二氧化硅

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SiO2又稱硅石。在自然界分佈很廣,如石英、石英砂等。白色或無色,含鐵量較高的是淡黃色。密度2.2 ~2.66.熔點1670℃(鱗石英);1710℃(方石英)。沸點2230℃,相對介電常數為3.9。不溶於水微溶於酸,呈顆粒狀態時能和熔融鹼類起作用。用於制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅鐵、型砂、單質硅等。

氧化簡介

管制信息

  本品不受管制。但不可帶入飛機。

名稱

  中文名稱:二氧化硅   中文別名:硅氧 ,硅土 ,硅石 ,硅酐 ,石英砂   英文別名:Silicon dioxide SiO₂ ,Silicon(IV)oxide ,Silicic anhydride ,Quartz sand   CAS號:14808-60-7[1]

儲存

  密封保存

用途

  硅標準液。水玻璃,硅的化合物的製備材料。在晶體管和集成電路中作雜質擴散的掩蔽膜和保護層,製成二氧化硅膜作集成電路器件。玻璃工業。

AR質檢信息指標

  水可溶物,% ≤0.2   重金屬(以Pb計),% ≤0.005   鈣(Ca),% ≤0.005   鐵(Fe),% ≤0.005   氯化物(Cl),% ≤0.005   硫酸鹽(SO4),% ≤0.005   氫氟酸中不揮發物,% ≤1.0   乾燥失量,% ≤3.0

性質

物理性質

  [1]二氧化硅又稱硅石,化學式SiO₂。自然界中存在結晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。

沙狀二氧化硅

結晶二氧化硅因晶體結構不同,分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體,大而透明稜柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質的水晶帶有不同顏色,有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是細小的石英晶體,有黃砂(較多的鐵雜質)和白砂(雜質少、較純凈)。二氧化硅晶體中,硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵,硅原子位於正四面體的中心,4個氧原子位於正四面體的4個頂角上,SiO₂是表示組成的最簡式,僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數之比。二氧化硅是原子晶體。   SiO₂中Si—O鍵的鍵能很高,熔點、沸點較高(熔點1723℃,沸點2230℃)。折XX率大約為1.6.   各種二氧化硅產品的折XX率為:石英砂為1.547;粉石英為1.544;脈石英為1.542;硅藻土為1.42~1.48;氣相白炭黑為1.46;沉澱白炭黑為1.46。   自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遺體,為白色固體或粉末狀,多孔、質輕、鬆XX固體,吸附性強。

化學性質

  化學性質比較穩定。不溶於水也不跟水反應。是酸性氧化物,不跟一般酸反應。氣態氟化氫跟二氧化硅反應生成氣態四氟化硅。跟熱的濃強鹼溶液或熔化的鹼反應生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。用於製造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維,陶瓷等。二氧化硅的性質不活潑,它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸高氯酸作用(熱濃磷酸除外)。常見的濃磷酸(或者說焦磷酸)在高溫下即可腐蝕二氧化硅,生成雜多酸[2],高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅,鑒於此性質,硼酸鹽可以用於陶瓷燒制中的助熔劑,除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶於水的氟硅酸: SiO₂ + 4HF = SiF4↑ + 2H₂O   酸氧通性:   二氧化硅與鹼性氧化物   SiO₂ + CaO =(高溫) CaSiO3   二氧化硅能溶於濃熱的強鹼溶液:   SiO₂ + 2NaOH = Na2SiO3+ H₂O   (盛鹼的試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞的原因)   在高溫下,二氧化硅能被碳、鎂、鋁還原:   SiO₂+2C=(高溫)Si+2CO↑   若c過量,則發生反應:   Si+C=高溫=SiC(金剛砂)   硅酸酸酐:二氧化硅(SiO2)。    二氧化硅不與水反應,即與水接觸不生成硅酸,但人為規定二氧化硅為硅酸的酸酐。

存在形態

結構

  在大多數微電子工藝感興趣的溫度範圍內,二氧化硅的結晶率低到可以被忽略。 儘管熔融石英不是長範圍有序,但它卻表現出短的有序結構,它的結構可認為是4個氧原子位於四面體的頂點上。多面體中心是一個硅原子。這樣,每4個氧原子近似共價鍵合到硅原子,滿足了硅的化合價外殼。如果每個氧原子是兩個多面體的一部分,則氧的化合價也被滿足,結果就成了稱為石英的規則的晶體結構。在熔融石英中,某些氧原子,成為氧橋位,與兩個硅原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋,只和一個硅原子鍵合。可以認為熱生長二氧化硅主要是由人以方向的多面體網路組成的。與無氧橋位相比,有氧橋的部分越大,氧化層的粘合力就越大,而且受損傷傾向也越小。干氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠大於濕氧氧化層。因此,可以認為,SiO₂與其說是原子晶體,卻更近似於離子晶體。氧原子與硅原子之間的價鍵向離子鍵過渡。

形態

  根據形態可分為硅石、沉澱法二氧化硅、氣相法二氧化硅、硅膠

無定形二氧化硅

、無定形二氧化硅。

礦物介紹

  二氧化硅礦物是指化學式相同(SiO₂),但結構有差異的礦物,這些礦物統稱為類質異像體,主要包括石英、方石英和鱗石英。這些礦物在地球上主要存于花崗岩、砂岩和黑硅岩中,而月球上幾乎缺乏,主要原因是:化學成分演化上,月球形成一個低硅、高鋁的月殼,高硅的花崗質岩石極為稀少;月球在演化上缺乏像地球一樣有一個可以結晶出二氧化硅礦物的水系和熱水體系。儘管二氧化硅礦物在月球岩石上極為稀少,但對月球岩石的分類和成因的研究具有重要的作用。

二氧化硅抗結劑

  月球上的石英礦物最早是在幾塊類花崗岩碎處中發現的,在霏細岩中同時也充填了不少方石英礦物,從其微細結構和成分的分析表明,這些石英實際上是由方石英變化過來的。後來在粗晶狀的月球花崗岩碎塊中也發現有石英礦物,根據其同位素的分析結果,這些礦物是41億年左右,在較深的環境下結晶形成的,說明這些石英不是在岩漿岩形成期間結晶形成的。   月海武岩中的二氧化硅礦物絕大多數是方石英,體積百分數最多可達5%,幾乎沒有石英礦物,只有在細晶狀月海玄武岩中才存在少量的石英礦物,這些方石英具有典型的雙晶結構表明:在熔漿冷卻過程中,從高溫到低溫條件下形成的方石英都有。另外,在一些粗晶狀的月海玄武岩中也同時存在方石英和鱗石英,但從結構特徵看,方石英是由鱗石英轉變的,因為鱗石英一般是鑲嵌在於不規則的顆粒之間。

藥物分析

  方法名稱: 三硅酸鎂—二氧化硅的測定—重量法   應用範圍: 本方法採用重量法測定三硅酸鎂中二氧化硅的含量。   本方法適用於三硅酸鎂。   方法原理: 供試品加硫酸與硝酸作用完全后加稀硫酸與水,將殘渣置鉑坩堝中熾灼灰化,殘渣用水濕潤,加氫氟酸與硫酸,蒸干,熾灼後放冷,減失的重量即二氧化硅的重量。   試劑: 1. 硫酸   2. 稀硫酸   3. 硝酸   4. 氫氟酸   儀器設備: 1. 瓷皿   2. 鉑坩堝   試樣製備: 1.稀硫酸   取硫酸57mL,加水稀釋至1000mL。   操作步驟: 取供試品約0.4g,精密稱定,置瓷皿中,加硫酸3mL與硝酸5mL的混合液,待作用完全,置砂浴上蒸干,放冷,加稀硫酸10mL與水100mL,煮沸使鎂鹽溶解,上層液用傾瀉法經無灰濾紙濾過,殘渣用傾瀉法以熱水洗滌3次,洗液一併濾過,最後將殘渣移置濾紙上,用熱水洗滌,將殘渣連同濾紙置鉑坩堝中,乾燥,熾灼灰化后,再熾灼30分鐘,放冷,精密稱定。再將殘渣用水濕潤,加氫氟酸3mL與硫酸3滴,蒸干,熾灼5分鐘,放冷,精密稱定,減失的重量即得供試量中含二氧化硅(SiO₂)的重量。   參考文獻: 中華人民共和國藥典,國家藥典委員會編,化學工業出版社,2005年版,二部,p.23。

測定介紹

動物膠凝聚重量法

  ·試劑   無水碳酸鈉(固體)   鹽酸比重1.19)1%動物膠水溶液取1克動物膠溶於100毫升熱水中(隨配隨用)。熱鹽酸洗液(5:95%)   ·操作步驟   精確稱取研細並在105-110℃乾燥過的試樣0.5-1克于鉑坩堝中,稱取無水碳酸鈉約6-8倍試樣重,將2/3加坩堝和試樣攪拌均勻,留下的無水碳酸鈉鋪于混合物表面,蓋上坩堝蓋,開始用小火烘燒10-25分鐘,然後用大火灼燒30分鐘。待其冷卻后,用熱水將熔融物

醫用二氧化硅

洗入500毫升燒杯內,鉑坩堝用1:1稀鹽酸洗凈,洗液併入燒杯,蓋好表面皿,徐徐加入比重1.19的濃鹽酸15-20毫升,將燒杯置於水浴上蒸發至濕鹽狀,再加入10毫升濃鹽酸,放置過夜(如工作急需,在加入鹽酸后可加熱近沸,稍冷,按下述手續進行)。將燒杯置於60-70℃水浴中,當杯中液體到達水浴的溫度時,加入新鮮配製的1%動物膠溶液10毫升,同時用玻璃棒劇烈攪拌4-5分鐘,再在水浴中保溫10分鐘。然後將燒杯取出,待其冷卻後用中速無灰濾紙過濾于250毫升容量瓶中,用5:95熱鹽酸洗滌燒杯4-5次,並將二氧化硅沉澱及氯化鈉等鹽的晶體盡可能全部移入濾紙內。然後用帶有橡皮頭的玻璃棒擦凈燒杯,將橡皮頭上所沾的沉澱用5:95熱鹽酸洗入濾紙上,沉澱繼續用5:95的熱鹽酸溶液洗至接近無鐵離子(沉澱呈白色或洗液無黃色),最後用熱水洗滌3-4次。   將濾液和洗液混勻,冷卻至室溫,用水稀釋至刻度搖勻,以備測定Al₂O3、Fe₂O3、TiO₂、MnO₂、CaO、MgO等將濾紙連同沉澱置於已在900-1000℃灼燒至恆重的鉑坩堝中,先在酒精燈上用小火將濾紙灰化至沉澱物為白色,然後在煤氣噴燈或酒精噴燈上灼燒30分鐘左右(或放入高溫電爐中,逐漸升溫至900-950℃保溫30分鐘)。取出稍冷后,移入乾燥器內,冷卻至室溫后稱重,再灼燒至恆重。

重量法與比色法聯用

  ·試劑   鹽酸(比重1.19),硫酸(比重1.84),硝酸(比重1.42),氫氟酸(40%)10%氫氧化鈉溶液取氫氧化鈉10克溶於水中,冷卻后稀釋至100毫升,混勻,移入塑料瓶中貯存。   硼酸10%酒石酸溶液將10克酒石酸溶於水中,稀釋至100毫升,混勻,移入塑料瓶中貯存。對硝基苯酚指示劑取對硝基苯酚0.5克溶於100毫升乙醇中。8%鉬酸銨溶液稱取8克鉬酸銨溶於100毫升水中,貯于塑料瓶中,過濾使用,如出現沉澱則不可使用。5%抗壞血酸溶液取5克抗壞血酸溶於100毫升水中,貯存于塑料瓶中,一周后更換新鮮溶液。95%乙醇甲醇2%氟化鉀溶液取氟化鉀2克溶於水中稀釋至100毫升(貯于塑料瓶中)。2%硼酸溶液取硼酸2克溶於水中稀釋至100毫升。   二氧化硅貯備液(1毫升含0.5毫克二氧化硅)準確稱取在1000℃灼燒兩小時的二氧化硅(99.99%)0.5克于鉑坩堝中,加入無水碳酸鈉5克拌勻,在1000℃中熔融5分鐘,取出冷卻。在500毫升燒杯中,用沸水浸出,冷卻。移入1000毫升容量瓶中稀釋在至刻度,搖勻。二氧化硅標準液(1毫升含0.01毫克二氧化硅)取上述貯備液10毫升,稀釋至500毫升容量瓶中。   ·操作步驟   主量二氧化硅的測定:精確稱取105-110℃乾燥過的試樣0.5-1克于鉑金坩堝中,加入4克無水碳酸鈉,混勻,上面再覆蓋1克,置於高溫滬中,于1000℃熔融15-20分鐘,取出坩堝,冷卻后移入瓷蒸發皿內。用少許鹽酸(1:1)洗凈坩堝蓋,蓋上表面皿,加開水20毫升,鹽酸(1:1)30毫升,硫酸(1:1)10滴。待試樣分解后,用熱水洗凈坩堝,將瓷蒸發皿移到沸水浴上,間歇攪拌,蒸發至干。用平頭玻璃棒小心壓碎結塊,再蒸至無鹽酸味,然後移入恆溫箱內,于110℃保溫1小時,使其脫水完全。取出冷卻后,加入10毫升鹽酸(比重1.19),在沸水浴上放置10分鐘,用中速定量濾紙過濾于500毫升容量瓶中,用1:19熱鹽酸洗滌沉澱,並用帶有橡皮頭的玻璃棒擦凈蒸發皿,沖洗5次,使轉移完全。再用熱水洗沉于無氯離子,大約6-8次即可。將沉澱移入鉑坩堝內,加蓋蓋好並留一條縫隙,先低溫灰化,然後入入高溫爐內,1100℃灼燒半小時,稱至恆重(兩次稱重差≤0.0004g),加入少許水潤濕已恆重的沉澱,加入5滴硫酸(1:1),10毫升氫氟酸(40%),先小火,然後逐漸升溫至開始冒煙,取下冷卻,再加入2-3滴硫酸(1:1),10毫升氫氟酸,蒸發至白煙逸盡。移入1100℃高溫爐中灼燒30分鐘,冷卻稱得。如殘渣超出10毫克,則分析無效,重新稱樣測定。用1克焦硫酸鉀熔融殘渣,加入幾滴稀鹽酸浸取,加熱溶解后,洗入三液中,用水稀釋至容量瓶刻度以備測定殘餘二氧化硅和其他成分。   ·計算   主量二氧化硅按下式計算:式中SiO2(m1)一一脫水法測得的主量二氧化硅;M1一一沉澱與坩堝重量,克;M2一一殘渣與坩堝重量,克;G一一稱取的試樣重量,克。濾液中殘餘硅的測定(鉬藍比色法):準確吸取備用試液分離二氧化硅后的濾液)10毫升于塑料杯中,同時吸取一份空白濾液同樣操作。加入氟化鈉(2%)5毫升,混勻,放置10分鐘,加入硼酸溶液(2%)5毫升,搖勻,加對硝基苯酚指示劑一滴,用氫氧化鈉逐滴中和至黃色,然後用鹽酸(2N)中和至黃色消失,再過量5毫升,加鉬酸銨(8%)4毫升,乙醇8毫升,搖勻,于20-40℃放置15分鐘,然後加入20毫升鹽酸(1:1),酒石酸(10%)5毫升,立即加入抗壞血酸5毫升。移入100毫升容量瓶中,稀釋至刻度,搖勻。從加還原劑開始計算,1小時后,以蒸餾水為參比,在72型分光光度計上,于波長650納米,2厘米比色槽測定消光值。減去空白,然後在標準曲線上查出相應量,計算出試樣及殘餘硅的百分含量。   標準曲線的繪製:用滴定管分取標準硅溶液(每毫升含二氧化硅0.01毫克)3、5、7、9、11、13毫升于塑料杯中,然後按上述操作方法操作。以消光值與相應濃度含量繪製標準曲線。   殘餘二氧化硅含量的計算:式中SiO2(m2)一一濾液中殘餘SiO2的含量;A一一從標準曲線中查出SiO2量,克G一一稱取試樣重量,克二氧化硅總量計算:SiO2(總)%=SiO2(m1)%+SiO2(m2)%

應用

  二氧化硅是製造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維、電子工業的重要部件、光學儀器、工藝品和耐火材料的原料,是科學研究的重要材料。   當二氧化硅結晶完美時就是水晶;二氧化硅膠化脫水后就是瑪瑙;二氧化硅含水的膠體凝固后就成為蛋白石;二氧化硅晶粒小於幾微米時,就組成玉髓、燧石、次生石英岩。

二氧化硅

物理性質和化學性質均十分穩定的礦產資源,晶體屬三方晶系的氧化物礦物,即低溫石英(a-石英),是石英族礦物中分佈最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英(b-石英)。石英塊又名硅石,主要是生產石英砂(又稱硅砂)的原料,也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。

玻璃及玻璃刻字

  [1]平板玻璃、浮法玻璃、玻璃製品(玻璃罐、玻璃瓶等)、光學玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導電玻璃、玻璃布及防XX線特種玻璃等的主要原料。   特殊用途:玻璃刻字:先在玻璃瓶上塗一層石蠟,再用銳器刻上字,再用氫氟酸在刻字的蠟上塗抹一遍,.稍等片刻字跡即可顯現出來。原理:氫氟酸腐蝕二氧化硅。

陶瓷及耐火材料

  瓷器的胚料和釉料,窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料。

冶金

  硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑。

建築

  混凝土、膠凝材料、築路材料、人造大理石水泥物理性能檢驗材料(即水泥標準砂)等。

化工

  硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,無定形二氧化硅可作為吸附劑來使用。

機械

  鑄造型砂的主要原料,研磨材料(噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等)。.

電子

  高純度金屬硅、通訊用光纖等。   在微電子工藝中, SiO 2 薄膜因其優越的電絕緣性和工藝的可行性而被廣泛採用。在半導體器件中, 利用SiO 2 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(MN SO ) 存儲器件中的電荷存儲層, 集成電路中CMOS 器件和SiGeMOS 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。鑒於此, 現在很多研究者都對低介電常數介質膜的種類、製備方法和性能進行了深入研究。對新型低介電常數介質材料的要求是: 在電性能方面具有低損耗和低耗電; 在機械性能方面具有高附著力和高XX; 在化學性能方面要求耐腐蝕和低吸水性; 在熱性能方面有高穩定性和低收縮性。目前普遍採用的製備介質層的SiO 2, 其介電常數約為4. 0, 並具有良好的機械性能。如用於硅大功率雙極晶體管管芯平面和檯面鈍化, 提高或保持了管芯的擊穿電壓, 並提高了晶體管的穩定性。這種技術, 完全達到了保護鈍化器件的目的, 使得器件的性能穩定、可靠, 減少了外界對晶元沾污、干擾, 提高了器件的可靠性能。   20 世紀80 年代末期, Si 基SiO2 光波導無源和有源器件的研究取得了長足的發展, 使這類器件不僅具有優良的傳導特性, 還將具備光放大、發光和電光調製等基本功能, 在光學集成和光電集成器件方面很有應用前景, 可作為波導膜、減反膜和增透膜。隨著光通信及集成光學研究的飛速發展, 玻璃薄膜光波導被廣泛應用於光無源器件及集成光路中。製備性能良好的用作光波導的薄膜顯得至關重要。集成光路中光波導的一般要求: 單模傳輸、低傳輸損耗、同光纖耦合效率高等。波導損耗來源主要分為材料吸收、基片損耗、散XX損耗三部分。通過選用表面粗糙度高、平整的光學用玻璃片或預先濺XX足夠厚的SiO2 薄膜的普通玻璃基片, 使波導模瞬間場分佈遠離粗糙表面,以減少基底損耗。激光器用減反膜的研究也取得了很大的進展。中國工程物理研究院與化學所用溶膠凝膠法成功地研製出紫外激光SiO2 減反膜。結果表明, 浸入塗膜法製備的多孔SiO2 薄膜比早期的真空蒸發和旋轉塗膜法製備的SiO2 薄膜有更好的減反XX效果。在波長350nm 處的透過率達到98%以上, 紫外區的最高透過率達到99%以上。該SiO2 薄膜有望用於慣性約束聚變( ICF) 和X 光激光研究的透光元件的減反XX膜。目前在溶膠凝膠工藝製備保護膜、增透膜方面也取得了一些進展。此法製備的SiO2 光學薄膜在慣性約束聚變的激光裝置中已成為一種重要的手段,廣泛地應用於增透光學元件上, 如空間濾波器、窗口、靶室窗口或打靶透鏡。在諧波轉換元件KDP晶體上用溶膠工藝鍍制保護、增透膜,能改善KDP 晶體的工作條件,提高諧波光束的質量與可聚焦功率。

橡膠、塑料

  在橡膠中添加二氧化硅,可提高橡膠的耐磨度。   可降低輪胎滾動阻力的同時可改善輪胎的耐磨性和抗濕滑性。   使用二氧化硅的膠料拉伸強度、撕裂強度、耐磨性等均有提高。

塗料

  填料(可提高塗料的耐候性)、可用來生產消光劑,亦可以作為塗料增稠劑

食品藥品

  在食品工業中主要用於防止粉狀食品聚集結塊,以保持自由流動的一類食品添加劑或用於吸附液態的香料油脂、維生素等,使之成為粉末狀,如粉末油脂、固體香料和固體酒之類製品。(例:奶粉)   在藥品生產中可作為助流劑、催化劑載體等。

危害

  二氧化硅在日常生活、生產和科研等方面有著重要的用途,但有時也會對人體造成危害。

二氧化硅粉末

二氧化硅的粉塵極細,比表面積達到100㎡/g以上可以懸浮在空氣中,如果人長期吸入含有二氧化硅的粉塵,就會患硅肺病(因硅舊稱為矽,硅肺舊稱為矽肺)。   硅肺是一種職業病,它的發生及嚴重程度,取決於空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量,以及與人的接觸時間等。長期在二氧化硅粉塵含量較高的地方,如採礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場所工作的人易患此病。   因此,在這些粉塵較多的工作場所,應採取嚴格的勞動保護措施,採用多種技術和設備控制工作場所的粉塵含量,以保證工作人員的身體健康

二氧化硅(SiO2)薄膜的製備

  針對不同的用途和要求,很多SiO2薄膜的製備方法得到了發展與應用,主要有化學氣相淀積(CVD),物理氣相淀積,熱氧化法,溶膠凝膠法和液相沉積法等。

等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)

  這種技術利用輝光放電,在高頻電場下使稀薄氣體電離產生等離子體,這些離子在電場中被加速而獲得能量,可在較低溫度下實現SiO2薄膜的沉積。這種方法的特點是沉積溫度可以降低,一般可從LPCVD中的700℃下降至200℃,且生長速率快,可準確控制沉積速率(約1nm/s),生成的薄膜結構緻密;缺點是真空度低,從而使薄膜中的雜質含量(Cl、O)較高,薄膜XX低,沉積速率過快而導致薄膜內柱狀晶嚴重,並存在空洞等。   目前已發展了雙源等離子體CVD、電子迴旋共振等離子體增強化學氣相沉積(ECR2PECVD)、微波等離子體增強化學氣相沉積(MPECVD)[10]等技術。採用開放式2.45GHzECR2PECVD裝置,產生低能量、低氣壓、高密度的等離子體,並將一個可獨立調節和控制的13.56MHz的XX頻偏壓加在待沉積的單面拋光Si(100)基片上,用SiH4、O2和Ar氣體作為反應氣體來製備SiO2薄膜。結果表明,通過改變XX頻偏壓來控制離子轟擊能量,使ECR2PECVD成膜的內應力、濺XX現象、微觀結構和化學計量均受到很大程度的影響。

磁控濺XX沉積

  SiO2靶的XX頻濺XX法是製備SiO2薄膜的主要方法之一。這種方法在低溫下製備的SiO2薄膜,具有多孔結構,緻密度低,因而抗侵蝕能力差;而在較高溫度下製備的薄膜,具有較高的緻密度和較好的性能。所以,在通常情況下,襯底溫度選擇為300~600℃。其缺點是導致器件易受到熱傷害,使一些性能指標降低。隨後發展起來的磁控XX頻濺XX技術,能達到快速和低溫的要求,不僅彌補了XX頻濺XX的缺點,大大減小了電子對襯底表面直接轟擊造成的損傷,且能在較低的功率和氣壓下工作。絕緣體和導體均可濺XX,工藝簡單,襯底溫度低,薄膜厚度的可控性、重複性及均勻性與其他薄膜製備方法相比有明顯的改善和提高,因而得到了廣泛使用。許生等使用140mm×600mm的硅靶,頻率為40kHz的中頻電源,以Ar為濺XX氣體,O2為反應氣體,成功地製備了SiO2薄膜,並對製備的SiO2薄膜的化學配比和元素化學態進行了掃描俄歇譜(SAM)和XXX線光電子能譜(XPS)分析,測試了膜層對鈉離子(Na+)的阻擋性能、光學折XX率和可見光透過率。

熱氧化法

  熱氧化工藝是在高溫下(900~ 1 200 ℃) 使矽片表面氧化形成SiO2 膜的方法, 包括干氧氧化、濕氧氧化以及水汽氧化。採用干氧氣氛下的高溫氧化, 生長厚度為10 nm 左右的SiO 2 所需的氧化時間很短, 常規電阻絲加熱氧化爐無法控制如此短的氧化時間。而採用高溫下的低壓氧化方法, 氧化時間將增加, 常規氧化爐可以控制較長的氧化時間, 但是較長時間的高溫工藝過程會引起摻入雜質的再分佈, 這是超大規模集成電路製作工藝中所不希望的。   為了解決以上問題, 出現了一種製備超薄SiO 2 薄膜的新方法——快速熱工藝氧化法, 或稱快速熱氧化法 。這種方法採用快速熱工藝系統, 精確地控制高溫短時間的氧化過程, 獲得了性能優良的超薄SiO2 薄膜。譬如硅烷低溫氧化沉積SiO 2 薄膜, 溫度在400 ℃左右, 在含氧的氣氛中硅烷(SiH4) 在襯底表面上熱分解, 並與氧氣反應生成SiO 2, 其化學反應式為: SiH4+ 2O 2SiO 2↓+ 2H2O ↑(或H2↑)。為了防止硅烷自燃, 通常使用氮氣或氬氣稀釋硅烷。在這些條件下生長的薄膜, 具有較高的絕緣強度和相當快的生長速度。這種方法的特點是設備簡單, 溫度低, 不生成氣態有機原子團, 生長速率快, 膜厚容易控制; 缺點是大面積均勻性差, 結構較疏鬆, 腐蝕速度較快, 且氣體管道中易出現硅烷氧化, 形成白粉, 因而沉積SiO 2 粉塵的污染在所難免。