单晶硅片表面制备巯基硅烷－稀土自润滑复合薄膜的方法

摘要

一种单晶硅片表面制备巯基硅烷－稀土自润滑复合薄膜的方法，将表面经过处理的单晶硅片作为基底材料，在其表面采用自组装方法制备巯基硅烷，然后用溶胶－凝胶法在其表面制备含有稀土元素的纳米薄膜。首先将单晶硅片放入王水中进行预处理，清洗后置入羟基化溶液在室温下进行处理，然后再浸入巯基硅烷溶液中，静置6～8小时后取出，冲洗后用氮气吹干置于配制好的溶胶溶液中静置，提拉，然后干燥，或者重复上述操作制备多层薄膜；把覆有复合薄膜的单晶硅片放入马弗炉保温，缓慢升温至500℃，在炉内自然冷却至室温即可得到稀土纳米薄膜。本发明工艺方法简单，可以将摩擦系数从无膜时的0.8降低到0.1，具有十分明显的减摩作用。

主权项

1、一种单晶硅片表面制备巯基硅烷-稀土自润滑复合薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将单晶硅片浸泡在王水中加热5～6小时，在室温中自然冷却，然后取出用去离子水冲洗，干燥后浸于体积比为H2SO4∶H2O2＝70∶30的溶液中，于室温下处理1小时，用去离子水超声清洗后放在防尘装置内在烘箱中干燥，再将处理后的单晶硅片浸入巯基硅烷浓度为0.1～1.0mmol/L的苯溶液中，静置6～8小时取出，冲洗后用氮气吹干，得到表面组装有巯基硅烷薄膜的单晶硅片；2)配制溶胶溶液∶溶胶溶液各组分摩尔比为：钛酸盐1，乙醇4～5，二乙醇胺1～1.2，乙醇水溶液1～2，稀土化合物0.1～0.3，二甲基甲酰胺0.01～0.02；将钛酸盐溶于乙醇，再加入二乙醇胺作为螯合剂，室温下用磁力搅拌器搅拌混合均匀，再采用滴加方式加入乙醇水溶液，水解温度取20℃，加入稀土化合物搅拌1～2小时，最后加入二甲基甲酰胺，得到含有稀土元素的溶胶溶液；其中，乙醇水溶液由体积比为1∶9的水和无水乙醇配制而成；3)将表面组装有巯基硅烷薄膜的单晶硅片浸入配制好的溶胶溶液中，静置五分钟后，以6cm/分钟的速度向上提拉单晶硅片，然后在干燥器中静置10分钟，放入温度为120℃～150℃的烘箱中干燥1～2小时，使单晶硅片表面的溶胶干燥，或者重复上述操作制备多层薄膜；4)把步骤3得到的覆有薄膜的单晶硅片放入马弗炉，在120℃保温30分钟，以3℃/分钟的速度缓慢升温至500℃，保温1小时在炉内自然冷却至室温，即得到巯基硅烷-稀土自润滑复合薄膜。