常用硅烷偶聯(lián)劑在電子工藝中的應用

硅烷已成為半導體微電子工藝中使用的的特種氣體, 用于各種微電子薄膜制備, 包括單晶膜、微晶、多晶、氧化硅、氮化硅、金屬硅化物等。

硅烷的微電子應用還在向縱深發(fā)展: 低溫外延、選擇外延、異質外延。不僅用于硅器件和硅集成電路，也用于化合物半導體器件(碳化硅等)。在超晶格量子阱材料制備中也有應用。用硅烷氣相沉積技術制造各種含硅薄膜在高技術中的應用還在與日俱增?？梢哉f現(xiàn)代幾乎所有先進的集成電路的生產(chǎn)線都需用到硅烷。硅烷的純度對器件性能和成品率關系極大，更高的器件需要更高純度的硅烷(包括乙硅烷、丙硅烷)。

常用硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應用

硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應用

硅烷簡介：有機硅烷又稱硅烷偶聯(lián)劑(silane coupling agents，簡稱SCA)，用硅烷偶聯(lián)劑進行金屬預處理是近年來新興的表面處理工藝，常用硅烷偶聯(lián)劑由于其安全性、無污染、適用廣泛、成本低、對有機涂層有優(yōu)異的粘接性能等優(yōu)點而引起國內外學者們的關注，有機硅烷處理工藝有望取代傳統(tǒng)的磷化、鉻酸鹽鈍化等對環(huán)境容易造成污染的處理工藝。由于這個原因，應該對硅烷進行選擇，保證選擇的硅烷能提供礦物填料和高分子材料最適宜的化學粘結性能。

硅烷的歷史：早在上世紀40年代，Johns Hopkins大學的Ralph K Witt等人在一份寫給軍械局的“秘密”報告中指出，用烯丙基三乙氧基硅烷處理玻璃纖維而制成的不飽和聚酷復合材料的強度為采用硅烷處理玻璃纖維時的兩倍，從而開創(chuàng)了硅烷偶聯(lián)劑實際應用的歷史，并極大地刺激了硅烷偶聯(lián)劑的研究與發(fā)展。國內用于金屬表面處理的主要方法是磷化法，由于磷化法高能耗、高污染、高成本，逐步被硅烷表面處理技術取代，硅烷處理技術正在不斷地被研發(fā)、成熟完善和應用。

硅烷的應用：硅烷偶聯(lián)劑作為連接兩種不同性質材料的“分子橋”已經(jīng)在復合材料、涂料、膠粘劑等行業(yè)中得到了廣泛的應用。隨著常用硅烷偶聯(lián)劑它在玻璃纖維增強材料中的應用，合成的種類日益繁多，應用范圍也日益擴大。由于硅烷偶聯(lián)劑水解后，其常用硅烷偶聯(lián)劑自身也產(chǎn)生縮合反應，要影響到計算用量的準確性，所以要增加一定的加入量?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑基本上適用于所有無機材料和有機材料的連接表面，已經(jīng)被廣泛應用在汽車、航空、電子和建筑等行業(yè)中。

常用硅烷偶聯(lián)劑作用過程

偶聯(lián)劑作用過程

B?Arkles根據(jù)偶聯(lián)劑的偶聯(lián)過程提出了4步反應模型，即：

①與硅原子相連的SiX基水解，生成SiOH；

②Si-OH之間脫水縮合，生成含Si-OH的低聚硅氧烷；

③低聚硅氧烷中的SiOH與基材表面的OH形成氫鍵；

④加熱固化過程中，常用硅烷偶聯(lián)劑伴隨脫水反應而與基材形成共價鍵連接。

一般認為，界面上硅烷偶聯(lián)劑水解生成的3個硅羥基中只有1個與基材表面鍵合；剩下的2個Si-OH，或與其他硅烷中的Si-OH縮合，或呈游離狀態(tài)。因此，通過硅烷偶聯(lián)劑可使2種性能差異很大的材料界面偶聯(lián)起來，從而常用硅烷偶聯(lián)劑提高復合材料的性能和增加黏結強度，并獲得性能優(yōu)異、可靠的新型復合材料。硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于橡膠、塑料、膠黏劑、密封劑、涂料、玻璃、陶瓷、金屬防腐等領域。這一加熱反應過程是常用硅烷偶聯(lián)劑脫水、縮合與固化，以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結合?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑已成為材料工業(yè)中必不可少的助劑之一。