌｅｔｈｅｒｅｓｔｋｅｅｐｃｏｎｓｔａｎｔ）图２（ｂ）为沉积三层ＳｉＯｘ／ＧＭＡ／ＳｉＯｘ红外光谱图。
其中第三层氧化硅沉积时间是变化的。
曲线所示８０２ｃｍ－１对应Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ摇摆振动峰，１０３４ｃｍ－１对应其伸缩振动峰，随氧化硅沉积时间的延长，强度明显增强。
１２５０ｃｍ－１对应Ｓｉ－ＣＨ３和２９００ｃｍ－１分别对应ＣＨ３伸缩振动峰，此峰可能来自氧化硅单体ＨＭＤＳＯ没有完全氧化硅而留下的碳氢化合物或者ＧＭＡ沉积薄膜的杂质。
而１７３０ｃｍ－１明确表４７・・真空ＶＡＣＵＵＭ第４５卷明羰基的存在，此峰为ＧＭＡ有机层的特征峰，说明不管沉积氧化硅的沉积时间长短，ＧＭＡ层的强度和厚度都不会发生变化，表明了薄膜的结构为无机－有机不同沉积层叠加后各层不同的特色基团的混合结构。
２．２阻隔性能分析图３无机－有机叠合层ＯＴＲ随ＧＭＡ沉积时间的变化并保持氧化硅层的沉积参数不变Ｆｉｇ．３Ｏｘｙｇｅｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅａｆｔｅｒｌａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃｌａｙｅｒｓｖｓ．ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇｔｉｍｅ（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＳｉＯ２ｌａｙｅｒｓｋｅｅｐｃｏｎｓｔａｎｔ）图３为不同无机－有机叠合层数的ＯＴＲ随ＧＭＡ有机层沉积时间的变化。