六甲基二硅氧烷（HMDSO）前驅體制備耐腐蝕薄膜

引言

金屬制品是生活中不可或缺的，大到輪船飛機，小到鐵釘螺絲。現代工業的發展，是以金屬為骨骼，但是金屬在使用過程中極易腐蝕。防腐蝕工藝有很多種，真空鍍膜就是其一。使用PVD技術在表面鍍一層耐腐蝕膜層，對平面或者結構簡單的零件可以起到很好的保護作用；對于結構復雜，要求所有表面鍍上保護膜時，CVD因其本身原理往往有著更好的繞鍍性以及覆蓋率。以六甲基二硅氧烷（HMDSO）為前驅體，通過PACVD技術，可以在金屬表面制備一層耐腐蝕薄膜。

內容

在HMDSO/O2氣氛制備薄膜過程中，HMDSO作為硅源，其在離子化過程中，還存在大量H，OH，C基團。C. Vautrin-Ul [1] 等人以2.45GHz微波作為離子源，研究了HMDSO/O2比例對生成薄膜成分以及耐腐蝕性能的影響。圖1為OES測量不同HMDSO/O2比例下氣體離子化情況。我們可以看到，隨著HMDSO比例提高，等離子中的C基團增加，O基團下降。這種變化對于膜層成分有重要影響。在HMDSO比例低時（大約20%），膜層接近氧化硅；而在HMDSO比例高時（大約80%），膜層更接近聚合物。

圖1 不同HMDSO/O2比例下氣體離子化

針對不同比例的HMDSO/O2氣氛條件，C. Vautrin-Ul [1]等人分析了其腐蝕性，如圖2。當HMDSO比例為80%，阻抗達到最大值，代表其耐腐蝕性能達到最大，隨著HMDSO比例降低，阻抗也跟著降低，耐腐蝕性能下降。

圖2 不同HMDSO/O2比例條件下的膜層EIS圖  (□) HMDSO/O2 100/0，(×) HMDSO/O2 80/20，(○) HMDSO/O2 50/50， (●) HMDSO/O2 20/80HMDSO/O2比例下氣體離子化

盡管提高HMDSO/O2比例有利于生成更加耐腐蝕的類聚合物膜層，但是其硬度卻下降。D. Hegemann [2]等人以RF電源作為離子源，研究了不同HMDSO/O2比例沉積的膜層性能（如圖2）。在O2/HMDSO比例為6.7：1時，膜層硬度為5.8±1.4GPa，

圖2 不同O2/HMDSO比例制備的膜層性質

楊氏模量為42.1±8.8GPa，與氧化硅相似（硬度9-10GPa，楊氏模量69.3±0.4GPa）。同時，膜層密度1.9-2.0 g/cm3，接近氧化硅密度2.2g/cm3。通過FTIR分析，發現O2/HMDSO比例超過6：1時，膜層中僅有Si-O以及Si-CHn（n=2，3），可以推測膜層成分為SiO2,但有部分O原子被Si-CHn（n=2，3）代替。隨著O2/HMDSO比例降低，膜層中發現Si-H，這就導致膜層硬度下降。

結論

A HMDSO/O2比例不同，會造成膜層成分不同。在HMDSO比例80% 時膜層接近聚合物，耐腐蝕性能最強，但是硬度降低；在膜層比例20%時，膜層接近氧化硅，耐腐蝕性能有所降低，但是硬度最高B 在使用HMDSO作為前驅體制備耐腐蝕膜層時，應根據具體性能要求選擇合適HMDOS/O2比例，調控膜層耐腐蝕能力和硬度以達到使用標準。