| 词条 | 二氧化硅 |
| 释义 | SiO2又称硅石。在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。密度2.2 ～2.66.熔点1670℃（鳞石英）；1710℃（方石英）。沸点2230℃，相对介电常数为3.9。不溶于水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、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 ,石英砂 英文别名：Silicon dioxide SiO₂ ,Silicon(IV)oxide ,Silicic anhydride ,Quartz sand CAS号：14808-60-7 储存密封保存。 用途硅标准液。水玻璃，硅的化合物的制备材料。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 重金属(以Pb计)，% ≤0.005 钙(Ca)，% ≤0.005 铁(Fe)，% ≤0.005 氯化物(Cl)，% ≤0.005 硫酸盐(SO4)，% ≤0.005 氢氟酸中不挥发物，% ≤1.0 干燥失量，% ≤3.0 性质物理性质二氧化硅又称硅石，化学式SiO₂。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅因晶体结构不同，分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体，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，有紫水晶、茶晶、墨晶等。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，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧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，熔点、沸点较高（熔点1723℃，沸点2230℃）。折射率大约为1.6. 各种二氧化硅产品的折射率为：石英砂为1.547；粉石英为1.544；脉石英为1.542；硅藻土为1.42~1.48；气相白炭黑为1.46；沉淀白炭黑为1.46。 自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遗体，为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强。 化学性质化学性质比较稳定。不溶于水也不跟水反应。是酸性氧化物，不跟一般酸反应。气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维，陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（热浓磷酸除外）。常见的浓磷酸（或者说焦磷酸）在高温下即可腐蚀二氧化硅，生成杂多酸，高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂，除此之外氟化氢也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： SiO₂ + 4HF = SiF4↑ + 2H₂O 酸氧通性： 二氧化硅与碱性氧化物 SiO₂ + CaO =（高温） CaSiO3 二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液： SiO₂ + 2NaOH = Na2SiO3+ H₂O （盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因） 在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原： SiO₂+2C=（高温）Si+2CO↑ 若c过量，则发生反应： Si+C=高温=SiC（金刚砂） 硅酸酸酐：二氧化硅（SiO2）。 二氧化硅不与水反应，即与水接触不生成硅酸，但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐。 存在形态结构在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内，二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。 尽管熔融石英不是长范围有序，但它却表现出短的有序结构，它的结构可认为是4个氧原子位于四面体的顶点上。多面体中心是一个硅原子。这样，每4个氧原子近似共价键合到硅原子，满足了硅的化合价外壳。如果每个氧原子是两个多面体的一部分，则氧的化合价也被满足，结果就成了称为石英的规则的晶体结构。在熔融石英中，某些氧原子，成为氧桥位，与两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥，只和一个硅原子键合。可以认为热生长二氧化硅主要是由人以方向的多面体网络组成的。与无氧桥位相比，有氧桥的部分越大，氧化层的粘合力就越大，而且受损伤的倾向也越小。干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大于湿氧氧化层。因此，可以认为，SiO₂与其说是原子晶体，却更近似于离子晶体。氧原子与硅原子之间的价键向离子键过渡。 形态根据形态可分为硅石、沉淀法二氧化硅、气相法二氧化硅、硅胶、无定形二氧化硅。 矿物介绍二氧化硅矿物是指化学式相同（SiO₂），但结构有差异的矿物，这些矿物统称为类质异像体，主要包括石英、方石英和鳞石英。这些矿物在地球上主要存于花岗岩、砂岩和黑硅岩中，而月球上几乎缺乏，主要原因是：化学成分演化上，月球形成一个低硅、高铝的月壳，高硅的花岗质岩石极为稀少；月球在演化上缺乏像地球一样有一个可以结晶出二氧化硅矿物的水系和热水体系。尽管二氧化硅矿物在月球岩石上极为稀少，但对月球岩石的分类和成因的研究具有重要的作用。 月球上的石英矿物最早是在几块类花岗岩碎处中发现的，在霏细岩中同时也充填了不少方石英矿物，从其微细结构和成分的分析表明，这些石英实际上是由方石英变化过来的。后来在粗晶状的月球花岗岩碎块中也发现有石英矿物，根据其同位素的分析结果，这些矿物是41亿年左右，在较深的环境下结晶形成的，说明这些石英不是在岩浆岩形成期间结晶形成的。 月海武岩中的二氧化硅矿物绝大多数是方石英，体积百分数最多可达5%，几乎没有石英矿物，只有在细晶状月海玄武岩中才存在少量的石英矿物，这些方石英具有典型的双晶结构表明：在熔浆冷却过程中，从高温到低温条件下形成的方石英都有。另外，在一些粗晶状的月海玄武岩中也同时存在方石英和鳞石英，但从结构特征看，方石英是由鳞石英转变的，因为鳞石英一般是镶嵌在于不规则的颗粒之间。 药物分析方法名称： 三硅酸镁—二氧化硅的测定—重量法 应用范围： 本方法采用重量法测定三硅酸镁中二氧化硅的含量。 本方法适用于三硅酸镁。 方法原理： 供试品加硫酸与硝酸作用完全后加稀硫酸与水，将残渣置铂坩埚中炽灼灰化，残渣用水湿润，加氢氟酸与硫酸，蒸干，炽灼后放冷，减失的重量即二氧化硅的重量。 试剂： 1. 硫酸 2. 稀硫酸 3. 硝酸 4. 氢氟酸 仪器设备： 1. 瓷皿 2. 铂坩埚 试样制备： 1.稀硫酸 取硫酸57mL，加水稀释至1000mL。 操作步骤： 取供试品约0.4g，精密称定，置瓷皿中，加硫酸3mL与硝酸5mL的混合液，待作用完全，置砂浴上蒸干，放冷，加稀硫酸10mL与水100mL，煮沸使镁盐溶解，上层液用倾泻法经无灰滤纸滤过，残渣用倾泻法以热水洗涤3次，洗液一并滤过，最后将残渣移置滤纸上，用热水洗涤，将残渣连同滤纸置铂坩埚中，干燥，炽灼灰化后，再炽灼30分钟，放冷，精密称定。再将残渣用水湿润，加氢氟酸3mL与硫酸3滴，蒸干，炽灼5分钟，放冷，精密称定，减失的重量即得供试量中含二氧化硅（SiO₂）的重量。 参考文献： 中华人民共和国药典，国家药典委员会编，化学工业出版社，2005年版，二部，p.23。 测定介绍动物胶凝聚重量法·试剂 无水碳酸钠（固体） 盐酸（比重1.19）1%动物胶水溶液取1克动物胶溶于100毫升热水中（随配随用）。热盐酸洗液（5：95%） ·操作步骤 精确称取研细并在105-110℃干燥过的试样0.5-1克于铂坩埚中，称取无水碳酸钠约6-8倍试样重，将2/3加坩埚和试样搅拌均匀，留下的无水碳酸钠铺于混合物表面，盖上坩埚盖，开始用小火烘烧10-25分钟，然后用大火灼烧30分钟。待其冷却后，用热水将熔融物洗入500毫升烧杯内，铂坩埚用1：1稀盐酸洗净，洗液并入烧杯，盖好表面皿，徐徐加入比重1.19的浓盐酸15-20毫升，将烧杯置于水浴上蒸发至湿盐状，再加入10毫升浓盐酸，放置过夜（如工作急需，在加入盐酸后可加热近沸，稍冷，按下述手续进行）。将烧杯置于60-70℃水浴中，当杯中液体到达水浴的温度时，加入新鲜配制的1%动物胶溶液10毫升，同时用玻璃棒剧烈搅拌4-5分钟，再在水浴中保温10分钟。然后将烧杯取出，待其冷却后用中速无灰滤纸过滤于250毫升容量瓶中，用5：95热盐酸洗涤烧杯4-5次，并将二氧化硅沉淀及氯化钠等盐的晶体尽可能全部移入滤纸内。然后用带有橡皮头的玻璃棒擦净烧杯，将橡皮头上所沾的沉淀用5：95热盐酸洗入滤纸上，沉淀继续用5：95的热盐酸溶液洗至接近无铁离子（沉淀呈白色或洗液无黄色），最后用热水洗涤3-4次。 将滤液和洗液混匀，冷却至室温，用水稀释至刻度摇匀，以备测定Al₂O3、Fe₂O3、TiO₂、MnO₂、CaO、MgO等将滤纸连同沉淀置于已在900-1000℃灼烧至恒重的铂坩埚中，先在酒精灯上用小火将滤纸灰化至沉淀物为白色，然后在煤气喷灯或酒精喷灯上灼烧30分钟左右（或放入高温电炉中，逐渐升温至900-950℃保温30分钟）。取出稍冷后，移入干燥器内，冷却至室温后称重，再灼烧至恒重。 重量法与比色法联用·试剂 盐酸（比重1.19），硫酸（比重1.84），硝酸（比重1.42），氢氟酸（40%）10%氢氧化钠溶液取氢氧化钠10克溶于水中，冷却后稀释至100毫升，混匀，移入塑料瓶中贮存。 硼酸10%酒石酸溶液将10克酒石酸溶于水中，稀释至100毫升，混匀，移入塑料瓶中贮存。对硝基苯酚指示剂取对硝基苯酚0.5克溶于100毫升乙醇中。8%钼酸铵溶液称取8克钼酸铵溶于100毫升水中，贮于塑料瓶中，过滤使用，如出现沉淀则不可使用。5%抗坏血酸溶液取5克抗坏血酸溶于100毫升水中，贮存于塑料瓶中，一周后更换新鲜溶液。95%乙醇甲醇2%氟化钾溶液取氟化钾2克溶于水中稀释至100毫升（贮于塑料瓶中）。2%硼酸溶液取硼酸2克溶于水中稀释至100毫升。 二氧化硅贮备液（1毫升含0.5毫克二氧化硅）准确称取在1000℃灼烧两小时的二氧化硅(99.99%)0.5克于铂坩埚中，加入无水碳酸钠5克拌匀，在1000℃中熔融5分钟，取出冷却。在500毫升烧杯中，用沸水浸出，冷却。移入1000毫升容量瓶中稀释在至刻度，摇匀。二氧化硅标准液（1毫升含0.01毫克二氧化硅）取上述贮备液10毫升，稀释至500毫升容量瓶中。 ·操作步骤 主量二氧化硅的测定：精确称取105-110℃干燥过的试样0.5-1克于铂金坩埚中，加入4克无水碳酸钠，混匀，上面再覆盖1克，置于高温沪中，于1000℃熔融15-20分钟，取出坩埚，冷却后移入瓷蒸发皿内。用少许盐酸（1：1）洗净坩埚盖，盖上表面皿，加开水20毫升，盐酸（1：1）30毫升，硫酸(1:1)10滴。待试样分解后，用热水洗净坩埚，将瓷蒸发皿移到沸水浴上，间歇搅拌，蒸发至干。用平头玻璃棒小心压碎结块，再蒸至无盐酸味，然后移入恒温箱内，于110℃保温1小时，使其脱水完全。取出冷却后，加入10毫升盐酸（比重1.19），在沸水浴上放置10分钟，用中速定量滤纸过滤于500毫升容量瓶中，用1：19热盐酸洗涤沉淀，并用带有橡皮头的玻璃棒擦净蒸发皿，冲洗5次，使转移完全。再用热水洗沉于无氯离子，大约6-8次即可。将沉淀移入铂坩埚内，加盖盖好并留一条缝隙，先低温灰化，然后入入高温炉内，1100℃灼烧半小时，称至恒重（两次称重差≤0.0004g），加入少许水润湿已恒重的沉淀，加入5滴硫酸（1：1），10毫升氢氟酸（40%），先小火，然后逐渐升温至开始冒烟，取下冷却，再加入2-3滴硫酸(1:1),10毫升氢氟酸，蒸发至白烟逸尽。移入1100℃高温炉中灼烧30分钟，冷却称得。如残渣超出10毫克，则分析无效，重新称样测定。用1克焦硫酸钾熔融残渣，加入几滴稀盐酸浸取，加热溶解后，洗入三液中，用水稀释至容量瓶刻度以备测定残余二氧化硅和其他成分。 ·计算 主量二氧化硅按下式计算：式中SiO2(m1)一一脱水法测得的主量二氧化硅；M1一一沉淀与坩埚重量，克；M2一一残渣与坩埚重量，克；G一一称取的试样重量，克。滤液中残余硅的测定（钼蓝比色法）：准确吸取备用试液（分离二氧化硅后的滤液）10毫升于塑料杯中，同时吸取一份空白滤液同样操作。加入氟化钠（2%）5毫升，混匀，放置10分钟，加入硼酸溶液（2%）5毫升，摇匀，加对硝基苯酚指示剂一滴，用氢氧化钠逐滴中和至黄色，然后用盐酸(2N)中和至黄色消失，再过量5毫升，加钼酸铵（8%）4毫升，乙醇8毫升，摇匀，于20-40℃放置15分钟，然后加入20毫升盐酸（1：1），酒石酸（10%）5毫升，立即加入抗坏血酸5毫升。移入100毫升容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。从加还原剂开始计算，1小时后，以蒸馏水为参比，在72型分光光度计上，于波长650纳米，2厘米比色槽测定消光值。减去空白，然后在标准曲线上查出相应量，计算出试样及残余硅的百分含量。 标准曲线的绘制：用滴定管分取标准硅溶液（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，然后按上述操作方法操作。以消光值与相应浓度含量绘制标准曲线。 残余二氧化硅含量的计算：式中SiO2（m2）一一滤液中残余SiO2的含量；A一一从标准曲线中查出SiO2量，克G一一称取试样重量，克二氧化硅总量计算：SiO2（总）%=SiO2（m1）%+SiO2（m2）% 应用二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，是科学研究的重要材料。 当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。石英块又名硅石，主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料，也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。 玻璃及玻璃刻字平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料。 特殊用途：玻璃刻字：先在玻璃瓶上涂一层石蜡,再用锐器刻上字,再用氢氟酸在刻字的蜡上涂抹一遍，.稍等片刻字迹即可显现出来。原理：氢氟酸腐蚀二氧化硅。 陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料，窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料。 冶金硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂。 建筑混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料（即水泥标准砂）等。 化工硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，无定形二氧化硅可作为吸附剂来使用。 机械铸造型砂的主要原料，研磨材料（喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等）。. 电子高纯度金属硅、通讯用光纤等。 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CMOS 器件和SiGeMOS 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种类、制备方法和性能进行了深入研究。对新型低介电常数介质材料的要求是: 在电性能方面具有低损耗和低耗电; 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, 使得器件的性能稳定、可靠, 减少了外界对芯片沾污、干扰, 提高了器件的可靠性能。 20 世纪80 年代末期, Si 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。随着光通信及集成光学研究的飞速发展, 玻璃薄膜光波导被广泛应用于光无源器件及集成光路中。制备性能良好的用作光波导的薄膜显得至关重要。集成光路中光波导的一般要求: 单模传输、低传输损耗、同光纤耦合效率高等。波导损耗来源主要分为材料吸收、基片损耗、散射损耗三部分。通过选用表面粗糙度高、平整的光学用玻璃片或预先溅射足够厚的SiO2 薄膜的普通玻璃基片, 使波导模瞬间场分布远离粗糙表面,以减少基底损耗。激光器用减反膜的研究也取得了很大的进展。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SiO2 减反膜。结果表明, 浸入涂膜法制备的多孔SiO2 薄膜比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO2 薄膜有更好的减反射效果。在波长350nm 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SiO2 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备保护膜、增透膜方面也取得了一些进展。此法制备的SiO2 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、增透膜,能改善KDP 晶体的工作条件,提高谐波光束的质量与可聚焦功率。 橡胶、塑料在橡胶中添加二氧化硅，可提高橡胶的耐磨度。 可降低轮胎滚动阻力的同时可改善轮胎的耐磨性和抗湿滑性。 使用二氧化硅的胶料拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等均有提高。 涂料填料（可提高涂料的耐候性）、可用来生产消光剂，亦可以作为涂料增稠剂。 食品、药品在食品工业中主要用于防止粉状食品聚集结块，以保持自由流动的一类食品添加剂或用于吸附液态的香料、油脂、维生素等，使之成为粉末状，如粉末油脂、固体香料和固体酒之类制品。（例：奶粉） 在药品生产中可作为助流剂、催化剂载体等。 危害二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害。二氧化硅的粉尘极细，比表面积达到100㎡/g以上可以悬浮在空气中，如果人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（因硅旧称为矽，硅肺旧称为矽肺）。 硅肺是一种职业病，它的发生及严重程度，取决于空气中粉尘的含量和粉尘中二氧化硅的含量，以及与人的接触时间等。长期在二氧化硅粉尘含量较高的地方，如采矿、翻砂、喷砂、制陶瓷、制耐火材料等场所工作的人易患此病。 因此，在这些粉尘较多的工作场所，应采取严格的劳动保护措施，采用多种技术和设备控制工作场所的粉尘含量，以保证工作人员的身体健康。 二氧化硅（SiO2）薄膜的制备针对不同的用途和要求,很多SiO2薄膜的制备方法得到了发展与应用,主要有化学气相淀积（CVD），物理气相淀积，热氧化法，溶胶凝胶法和液相沉积法等。 等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)这种技术利用辉光放电,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,可准确控制沉积速率(约1nm/s),生成的薄膜结构致密;缺点是真空度低,从而使薄膜中的杂质含量(Cl、O)较高,薄膜硬度低,沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重,并存在空洞等。 目前已发展了双源等离子体CVD、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR2PECVD)、微波等离子体增强化学气相沉积(MPECVD)[10]等技术。采用开放式2.45GHzECR2PECVD装置,产生低能量、低气压、高密度的等离子体,并将一个可独立调节和控制的13.56MHz的射频偏压加在待沉积的单面抛光Si(100)基片上,用SiH4、O2和Ar气体作为反应气体来制备SiO2薄膜。结果表明,通过改变射频偏压来控制离子轰击能量,使ECR2PECVD成膜的内应力、溅射现象、微观结构和化学计量均受到很大程度的影响。 磁控溅射沉积SiO2靶的射频溅射法是制备SiO2薄膜的主要方法之一。这种方法在低温下制备的SiO2薄膜,具有多孔结构,致密度低,因而抗侵蚀能力差;而在较高温度下制备的薄膜,具有较高的致密度和较好的性能。所以,在通常情况下,衬底温度选择为300～600℃。其缺点是导致器件易受到热伤害,使一些性能指标降低。随后发展起来的磁控射频溅射技术,能达到快速和低温的要求,不仅弥补了射频溅射的缺点,大大减小了电子对衬底表面直接轰击造成的损伤,且能在较低的功率和气压下工作。绝缘体和导体均可溅射,工艺简单,衬底温度低,薄膜厚度的可控性、重复性及均匀性与其他薄膜制备方法相比有明显的改善和提高,因而得到了广泛使用。许生等使用140mm×600mm的硅靶,频率为40kHz的中频电源,以Ar为溅射气体,O2为反应气体,成功地制备了SiO2薄膜,并对制备的SiO2薄膜的化学配比和元素化学态进行了扫描俄歇谱(SAM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,测试了膜层对钠离子(Na+)的阻挡性能、光学折射率和可见光透过率。 热氧化法热氧化工艺是在高温下(900～ 1 200 ℃) 使硅片表面氧化形成SiO2 膜的方法, 包括干氧氧化、湿氧氧化以及水汽氧化。采用干氧气氛下的高温氧化, 生长厚度为10 nm 左右的SiO 2 所需的氧化时间很短, 常规电阻丝加热氧化炉无法控制如此短的氧化时间。而采用高温下的低压氧化方法, 氧化时间将增加, 常规氧化炉可以控制较长的氧化时间, 但是较长时间的高温工艺过程会引起掺入杂质的再分布, 这是超大规模集成电路制作工艺中所不希望的。 为了解决以上问题, 出现了一种制备超薄SiO 2 薄膜的新方法——快速热工艺氧化法, 或称快速热氧化法 。这种方法采用快速热工艺系统, 精确地控制高温短时间的氧化过程, 获得了性能优良的超薄SiO2 薄膜。譬如硅烷低温氧化沉积SiO 2 薄膜, 温度在400 ℃左右, 在含氧的气氛中硅烷(SiH4) 在衬底表面上热分解, 并与氧气反应生成SiO 2, 其化学反应式为: SiH4+ 2O 2SiO 2↓+ 2H2O ↑(或H2↑)。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。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SiO 2 粉尘的污染在所难免。 |
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