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二氧化硅薄膜應用及制備方法
2015年03月21日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:9652
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二氧化硅材料主要以粉體材料的形式出現在工業應用的各個領域,如硅微粉、硅藻土粉體、白炭黑(氣相法二氧化硅)等。本文將展現二氧化硅的另外一種形態的應用,那就是二氧化硅薄膜的行業應用。

 

一、二氧化硅薄膜行業應用

微電子領域:在微電子工藝中SiO2薄膜因其優越的電絕緣性和工藝的可行性而被廣泛采用。在半導體器件中利用SiO2禁帶寬度可變的特性可作為非晶硅太陽電池的薄膜光吸收層以提高光吸收效率還可作為金屬2氮化物2氧化物2半導體(MNSO存儲器件中的電荷存儲層集成電路中CMOS器件和iGeMOS器件以及薄膜晶體管(TFT)中的柵介質層等。

 

此外隨著大規模集成電路器件集成度的提高多層布線技術變得愈加重要如邏輯器件的中間介質層將增加到4~5層,這就要求減小介質層帶來的寄生電容。目前普遍采用的制備介質層的SiO 2其介電常數約為4.0,并具有良好的機械性能。如用于硅大功率雙極晶體管管芯平面和臺面鈍化提高或保持了管芯的擊穿電壓并提高了晶體管的穩定性。

   

光學領域:當前Si基SiO2光波導無源和有源器件的應用技術已經非常成熟,這類器件不僅具有優良的傳導特性, 還具備光放大、發光和電光調制等基本功能, 在光學集成和光電集成器件方面很有應用前景。中國工程物理研究院與化學所用溶膠凝膠法成功地研制出紫外激光SiO 2 減反膜。結果表明, 浸入涂膜法制備的多孔SiO2 薄膜比早期的真空蒸發和旋轉涂膜法制備的SiO 2 薄膜有更好的減反射效果。

 

其他方面:非晶態SiO2薄膜由于具有十分優良的負電荷充電和存儲能力, 成為無機駐極體的代表性材料與已經得到廣泛應用的傳統有機高分子聚合物駐極體相比以單晶硅為基片的SiO2薄膜駐極體無疑具有不可比擬的優勢。除了電荷儲存壽命長(可達200~ 500 年)、抗高溫惡劣環境能力強(可在近200℃溫度區內工作)外還可以和現代硅半導體工藝相結合實現微型化甚至集成電路化。在駐極體電聲器件與傳感器件、駐極體太陽能電池板、駐極體馬達與發電機等方面獲得更廣泛的應用。在ITO透明導電玻璃中SiO2可作為鈉離子阻擋層。近年來隨著溶膠凝膠技術的迅猛發展采用這種工藝在玻璃表面浸鍍上一層二氧化硅薄膜已成為一種較好的材料強度改性方法。此外非晶SiO2還可以用于高阻隔食品包裝材料。 

 

二、常見二氧化硅薄膜制備方法

化學氣相淀積(CVD)CVD法制備SiO2可用以下幾種反應體系:SiH4-O2、SiH4-N2O、SiH2Cl2-N2O、Si(OC2H5)4等。各種不同的制備方法和不同的反應體系生長SiO2所要求的設備和工藝條件都不相同,且各自擁有不同的用途和優缺點。

 

物理氣相沉積(PVD)物理氣相沉積主要分為蒸發鍍膜、離子鍍膜和濺射鍍膜三大類。其中真空蒸發鍍膜 技術出現較早,但此法沉積的膜與基體的結合力不強。美國IBM公司研制出射頻濺射法,從而構成了PVD技術的三大系列——蒸發鍍,濺射鍍和離子鍍。

 

熱氧化法熱氧化工藝是在高溫下(900~1200℃)使硅片表面氧化形成SiO 2 膜的方法包括干氧氧化、濕氧氧化以及水汽氧化。

 

溶膠凝膠法溶膠凝膠法是一種低溫合成材料的方法是材料研究領域的熱點。目前在此方面已取得了較大進展。通常多孔SiO2薄膜的特性依賴溶膠、凝膠的制備條件、控制實驗條件(如溶膠組分、pH值、老化溫度及時間、回流等)可獲得折射率在1.009~1.440、連續可調、結構可控的SiO2納米網絡。

 

小結:SiO2薄膜作為二氧化硅材料家族中的重要成員對其開發具有很重要的意義。相信隨著材料科學的進步,納米SiO2薄膜會進一步工業化并廣泛應用于各個領域。

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