ⅰ.溶膠凝膠法制備低介電常數(shù)摻氟sio,2薄膜ⅱ.二氧化鈦薄膜及殺菌陶瓷的制備和特性研究

1、復(fù)旦大學(xué)碩士學(xué)位論文Ⅰ.溶膠-凝膠法制備低介電常數(shù)摻氟sio薄膜 Ⅱ.二氧化鈦薄膜及殺菌陶瓷的制備和特性研究姓名：陳佾申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：物理電子學(xué)指導(dǎo)教師：章壯健2002.5.21這一部分先研究了以正硅酸乙酯為前驅(qū)物利用溶膠．凝膠法制備純S i 0 2 介電薄膜：探討了溶膠配比包括水的比例以及p H 值對(duì)制備薄膜水解縮聚及凝膠化的影響，測(cè)量了溶膠一凝膠法制備S i 0 2 薄膜中提拉速度和薄膜厚度的關(guān)系，研究了退火時(shí)間和遇火溫度對(duì)

2、S i 0 2薄膜介電性能的影響，并測(cè)量了外電場(chǎng)頻率和薄膜介電常數(shù)的關(guān)系。然后將自行合成的含氟有機(jī)物多氟代季戊四芳醚( T e t r a p l y f l l u o r o a r y l E t h e r ，簡(jiǎn)稱C O F l ) 摻入S i 0 2 溶膠，制備了摻氟_ 二氧化硅( S i O F ) 薄膜，討論了摻雜氟元素降低介電常數(shù)的機(jī)理，測(cè)量摻氟量和S i O F薄膜介電性能的關(guān)系，對(duì)S i O F 薄膜進(jìn)行了二次離子質(zhì)

3、譜( S I M S ) 分析和交流特性測(cè)試，，f =對(duì)薄膜表面形貌進(jìn)行原子力顯微鏡( A F M ) 的表征掃描^ l 得出以F 主要結(jié)論：1 ) 溶膠配制過程中H 2 0 的量對(duì)薄膜的水解以至最終的介電常數(shù)起著至關(guān)重要的作_ I { } j ，由1 ：止硅酸乙酯( T E O S ) 是與H 2 0 在鹽酸作催化劑及5 0 0 “ C 商溫F 發(fā)生水解縮聚反麻形成S i 一0 網(wǎng)格的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如果H 2 0 在其中處于不足時(shí)，水解縮

4、聚反應(yīng)不完全，會(huì)引起薄膜中存在大量的水解不完全產(chǎn)物如鏈狀聚合物( C 2 H 5 0 ) 3 s i - o —s i ( o c 2 H 5 ) 2 - O ( O C 2 H s ) 3 ，從而導(dǎo)致薄膜中存在過多的S i ．O H 鍵，引起介電常數(shù)的高居不F 。另外過量的水還會(huì)提商所形成的薄膜質(zhì)避。2 ) 溶膠的p H 值也大大影響著溶膠的水解縮聚反應(yīng)進(jìn)程。無催化劑時(shí)，T E O S 轉(zhuǎn)變成S i 0 2的速度很慢。這是由于縮聚反應(yīng)

5、在p H 值在1 ～2 之間比較快，而在p H = 7 附近比較慢：鹽酸的加入，H + 促進(jìn)了T E O S 縮聚反應(yīng)，凝膠化時(shí)間縮短。3 ) 退火過程中的烘烤時(shí)間和烘烤溫度對(duì)溶膠．凝膠法制備低介電常數(shù)薄膜也起著關(guān)鍵作州。4 0 0 c 以及1 h o u r 是我們制備良好低介電常數(shù)薄膜的分界線。烘烤溫度低于4 0 0 ’C時(shí)，薄膜的介電常數(shù)隨烘烤溫度的降低而迅速增加，在> 4 0 6 c 條件下，介電常數(shù)隨溫度升高變化不人；當(dāng)

6、退火時(shí)間少丁I h o u r 時(shí)，介電常數(shù)隨退火時(shí)間的縮短而迅速上升，當(dāng)退火時(shí)間大于l h o u r 時(shí)，介電常數(shù)隨時(shí)間的增加緩慢下降，并且最終趨向于4 。4 ) 氟的摻雜部分或者全部取代了S i ．O H 鍵中的氫氧根。由于S i ．O H 具有較強(qiáng)的偶極子力矩，S i ．O H 的被替代很好地降低介質(zhì)層的偶極子極化，從而達(dá)到降低介電常數(shù)的目的。另一方面由丁氟對(duì)電子的強(qiáng)束縛性，它能夠減小在外加電場(chǎng)作J HF 的極化，這也會(huì)導(dǎo)致介電

7、常數(shù)的F 降。而過多的氟摻雜會(huì)導(dǎo)致s i ．R 鍵的形成，從而吸收過多的水分子而導(dǎo)致介電常數(shù)的上升。所以摻雜氟元素晟適宜的量是s i 0 2 薄膜中s i —O H 鍵完全被氟取代形成S i ．F 但是又沒有過多的氟元素而導(dǎo)致S i - F 2 的形成。5 ) 氟的摻雜在S i O F 薄膜中并非均勻分布。二二次離子質(zhì)譜( S I M S ) 對(duì)S i O F 薄膜的深度分析顯示，氟原子士要在薄膜與空氣以及薄膜與基底兩個(gè)界面處人量存在，