四甲基氫氧化銨
四甲基氫氧化銨（TMAH或TMAOH）是一種分子式為 N(CH3)4+ OH− 的季銨鹼，也是這類化合物中最簡單的一種。這種物質只在五水合物時是一種相對穩定的固體形態。商業上，TMAH通常以水溶液、甲醇溶液或五水合物的形式銷售。其固體和溶液均為無色，不純時為黃色。純淨的TMAH幾乎沒有氣味，但樣品常有強烈的魚腥味，因其含有三甲胺的不純物。TMAH有大量、廣泛的工業和科研用途，例如在半導體器件製造中的黃光製程中當顯影液（去光阻液）。
| 四甲基氫氧化銨 | |
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| IUPAC名 tetramethylazanium hydroxide | |
| 識別 | |
| CAS號 | 75-59-2  10424-66-5（三水合物） 10424-65-4（五水合物）
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| PubChem | 60966 |
| ChemSpider | 54928 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | WGTYBPLFGIVFAS-REWHXWOFAQ |
| 性質 | |
| 化學式 | C4H13NO |
| 摩爾質量 | 91.15 g·mol−1 |
| 密度 | ~ 1.015 g/cm3 (20-25% 水溶液) |
| 熔點 | 67° C (五水合物) |
| 沸點 | 102° C (25% 水溶液) |
| 溶解性（水） | 好 |
| 危險性 | |
GHS危險性符號   
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| GHS提示詞 | Danger |
| H-術語 | H300, H311, H314, H318 |
| P-術語 | P260, P264, P270, P280, P301+310, P301+330+331, P303+361+353, P304+340, P305+351+338, P310, P322, P361, P363, P405 |
| NFPA 704 |
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3
0
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| 相關物質 | |
| 其他陰離子 | 四甲基氯化銨 |
| 其他陽離子 | 四乙基氫氧化銨 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
結構
編輯TMAH的市售品以水溶液、甲醇溶液和五水合物為主，溶液濃度常見於25%。它可以結晶出多種水合物N(CH3)4OH·xH2O，這些鹽的特點是分離良好的Me4N+陽離子和氫氧根陰離子。氫氧化物基團通過氫鍵與結晶水相連。尚未分離出無水TMAH。
製備
編輯最早的製備方法之一是Walker和Johnston，他們是用四甲基氯化銨和氫氧化鉀在乾燥的甲醇中進行鹽代謝反應製成的，其中TMAH可溶，但氯化鉀不可溶。
NMe4+Cl- + KOH → NMe4+ OH- + KCl
其中Me代表甲基基團，CH3-。
該報告還提供了作為五水合物的TMAH的分離細節，注意到三水合物的存在，並強調了即使是前者對大氣中的水分和二氧化碳也表現出強親和力。 這些作者報告說，五水合物的m.p.溫度為62-63℃，在15℃時在水中的溶解度為220g/100mL。
化學性質
編輯四甲基氫氧化銨和其它鹼一樣，可以發生酸鹼中和反應。例如它和氫氟酸反應，生成四甲基氟化銨：[2]
- NMe4+OH− + HF → NMe4+F− + H2O
它在溶液中可以和銨鹽發生複分解反應，該反應由氨逸出反應體系推動進行。[3]例如它和硫氰酸銨反應，可以製得四甲基硫氰酸銨：
- NMe4+OH− + NH4+SCN− → NMe4+SCN− + NH3 + H2O
- 2 NMe4+OH− → 2 NMe3 + MeOMe + H2O
毒性
編輯四甲基氫氧化銨在水中解離出[(CH3)4N]+和OH−，其陽離子可被人體吸收，具有經皮急性毒性，接觸可致死。目前沒有解毒劑。[6]
應用
編輯TMAH的工業用途之一是半導體製造中用於矽的各向異性蝕刻，在光刻工藝中作為鹼性溶劑顯影酸性光刻膠，對剝離光刻膠有很好的效果。 TMAH具有一定的相轉移催化劑性能，在鐵流體的合成中作為表面活性劑，抑制納米粒子的聚集。
濕式蝕刻
編輯TMAH屬於季銨氫氧化物(QAH)溶液家族，通常用於對矽進行各向異性蝕刻。典型的蝕刻溫度在70～90℃之間，典型的濃度為5～25wt% TMAH在水中的含量。(100)矽的蝕刻速率一般隨着溫度和TMAH濃度的增加而增加。蝕刻後的矽(100)表面粗糙度隨TMAH濃度的增加而降低，用20%的TMAH溶液可以得到光滑的表面。蝕刻速率通常在每分鐘0.1-1微米範圍內。
在TMAH中進行長時間蝕刻的常用遮蔽材料包括二氧化矽（LPCVD和熱）和氮化矽。氮化矽在TMAH中的蝕刻速率可以忽略不計；二氧化矽在TMAH中的蝕刻速率隨薄膜質量而變化，但一般在0.1納米/分鐘左右。
參考文獻
編輯- ^ L09658 Tetramethylammonium hydroxide pentahydrate, 98%. [2020-01-08]
- ^ Christe, K. O.; Wilson, W. W.; Wilson, R. D.; Bau, R.; Feng, J. A. Syntheses, properties, and structures of anhydrous tetramethylammonium fluoride and its 1:1 adduct with trans-3-amino-2-butenenitrile. Journal of the American Chemical Society. 1990, 112 (21): 7619–7625. doi:10.1021/ja00177a025.
- ^ Markowitz, M. M. A convenient method for preparation of quaternary ammonium salts. J. Org. Chem. 1957, 22: 983–984. doi:10.1021/jo01359a605.
- ^ Lawson, A. T.; Collie, N. The action of heat on the salts of tetramethylammonium. J. Chem. Soc., Trans. 1888, 53: 1888. doi:10.1039/CT8885300624.
- ^ Musker, W. Kenneth. A Reinvestigation of the Pyrolysis of Tetramethylammonium Hydroxide. Journal of the American Chemical Society. 1964, 86 (5): 960–961. doi:10.1021/ja01059a070.
- ^ 四甲基氢氧化铵的危险性及应急救援措施分析 - 中国学术期刊网络出版总库. [2020-01-18]. doi:10.16369/j.oher.issn.1007-1326.2019.02.023.