六甲基二硅氧烷（HMDSO）前驱体制备耐腐蚀薄膜

引言

金属制品是生活中不可或缺的，大到轮船飞机，小到铁钉螺丝。现代工业的发展，是以金属为骨骼，但是金属在使用过程中极易腐蚀。防腐蚀工艺有很多种，真空镀膜就是其一。使用PVD技术在表面镀一层耐腐蚀膜层，对平面或者结构简单的零件可以起到很好的保护作用；对于结构复杂，要求所有表面镀上保护膜时，CVD因其本身原理往往有着更好的绕镀性以及覆盖率。以六甲基二硅氧烷（HMDSO）为前驱体，通过PACVD技术，可以在金属表面制备一层耐腐蚀薄膜。

内容

在HMDSO/O2气氛制备薄膜过程中，HMDSO作为硅源，其在离子化过程中，还存在大量H，OH，C基团。C. Vautrin-Ul [1] 等人以2.45GHz微波作为离子源，研究了HMDSO/O2比例对生成薄膜成分以及耐腐蚀性能的影响。图1为OES测量不同HMDSO/O2比例下气体离子化情况。我们可以看到，随着HMDSO比例提高，等离子中的C基团增加，O基团下降。这种变化对于膜层成分有重要影响。在HMDSO比例低时（大约20%），膜层接近氧化硅；而在HMDSO比例高时（大约80%），膜层更接近聚合物。

图1 不同HMDSO/O2比例下气体离子化

针对不同比例的HMDSO/O2气氛条件，C. Vautrin-Ul [1]等人分析了其腐蚀性，如图2。当HMDSO比例为80%，阻抗达到最大值，代表其耐腐蚀性能达到最大，随着HMDSO比例降低，阻抗也跟着降低，耐腐蚀性能下降。

图2 不同HMDSO/O2比例条件下的膜层EIS图  (□) HMDSO/O2 100/0，(×) HMDSO/O2 80/20，(○) HMDSO/O2 50/50， (●) HMDSO/O2 20/80HMDSO/O2比例下气体离子化

尽管提高HMDSO/O2比例有利于生成更加耐腐蚀的类聚合物膜层，但是其硬度却下降。D. Hegemann [2]等人以RF电源作为离子源，研究了不同HMDSO/O2比例沉积的膜层性能（如图2）。在O2/HMDSO比例为6.7：1时，膜层硬度为5.8±1.4GPa，

图2 不同O2/HMDSO比例制备的膜层性质

杨氏模量为42.1±8.8GPa，与氧化硅相似（硬度9-10GPa，杨氏模量69.3±0.4GPa）。同时，膜层密度1.9-2.0 g/cm3，接近氧化硅密度2.2g/cm3。通过FTIR分析，发现O2/HMDSO比例超过6：1时，膜层中仅有Si-O以及Si-CHn（n=2，3），可以推测膜层成分为SiO2,但有部分O原子被Si-CHn（n=2，3）代替。随着O2/HMDSO比例降低，膜层中发现Si-H，这就导致膜层硬度下降。

结论

A HMDSO/O2比例不同，会造成膜层成分不同。在HMDSO比例80% 时膜层接近聚合物，耐腐蚀性能最强，但是硬度降低；在膜层比例20%时，膜层接近氧化硅，耐腐蚀性能有所降低，但是硬度最高B 在使用HMDSO作为前驱体制备耐腐蚀膜层时，应根据具体性能要求选择合适HMDOS/O2比例，调控膜层耐腐蚀能力和硬度以达到使用标准。