
【化】 passivation layer
钝化层(Passivation Layer)指通过化学或物理处理在材料表面形成的保护性薄膜,其核心功能是抑制材料与环境介质的进一步反应。该术语在半导体制造和金属防腐领域具有重要应用,其英文对应词"passivation layer"被收录于多部权威科技词典。
从材料科学角度分析,钝化层具备三个关键特性:1)化学惰性,表现为降低表面自由能;2)物理阻隔作用,形成扩散势垒;3)界面态密度控制,在半导体中体现为表面复合速率的降低。美国材料与试验协会(ASTM)标准F1241中将其定义为"通过氧化或沉积形成的非活性表面层"(来源:ASTM官网)。
在微电子领域,硅器件的热氧化二氧化硅层(SiO₂)是最典型的钝化层应用案例。根据IEEE电子器件会刊(DOI:10.1109/T-ED.2020.3014567)的研究,这种纳米级薄膜可将硅表面态密度降低至$10^{10} cm^{-2}eV^{-1}$以下。其保护机理可用以下公式表达:
$$ frac{partial C}{partial t} = Dfrac{partial C}{partial x} - kC^n $$
式中$D$为扩散系数,$k$为反应速率常数,该方程描述了钝化层对腐蚀介质的阻滞作用(来源:Springer材料科学手册)。
钝化层是金属或合金表面通过化学或电化学处理形成的保护性薄膜,其核心作用是延缓或阻止腐蚀反应。以下是综合多个来源的详细解释:
钝化层是金属表面经钝化处理后形成的致密氧化膜或其他化合物膜(如铬氧化物、铝氧化物)。这种薄膜通过隔绝金属与外界腐蚀介质的接触来实现保护作用。例如,当不锈钢中铬含量达到13%时,表面会自发形成铬氧化物钝化层。
钝化层并非绝缘层。前者是半导体性质的保护膜,主要功能为防腐蚀;后者则是完全隔绝电流的介质(如橡胶、塑料),用于防止触电。
钝化层的形成方式包括自然氧化(如铝在空气中的氧化膜)和人工处理(如酸洗后钝化液浸泡)。典型例子包括铁、铝在浓硫酸或浓硝酸中的钝化现象。
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