H2SiF6 (aq) + 2 H2O  SiO2 (s) + 6 HF (aq)
|
4 HF + H3BO3  BF4- +
H3O+ + 2 H2O
|
Sampo Niskanen
Helsingin matematiikkalukio
19. marraskuuta 2000
Piidioksidi on nykyelektroniikan tärkeimpiä materiaaleja, pääasiassa sen eristeominaisuuksien vuoksi. Sitä käytetään mm. nestekidenäytöissä (LCD) ja suurintegroiduissa piireissä (VLSI). Monet nykyisistä pinnoitusmenetelmistä, kuten terminen oksidointi (piin pinnalle muodostettaessa) ja kemiallinen kaasufaasikasvatus (CVD), vaativat suuren prosessilämpötilan ja usein kalliita tyhjiölaitteistoja. Monilla näistä menetelmistä on lisäksi vaikea pinnoittaa suuria pinta-aloja.
Vastikään on kehitetty uusi menetelmä piidioksidipinnoitukseen, nestefaasikasvatus (LPD, liquid phase deposition). Menetelmässä kohdepinta pinnoittuu piidioksidilla sen ollessa upotettuna piidioksidilla ylikyllästetyssä heksafluoropiihapossa (H2SiF6). Menetelmä mahdollistaa halvan pinnoituksen myös suurille ja epätasaisille pinnoille alle 50°C lämpötilassa. Prosessi voidaan esittää yksinkertaistetusti kahden reaktioyhtälön avulla:
|
H2SiF6 (aq) + 2 H2O SiO2 (s) + 6 HF (aq)
|
|
4 HF + H3BO3 BF4- +
H3O+ + 2 H2O
|
Nestefaasikasvatusta voidaan käyttää myös muutamilla muilla oksideilla pinnoitettaessa. Titaanidioksidipinnoituksessa prosessi on täsmälleen sama kuin piidioksidikasvatuksessa, jossa pii on korvattu titaanilla. Samanlaisen heksafluorokompleksi-ionin muodostaa myös zirkonium, mikä viittaisi mahdollisuuteen korvata pii zirkoniumilla.
Tutkimuksessani yritin kehittää vastaavan kasvatusmenetelmän zirkoniumdioksidille, jossa lähtöaineena oli heksafluorozirkoniumhappo (H2ZrF6). Tein kasvatuskokeita vaihelevilla H2ZrF6- ja H3BO3-konsentraatioilla, vaihtelevilla pH tasoilla ja erilaisilla H2ZrF6-saturaatioilla. Kalvojen paksuudet mitattiin ellipsometrillä. Lisäksi tein sakkautumiskokeita titraten happoja ammoniakilla ja tutkien muodostuneita sakkoja mm. termogravimetrisesti.
Suurimmassa osassa kokeita muodostui vain vakiopaksuinen, alle 20 Å paksuinen kalvo. Ainoa kasvatusliuos, jossa oli havaittavissa jatkuvaa kasvua, oli laimennettu H2ZrF6-liuos, joka oli kyllästetty zirkoniumhydroksidilla (Zr(OH)4). Tällöin saatiin kasvatettua 30-200 Å paksuisia kalvoja 1-2 tunnin aikana, tosin kalvojen tarkan koostumuksen määrittäminen vaatii jatkotutkimuksia.
Generated using latex2html, further edited by hand.