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默克生命科学实验分享|有机和有机无机杂化聚合物的分子层沉积

更新时间:2024-02-20 浏览次数:196

简介

近十年来出现了原子层沉积(ALD)技术以满足各种需求,包括半导体器件小型化、多孔结构上的保形沉积和纳米颗粒涂层。ALD是基于两个连续的自限表面反应。1,2 由于表面化学反应是自限性的,因此ALD可以在高长宽比的结构上沉积非常共形的超薄膜。3 每个反应周期的ALD生长控制为~1 Å,而所得ALD膜是连续且无针孔的。

已经开发出用于各种无机材料的ALD工艺。由于ALD反应序列的二元性质,大多数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,货号663301)和H2O作为两种反应物而进行的。5,6 TiN ALD可使用TiCl4(货号254312)和NH3(货号294993)作为两种反应物而进行。7 最常见的ALD材料是金属氧化物和金属氮化物。一些综述文章详细介绍了使用ALD技术沉积的许多无机材料。8,9

分子层沉积(MLD)与ALD密切相关。10,11 MLD也基于相继的自限性表面反应。然而,如图1中的示意图所示,在MLD反应期间沉积的是“分子"片段。10 该分子片段是有机的,并且可以含有无机成分。使用逐步缩合反应可以实现纯有机聚合物MLD膜的沉积。这些有机聚合物MLD薄膜的生长首先在日本的几个小组中得到证实。11–15 混合有机无机薄膜可以通过简单地混合有机和无机反应物而沉积得到。图 1.基于相继的自限性表面反应的分子层沉积(MLD)方法的示意图。

有机聚合物的分子层沉积

有机聚合物MLD的初步研究集中在了聚酰亚胺11和聚酰胺上。14 MLD这些早期的证明也被称为交替气相沉积聚合。14 其基本策略是利用具有两种化学功能的同双官能反应物,例如X-A-X和Y-B-Y。“ X"和“ Y"是化学官能团,而“ A"和“ B"是有机片段。具有两个同型双功能反应物的两步AB循环如下所示:

(A) SBY* + XAX → SB–AX* + XY (1)

(B) SAX* + YBY → SA–BY* + XY (2)

式中星号表示表面物质。下面的衬底和沉积的薄膜用“S"表示。在反应A中,X化学官能团与SBY*物质反应,结果沉积SB-AX*物质。在反应B中,Y化学官能团与SAX*物质反应,结果沉积SA-BY*物质。

最近的工作已探索了两种聚酰胺的MLD:尼龙66(货号429244)10和聚对苯二甲酰对苯二甲酰胺(PPTA)。16 尼龙66 MLD的反应物是己二酰氯(ClOC-(CH2)4-COCl)(AC,货号165212)和1,6-己二胺(H2N-(CH2)6-NH2)(货号H1169 -6)。10 PPTA MLD的反应物是对苯二甲酰氯(TC,货号120871)和对苯二胺(PD,货号695106)。16 在这两种情况下,酰氯和胺官能团都反应形成酰胺键。对尼龙66 MLD,使用AC和HD相继反应,对PPTA MLD,使用TC和PD的相继反应,即可沉积这些聚酰胺薄膜。10,16 PPTA MLD期间的表面化学示意图如图2所示。16
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