中國粉體網(wǎng)訊 介孔二氧化硅薄膜(通常指厚度在 300 到 900 納米的薄膜材料)在傳感器、低介電薄膜等眾多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。在薄膜中引入介孔有利于進(jìn)一步降低材料的介電常數(shù)�？梢哉f二氧化硅薄膜的介電常數(shù)與材料的孔徑分布和孔容密切相關(guān)，通常情況下，小于 10 納米的介孔對于降低薄膜的介電常數(shù)能起到重要作用。而薄膜中的大于 10 納米的孔往往是此類材料研發(fā)、制造過程中導(dǎo)致器件制造失敗的原因。但是，測量這類薄膜中的孔徑分布和孔容卻相當(dāng)困難。
氣體吸附法是 10 納米左右孔的常規(guī)表征方法。一般而言，氮?dú)狻鍤夂碗礆庠?77.35K 或 87.27K 的吸附可用以計(jì)算多孔材料的比表面積、孔徑、孔分布和孔容，卻不能用常規(guī)的氮?dú)夂蜌鍤鈱Ρ∧げ牧线M(jìn)行表征。這是由于薄膜材料的總孔體積和表面積都非常小，因此由吸附所產(chǎn)生的壓力差也極小。
近期，已經(jīng)建立了全新的薄膜材料孔徑測定方法，將氪氣用于孔徑測量。該方法已經(jīng)被內(nèi)置于3H-2000系列全自動(dòng)物理吸附分析儀中。該方法不僅適用于二氧化硅類的介孔薄膜材料，同時(shí)對表面氧化性的介孔材料均適用。
該方法選擇使用的是液氬溫度(87K)而不是液氮溫度(77K)，這是因?yàn)椋?
1)飽和蒸汽壓的不同。氪氣在 77K 的飽和蒸汽壓(升華)約為 1.6torr， 在 87K 則約為 13torr。
在使用配備分子泵和低壓傳感器的裝置的情況下，13torr 的飽和蒸汽壓可以為孔徑分析，甚至微孔分析(最低至 0.7 納米)提供足夠分辨率。
2)物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)表達(dá)與孔徑變化呈一定的比例關(guān)系是孔徑分析的前提條件。研究表明，在 77K
溫度下氪氣在孔道中會同時(shí)發(fā)生毛細(xì)管凝聚和凝華現(xiàn)象。但在 87K 時(shí)僅發(fā)生毛細(xì)管凝聚。
應(yīng)用該方法時(shí)，首先對氪氣在液氬溫度下的吸附進(jìn)行校正。校正過程如下：
1，用孔徑公認(rèn)的高度有序介孔材料作為參考樣品(如 MCM-41、SBA-15 或 MCM-48)在氮氣(77K)和氬氣(87K)條件下進(jìn)行吸附測定，并由 NLDFT 方法計(jì)算得到幾何形狀的孔徑和孔容(已外推至微孔區(qū)間)。
2，測量上述材料的氪氣(87K)等溫線，并根據(jù)第一步的收獲對孔徑進(jìn)行關(guān)聯(lián)。由此，薄膜孔徑分布可由 NLDFT 方法得到。
3，凝聚在孔道中的液相氪密度可由(a)第一步中使用的已知的介孔材料的孔容和(b)氪氣的吸附量計(jì)算得到。在試驗(yàn)中得到的平均液相氪密度為 2.6g/cm3，與理論計(jì)算值一致。繼而，由液相氪的密度可計(jì)算出薄膜的總孔容。
