Оксидирование

ОКСИДИРОВАНИЕ, создание оксидной пленки на пов-сти изделия или заготовки в результате окислит.-восстановит. р-ции. Оксидирование преим. используют для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования ди-электрич. слоев. Различают термич., хим., электрохим. (или анодные) и плазменные методы оксидирования.

Термическое оксидирование обычно осуществляют при нагр. изделий в атмосфере, содержащей О₂ или водяной пар. Напр., термическое оксидирование железа и низколегир. сталей, называемое воронением, проводят в печах, нагретых до 300-350 °С, или при непосредств. нагревании изделий на воздухе, добиваясь необходимого цвета обрабатываемой пов-сти. Легир. стали термически оксидируют при более высокой т-ре (400-700 °C в течение 50-60 мин. Магнитные железоникелевые сплавы (пермаллои) оксидируют при 400-800 °С в течение 30-90 мин. Термическое оксидирование-одна из важнейших операций пла-нарной технологии; создаваемые диэлектрич. пленки защищают готовые полупроводниковые структуры от внеш. воздействий, изолируют активные области дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем. Наиб. часто термическое оксидирование применяют при изготовлении кремниевых структур. При этом Si окисляется на глубину ок. 1 мкм при 700-1200 °С. С нач. 80-х гг. в произ-ве кремниевых больших интегральных схем оксидирование проводят при повышенном (до 10⁷ Па) давлении О₂ или водяного пара (термокомпрессионное оксидирование).

При химическом оксидировании изделия обрабатывают р-рами или расплавами окислителей (нитратов, хроматов и др.). Химическое оксидирование используют для пассивации металлич. пов-стей с целью защиты их от коррозии, а также для нанесения декоративных покрытий на черные и цветные металлы и сплавы. В произ-ве электровакуумных приборов его применяют для чернения масок цветных кинескопов и др. деталей с целью получения пов-сти с низким коэф. отражения света и высоким коэф. теплового излучения. Химическое оксидирование черных металлов проводят в кислотных или щелочных составах при 30-100 °С. Обычно используют смеси соляной, азотной или ортофосфорной к-т с добавками соед. Мn, Ca(NO₃)₂ и др. Щелочное оксидирование проводят в р-ре щелочи с добавками окислителей при 30-180 °С. Оксидные пленки на пов-сти черных металлов получают также в расплавах, состоящих из щелочи, NaNO₃ и NaNO₂, MnO₂ при 250-300 °С. После оксидирования изделия промывают, сушат и иногда подвергают обработке в окислителях (К₂Сг₂О₇) или промасливают.

Химическое оксидирование применяют для обработки нек-рых цветных металлов. Наиб. широко распространено химическое оксидирование изделий из магния и его сплавов в р-рах на основе К₂Сг₂О₇. Медные или медненные изделия окисляют в составах, содержащих NaOH и K₂S₂O₈. Иногда химическое оксидирование используют для оксидирования алюминия и сплавов на его основе (дуралюми-нов). В состав р-ра входят Н₃РО₄, СrО₃ и фториды. Однако по качеству оксидные пленки, полученные химическим оксидированием, уступают пленкам, нанесенным методом анодирования.

Электрохимическое оксидирование, или анодное оксидирование (анодирова-ние; см. Электрохимическая обработка металлов), деталей проводят в жидких (жидкостное оксидирование), реже в твердых электролитах. Пов-сть окисляемого материала имеет положит, потенциал. Жидкостное оксидирование в водных и неводных р-рах электролита применяют для получения защитных, декоративных покрытий и диэлектрич. слоев на пов-сти металлов, сплавов и полупроводниковых материалов при изготовлении приборов со структурами металл-диэлектрик-полупроводник и СВЧ интегральных схем, оксидных конденсаторов, коммутац. плат на основе алюминия и др. Наиб. широко анодное оксидирование используют для нанесения оксидных слоев на конструкции из А1 и его сплавов. При этом получают защитные (толщиной 0,3-15 мкм), износостойкие и электроизоляционные (2-300 мкм), цветные и эматаль-покрытия (эмалеподобные), а также тонкослойные (0,1-0,4 мкм) оксидные пленки. Для образования толстых оксидных слоев применяют в осн. р-ры H₂SO₄ и СгО₃. Тонкие оксидные пленки получают в р-рах на основе Н₃РО₄ и Н₃ВО₃. Цветное анодирование проводят в р-рах, содержащих орг. к-ты (щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую и др.). Эматалъ-покрытия получают в электролитах, содержащих, как правило, СrO₃. Анодирование магния и его сплавов осуществляют в р-рах, содержащих NaOH, фториды, хрома-ты металлов. Анодное оксидирование стали проводят в р-рах щелочи или СгО₃. Методы анодного оксидирования получают распространение в полупроводниковой технологии, особенно для получения оксидных слоев на полупроводниках типа A^IIIB^V, А^ПВ^VI и т. п.

Плазменное оксидирование проводят в кислородсодержащей низкотемпературной плазме, образуемой с помощью разрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов. Таким способом получают оксидные слои на пов-сти кремния, полупроводниковых соед. типа A^IIIB^V при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, при создании туннельных переходов на основе пленок Nb и Pb в крио-электронных интегральных схемах, а также для повышения светочувствительности серебряно-цезиевых фотокатодов. Разновидность плазменного оксидирования-ионно-плазменное оксидирование, проводимое в высокотемпературной кислородсодержащей плазме СВЧ или дугового разряда в вакууме (ок. 1 Па) и т-ре обрабатываемой пов-сти не выше 430 °С. При таком способе оксидирования ионы плазмы достигают пов-сти изделия с энергиями, достаточными для их проникновения в поверхностный слой и частичного его распыления. Качество оксидных пленок, полученных этим методом, сравнимо с качеством пленок, выращенных при термическом оксидировании, а по нек-рым параметрам превосходит их.

Лит.: Донован Р.-П., Смит А.-М., Берри Б.-М., Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия - эпитаксия, пер. с англ., М., 1969; Лайнер В. И., Защитные покрытия металлов, М., 1974; Технология тонких пленок. Справочник, пер. с англ., т. 1-2, М., 1977; Справочник по электрохимии, под ред. Л. М. Сухотина, Л., 1981. Ю.Н. Ивлиев.