材料科学与工程教程23.ppt

* 二、非晶态 SiO2 薄膜 1、结构 2、外来杂质 3、SiO2 驻极体薄膜的化学表面修正 4、SiO2薄膜驻极体材料的形成方法 （1）热氧化法 第七节 无机贮电材料 （2）溶胶 — 凝胶法（Sol-gel） 近年发展的能部分代替高温固相反应制备陶瓷、玻璃和许多固体材料的新方法 制作工序： 有机、无机化合物混合液 混合液中的化合物水解、聚合 溶有氧化物微粒的溶胶液 进一步反应 — 凝胶化 加热凝胶 非晶或多晶薄膜材料 正硅酸乙酯 Si(C2H5)4 醇类 水解 超纯的 SiO2 凝胶 例： 浸渍涂层法 或旋涂法 SiO2凝胶沉积于基片上 热处理 纯化致密 微米或亚微米SiO2薄膜 缺点：薄膜致密性、储电能力劣于热氧化的SiO2膜 工艺特点：价廉、节能、节时，能有效控制膜厚和 氧化物的组分，微结构独立于基片等 （3）其它方法 等离子沉积法、化学气相沉积法 也是常用方法 热基板 基板是电极之一 优点：形成薄膜的组成和性能独立于基片 缺点：致密性差、电荷贮存能力较差 SiO2薄膜驻极体 — 新一代无机驻极体材料： 长寿命、可在（－100℃～250℃）宽温区工作，微型化、可集成，一种理想的升级换代微型传感器材料 三、Si3N4／SiO2双层膜 1、Si3N4性能 优良的驻极体材料、疏水性极佳 Si3N4 晶体：六方晶系 密度： 相对介电常数： 熔点： SiO2的两倍 可动电荷比SiO2低100倍：在SiO2易迁移的钠、钾离子， 在Si3N4中难迁移 化学惰性好、结构致密、在集成电路中常用钝化和扩散阻挡层 2、 Si3N4薄膜的形成方法 最成熟的制备方法：化学气相沉积（ CVD ）法 如、硅烷或三氯硅烷在 NH3中 热分解： 或 3、Si3N4／SiO2双层膜 Si3N4单层膜：很好的疏水性、 单层膜中存在较大张应力、甚至会使得连同基板一起弯曲 SiO2单层膜中： 基板 膜中存在压应力 SiO2 膜 存在相反的应力 — 压应力 Si3N4 膜 基板 膜中存在张应力 优良的储电性能， 二者的组合：不仅获得储电性优良、疏水性好的双层膜， 而且两层膜中应力方向相反、相互抵消， 力学性能极大地改善 研究结果表明：二者的厚度比 实现很好地应力补偿 双层膜的制备工艺： 干氧→湿氧→干氧： CVD 法形成 Si3N4 四、白云母 分子式：KAl2[AlSi3O10][OH]2 晶形：大部分属单斜晶系 层状结构 各向异性显著、可制成高度柔软、有弹性的薄片 介电性能 介电损耗： 介电击穿强度： （突出） 体电阻率： 优良的高湿稳定性、化学惰性、耐气候性，广泛用作绝缘材料 作为贮极体材料：位于表面或近表面层的电荷 易受湿度影响、电荷欠稳定 主要组分SiO2的 亲水性、云母具有较大的吸水率 层内：强 Si — O 链，层间：钾离子相连接的弱键 利用特殊的清洗工艺，除去Al2O3表面上补偿的离子 五、Al2O3和其它无机驻极体材料 Al2O3薄膜：仅次于SiO2和Si3N4、优良驻极体材料 制备方法：高纯 Al 基片阳极氧化法、 Al基片上可形成致密的Al2O3基片 五氧化二钽 (Ta2O5)、SiC 等 第六章 功能高分子材料 第一节 概述 1、简况 30年代：离子交换树脂（去离子水）、感光树脂（照相技术） 功能高分子 60年代末: 出现了功能高分子材料 — 新型 高分子材料 40多年来成为一门独立的学科 2、定义 广义上：主要是指具有物质、能量和信息转换、传递 或储存作用的高分子及其复合材料 结构上：功能高分子的分子链中具有特定作用的功能基或基团 结构定义：分子链中具有特定作用的功能基或基团的一类高分子 功能高分子材料还包括在通用高分子中添加功能性原料、经适当加工而成的复合材料 添加 Ag 粉的导电塑料：高分子无功能作用、仅作为基体或载体 通用高分子 3、分类 P143-144，Table 5.12 功能高分子应用与分类： 按功能可分类为：化学、光、电、磁、热、声、机械和生物 八大类功能划分 分类的相对性：一种高分子可能具有多种功能、有多种归属 新材料领域中竞争性最强的领域之一，到上世纪末日本的功能高分子材料市场上已达2万亿日元、约占整个新材料市场的1/5 如、离子交换膜：本质上离子交换化学反应， 过程上物质的透过、迁移的动力学过程 作用上实现分离、浓缩、精制等目的 4、特点 重量轻、易加工、可大面积成膜、原料来源广 多用于特殊的场合、其品种多、产量小 属于知识和技术密集型产品、价格贵、能产生较高的附加值和较大的经济效益 5、展望 向着高性能、多功能和新功能的