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TMAH與化學反應的奇妙連結：它如何改變我們對合成的理解？
四甲基氫氧化銨（TMAH）是一種常見的四級銨鹽，其分子式為N(CH3)4+ OH−。這種化合物通常以集中溶液的形式出現，溶劑多為水或甲醇。無論是固態的TMAH還是其水溶液，通常都是無色的，但如果不純，則可能顯現出淡黃色。雖然純的TMAH幾乎沒有氣味，但由於常見的不純物三甲胺的存在，樣品經常會散發出強烈的魚腥味。TMAH在工業和研究中有多種不同的應用。
TMAH不僅是一種化學反應的參與者，更在我們的合成理解上開闢了新的可能性。
化學性質
結構
TMAH最常以水溶液的形式出現，濃度範圍從約2%到25%不等，也有在甲醇中的溶液。這些溶液的CAS編號為75-59-2。此外，TMAH還可以結晶出幾種水合物，例如N(CH3)4OH·xH2O。這些鹽類包含相互分離的Me4N+陽離子和氫氧根陰離子（Me是甲基的縮寫）。氫氧根與結晶水中的水分子通過氫鍵聯結。至今，無水TMAH尚未被分離出來。
製備
一個早期的TMAH製備方法是由Walker和Johnston提出的，他們通過四甲基氮鹽氯化物和氫氧化鉀在幹甲醇中進行鹽的置換反應來製造TMAH。在這個過程中，TMAH是可溶的，而氯化鉀則不溶。具體的化學反應式為：
NMe4+Cl− + KOH → NMe4+OH− + KCl
這些報告還詳細描述了如何分離出其五水合物，並指出即使是前者對大氣水分和二氧化碳的親和性。此外，這些作者報告五水合物的熔點為62-63°C，且在15°C時的水溶解度約為220 g/100 mL。
反應
TMAH是一種穩定的化合物，在6 M氫氧化鈉中於160°C時的半衰期超過61小時。TMAH可進行簡單的酸鹼反應，生成四甲基氨鹽的鹽類，其陰離子源自所用的酸。以下是一個準備四甲基氨鎂氟化物的例子：
NMe4+OH− + HF → NMe4+F− + H2O
與氨鹽（NH4+鹽）進行轉位反應，也可以使用TMAH的溶液來製備其他四甲基氨鹽。例如，從氨硫氰酸鹽製備四甲基氨鹽硫氰酸鹽的過程如下：
NMe4+OH− + NH4+SCN− → NMe4+SCN− + NH3 + H2O
TMAH以及許多包含簡單陰離子的TMA鹽，而且在熱分解過程中會生成三甲胺，主要分解產物是二甲醚，而不是甲醇。理想化學反應式為：
2 NMe4+OH− → 2 NMe3 + MeOMe + H2O
性質
TMAH被認為是一種非常強的鹼。
用途
TMAH在工業上有多種用途，其中之一是用於對矽進行各向異性蝕刻。在光刻過程中，它被用作基本溶劑來開發酸性光阻，並在去除光阻方面具有高效的性能。TMAH還具備部分相轉移催化劑的特性，並在合成鐵氧體液體中作為表面活性劑使用，用於抑制納米粒子的聚集。在熱化學解吸以及化學衍生分析技術中，TMAH也是最常見的試劑之一，這項技術同時涉及熱解及後續化學修飾分析。
TMAH是進行對矽的各向異性蝕刻的理想選擇，拒絕金屬離子污染的應用。
濕式各向異性蝕刻
TMAH屬於四級氨基氫氧化物（QAH）溶液的一類，常用於對矽進行各向異性蝕刻。與氫氧化鈉或氫氧化鉀相比，TMAH在對金屬離子污染敏感的應用中更為理想。典型的蝕刻溫度範圍為70至90°C，通常濃度在水中的TMAH為5–25 wt%。在（100）矽的蝕刻中，隨著溫度的提高，蝕刻速率一般會增加，而隨著TMAH濃度的降低，蝕刻速率則會減少。使用20%的TMAH溶液，可以獲得光滑的蝕刻（100）矽表面。蝕刻速率通常在每分鐘0.1至1微米範圍內。進行長時間的TMAH蝕刻時，常用的遮罩材料包括二氧化矽（LPCVD和熱）和氮化硅。氮化硅在TMAH中的蝕刻速率可以忽略不計，而二氧化矽的蝕刻速率則根據薄膜的質量而有所不同，但通常在每分鐘0.1 nm左右。
濕式蝕刻技術讓微電子元件的加工變得高效且精確。
毒理學
四甲基氫氧化銨的陽離子會影響神經和肌肉，導致呼吸困難、肌肉癱瘓甚至死亡。其結構與乙酰膽鹼相似，乙酰膽鹼是一種在神經肌肉接頭和自主神經節中的重要神經遞質。當TMAH作為激動劑時，其結構相似性反映在其毒性機制上，它能結合並激活尼古丁型乙酰膽鹼受體，但在持續存在的激動劑下，這些受體可能會出現脫敏反應。四甲基氫氧化銨的作用在自主神經節中特別明顯，因此通常將其歸類為一種神經節刺激藥物。這種神經節的作用可能是造成工業意外曝光後死亡的原因之一。
此外，由於是一種強鹼，TMAH引起的「化學燒傷」也十分嚴重。證據表明，通過與低濃度TMAH溶液的皮膚接觸，甚至可能發生中毒，甚至死亡。
隨著對TMAH的研究不斷深入，它在化學合成中的潛力以及相關的安全問題引發了廣泛討論。我們是否能在平衡其潛在應用和安全性之間找到合適的方案？
