化学气相沉积技术

化学气相沉积技术

目录 化学气相沉积技术的基本概念 Ⅰ.化学气相沉积技术的定义 Ⅱ.化学气相沉积技术的分类 Ⅲ.化学气相沉积技术的发展历程 Ⅳ.化学气相沉积技术的基本原理 化学气相沉积技术的基本理论 Ⅰ.CVD技术 Ⅱ.CVD制备材料的生长机制 Ⅲ.化学气相沉积的反应过程 CVD技术在实验室的应用

化学气相沉积技术的基本概念

化学气相沉积技术的定义：化学气相沉积技术(CVD)是一种材料表面改 性技术。是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合 物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表 面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的 方法。它可以利用气相间的反应,在不改变基体材 料成分和不消弱基体材料强度的条件下,赋予材料 表面一些特殊的性能。 从气相中析出的固体的形态主要有下列几种： ⑴.在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒 ⑵.在气体中生成粒子

化学气相沉积技术的分类CVD技术 低压CVD(LPCVD) 常压CVD(APCVD) 亚常压CVD(SACVD) 超高真空CVD(UHCVD))

等离子体增强CVD(PECVD)高密度等离子体CVD(HDPCVD 快热CVD(RTCVD)

金属有机物CVD(MOCVD

化学气相沉积技术的发展历程20世纪50年代 主要用于道具 涂层 古人类在取暖 或烧烤时在岩 洞壁或岩石上 的黑色碳层 20世纪60-70年 代用于集成电 路

近年来PECVD 、LPCVD等高 速发展

80年代低压 CVD成膜技术 成为研究热潮

原理：CVD是利用气态物质在固体表面进 行化学反应，生成固态沉积物的过程。

三个步骤

3.挥发性物质在基体上发生 化学反应

1.产生挥发 性物质

2.将挥发性物质 运到沉积区

CVD是建立在化学反应基础上的，要制备 特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反 应。用于CVD技术的通常有如下所述六种反应 类型。

热分解反应

Cd(CH3 )2 +H2S CdS+2CH4 4750C

氧化还原反应 化学合成反应 化学输运反应 等离子增强反应 其他能源增强增强反应

325~475 C SiH4 +2O2 SiO2 +2H2O 0

750 C 3SiH4 +4NH3 SiN4 +12H2 0

1400 C W(s)+3I2 (g) WI6 (g) 0 ~3000 C0

SiH4 a-Si(H)+2H2 ~3500C

激光束 W(CO)6 W+6CO

化学气相沉积技术的基本理论

Ⅰ.CVD技术CVD 技术分为开管气流法和封管气流法两 种基本类型。

图1 开管系统和闭管系统的反应室示意图

⒈开管气流法特点是反应气体混合物能够连续补充,同时废弃的 反应产物不断排出沉积室。 其主要由双温区开启式电阻炉及控温设备、反应管、 载气净化及载带导入系统三大部分构成。

以砷化镓的外延生长为例，说明开管法的工作流程 ，该例子涉及的化学反应：1 2 AsCl 3 3H 2 As 4 6

HCl 2 1 1850 0 C

GaAs (壳) HCl GaCl

6GaCl As4 4GaAs 2GaCl3 (歧化反应)

4

As 4

2

H2

由上述分析，可以归纳出开管法的优点： ⑴.式样容易放进和取出 ⑵.同一装置可以反复多次使用 ⑶.沉积条件易于控制，结果易于重现 同时，反应器的类型多种多样，按照不同划分标准可 以有不同的类型： ⑴.开管法的反应器分为三种，分别为立式、水平式、圆盘 式和圆筒式. ⑵.由反应过程的要求不同，反应器可分为单温区、双温区 和 多温区.

⒉封管气流法这种反应系统是把一定量的反应物和适当的基体分别 放在反应器的两端 ,管内抽真空后充入一定量的输运气体 ,然后密封 ,再将反应器臵于双温区内 ,使反应管内形成一 温度梯度。 以ZnSe为例进行说明该方法，其中涉及到的反应过程

1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2 1 T1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2T2

由上述分析，可以归纳出封管法的优点： ⑴. 可降低来自外界的污染 ⑵.不必连续抽气即可保持真空 ⑶.原料转化率高 封管法也有其自身的局限性，有如下几点： ⑴.材料生长速率慢,不利于大批量生产 ⑵.有时反应管只能使用一次,沉积成本较高 ⑶.管内压力测定困难,具有一定的危险性

Ⅱ.CVD制备材料的生长机制合成材料主要是通过气-液-固(VLS)机制和气-固(VS) 机制引导的。 ⑴.VLS生长机制 在所有的气相法中，应用VLS机制制备大量单晶纳 米材料和纳米结构应该说是最成功的。VLS 生长机制 一般要求必须有催化剂(也称为触媒)的存在。

VLS的生长过程如下：