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默克生命科學實驗分享|有機和有機無機雜化聚合物的分子層沉積
閱讀：868 發布時間：2024-2-20簡介
近十年來出現了原子層沉積（ALD）技術以滿足各種需求，包括半導體器件小型化、多孔結構上的保形沉積和納米顆粒涂層。ALD是基于兩個連續的自限表面反應。1,2 由于表面化學反應是自限性的，因此ALD可以在高長寬比的結構上沉積非常共形的超薄膜。3 每個反應周期的ALD生長控制為~1 ?，而所得ALD膜是連續且無針孔的。
已經開發出用于各種無機材料的ALD工藝。由于ALD反應序列的二元性質，大多數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作為兩種反應物而進行的。5,6 TiN ALD可使用TiCl4（貨號254312）和NH3（貨號294993）作為兩種反應物而進行。7 最常見的ALD材料是金屬氧化物和金屬氮化物。一些綜述文章詳細介紹了使用ALD技術沉積的許多無機材料。8,9
分子層沉積（MLD）與ALD密切相關。10,11 MLD也基于相繼的自限性表面反應。然而，如圖1中的示意圖所示，在MLD反應期間沉積的是“分子"片段。10 該分子片段是有機的，并且可以含有無機成分。使用逐步縮合反應可以實現純有機聚合物MLD膜的沉積。這些有機聚合物MLD薄膜的生長首先在日本的幾個小組中得到證實。11–15 混合有機無機薄膜可以通過簡單地混合有機和無機反應物而沉積得到。圖 1.基于相繼的自限性表面反應的分子層沉積（MLD）方法的示意圖。
有機聚合物的分子層沉積
有機聚合物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功能的同雙官能反應物，例如X-A-X和Y-B-Y。“ X"和“ Y"是化學官能團，而“ A"和“ B"是有機片段。具有兩個同型雙功能反應物的兩步AB循環如下所示：
(A) SBY* + XAX → SB–AX* + XY (1)
(B) SAX* + YBY → SA–BY* + XY (2)
式中星號表示表面物質。下面的襯底和沉積的薄膜用“S"表示。在反應A中，X化學官能團與SBY*物質反應，結果沉積SB-AX*物質。在反應B中，Y化學官能團與SAX*物質反應，結果沉積SA-BY*物質。
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，酰氯和胺官能團都反應形成酰胺鍵。對尼龍66 MLD，使用AC和HD相繼反應，對PPTA MLD，使用TC和PD的相繼反應，即可沉積這些聚酰胺薄膜。10,16 PPTA MLD期間的表面化學示意圖如圖2所示。16