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技術(shù)文章

默克生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)分享|有機(jī)和有機(jī)無機(jī)雜化聚合物的分子層沉積

更新時(shí)間:2024-02-20 瀏覽次數(shù):518

簡介

近十年來出現(xiàn)了原子層沉積(ALD)技術(shù)以滿足各種需求,包括半導(dǎo)體器件小型化、多孔結(jié)構(gòu)上的保形沉積和納米顆粒涂層。ALD是基于兩個(gè)連續(xù)的自限表面反應(yīng)。1,2 由于表面化學(xué)反應(yīng)是自限性的,因此ALD可以在高長寬比的結(jié)構(gòu)上沉積非常共形的超薄膜。3 每個(gè)反應(yīng)周期的ALD生長控制為~1 ?,而所得ALD膜是連續(xù)且無針孔的。

已經(jīng)開發(fā)出用于各種無機(jī)材料的ALD工藝。由于ALD反應(yīng)序列的二元性質(zhì),大多數(shù)ALD材料是二元化合物,例如Al2O3和TiN。例如,Al2O3 ALD通常是使用Al(CH3)3(TMA,貨號663301)和H2O作為兩種反應(yīng)物而進(jìn)行的。5,6 TiN ALD可使用TiCl4(貨號254312)和NH3(貨號294993)作為兩種反應(yīng)物而進(jìn)行。7 最常見的ALD材料是金屬氧化物和金屬氮化物。一些綜述文章詳細(xì)介紹了使用ALD技術(shù)沉積的許多無機(jī)材料。8,9

分子層沉積(MLD)與ALD密切相關(guān)。10,11 MLD也基于相繼的自限性表面反應(yīng)。然而,如圖1中的示意圖所示,在MLD反應(yīng)期間沉積的是“分子"片段。10 該分子片段是有機(jī)的,并且可以含有無機(jī)成分。使用逐步縮合反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)純有機(jī)聚合物MLD膜的沉積。這些有機(jī)聚合物MLD薄膜的生長首先在日本的幾個(gè)小組中得到證實(shí)。11–15 混合有機(jī)無機(jī)薄膜可以通過簡單地混合有機(jī)和無機(jī)反應(yīng)物而沉積得到。圖 1.基于相繼的自限性表面反應(yīng)的分子層沉積(MLD)方法的示意圖。

有機(jī)聚合物的分子層沉積

有機(jī)聚合物MLD的初步研究集中在了聚酰亞胺11和聚酰胺上。14 MLD這些早期的證明也被稱為交替氣相沉積聚合。14 其基本策略是利用具有兩種化學(xué)功能的同雙官能反應(yīng)物,例如X-A-X和Y-B-Y?!?X"和“ Y"是化學(xué)官能團(tuán),而“ A"和“ B"是有機(jī)片段。具有兩個(gè)同型雙功能反應(yīng)物的兩步AB循環(huán)如下所示:

(A) SBY* + XAX → SB–AX* + XY (1)

(B) SAX* + YBY → SA–BY* + XY (2)

式中星號表示表面物質(zhì)。下面的襯底和沉積的薄膜用“S"表示。在反應(yīng)A中,X化學(xué)官能團(tuán)與SBY*物質(zhì)反應(yīng),結(jié)果沉積SB-AX*物質(zhì)。在反應(yīng)B中,Y化學(xué)官能團(tuán)與SAX*物質(zhì)反應(yīng),結(jié)果沉積SA-BY*物質(zhì)。

最近的工作已探索了兩種聚酰胺的MLD:尼龍66(貨號429244)10和聚對苯二甲酰對苯二甲酰胺(PPTA)。16 尼龍66 MLD的反應(yīng)物是己二酰氯(ClOC-(CH2)4-COCl)(AC,貨號165212)和1,6-己二胺(H2N-(CH2)6-NH2)(貨號H1169 -6)。10 PPTA MLD的反應(yīng)物是對苯二甲酰氯(TC,貨號120871)和對苯二胺(PD,貨號695106)。16 在這兩種情況下,酰氯和胺官能團(tuán)都反應(yīng)形成酰胺鍵。對尼龍66 MLD,使用AC和HD相繼反應(yīng),對PPTA MLD,使用TC和PD的相繼反應(yīng),即可沉積這些聚酰胺薄膜。10,16 PPTA MLD期間的表面化學(xué)示意圖如圖2所示。16
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