化學(xué)氣相沉積技術(shù).ppt

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1、化學(xué)氣相沉積技術(shù)目錄化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基本概念Ⅰ.化學(xué)氣相沉積技術(shù)的定義Ⅱ.化學(xué)氣相沉積技術(shù)的分類Ⅲ.化學(xué)氣相沉積技術(shù)的發(fā)展歷程Ⅳ.化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基本原理化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基本理論Ⅰ.CVD技術(shù)Ⅱ.CVD制備材料的生長(zhǎng)機(jī)制Ⅲ.化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)過(guò)程CVD技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基本概念化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）是一種材料表面改性技術(shù)。是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物、單質(zhì)氣體供給基體，借助氣相作用或在基體表面上的化學(xué)反應(yīng)在基體上制得金屬或化合物薄膜的方法。它可以利用氣相間的

2、反應(yīng),在不改變基體材料成分和不消弱基體材料強(qiáng)度的條件下,賦予材料表面一些特殊的性能。從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有下列幾種：⑴.在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒⑵.在氣體中生成粒子化學(xué)氣相沉積技術(shù)的定義：化學(xué)氣相沉積技術(shù)的分類化學(xué)氣相沉積技術(shù)的發(fā)展歷程古人類在取暖或燒烤時(shí)在巖洞壁或巖石上的黑色碳層80年代低壓CVD成膜技術(shù)成為研究熱潮近年來(lái)PECVD、LPCVD等高速發(fā)展20世紀(jì)60-70年代用于集成電路20世紀(jì)50年代主要用于道具涂層三個(gè)步驟1.產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)2.將揮發(fā)性物質(zhì)運(yùn)到沉積區(qū)3.揮發(fā)

3、性物質(zhì)在基體上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)原理：CVD是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過(guò)程。CVD是建立在化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上的，要制備特定性能材料首先要選定一個(gè)合理的沉積反應(yīng)。用于CVD技術(shù)的通常有如下所述六種反應(yīng)類型。熱分解反應(yīng)氧化還原反應(yīng)化學(xué)合成反應(yīng)化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)等離子增強(qiáng)反應(yīng)其他能源增強(qiáng)增強(qiáng)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基本理論Ⅰ.CVD技術(shù)CVD技術(shù)分為開(kāi)管氣流法和封管氣流法兩種基本類型。圖1開(kāi)管系統(tǒng)和閉管系統(tǒng)的反應(yīng)室示意圖以砷化鎵的外延生長(zhǎng)為例，說(shuō)明開(kāi)管法的工作流程，該例子涉及的化學(xué)反應(yīng)：⒈開(kāi)

4、管氣流法特點(diǎn)是反應(yīng)氣體混合物能夠連續(xù)補(bǔ)充,同時(shí)廢棄的反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出沉積室。其主要由雙溫區(qū)開(kāi)啟式電阻爐及控溫設(shè)備、反應(yīng)管、載氣凈化及載帶導(dǎo)入系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。同時(shí)，反應(yīng)器的類型多種多樣，按照不同劃分標(biāo)準(zhǔn)可以有不同的類型：⑴.開(kāi)管法的反應(yīng)器分為三種，分別為立式、水平式、圓盤(pán)式和圓筒式.⑵.由反應(yīng)過(guò)程的要求不同，反應(yīng)器可分為單溫區(qū)、雙溫區(qū)和多溫區(qū).由上述分析，可以歸納出開(kāi)管法的優(yōu)點(diǎn)：⑴.式樣容易放進(jìn)和取出⑵.同一裝置可以反復(fù)多次使用⑶.沉積條件易于控制，結(jié)果易于重現(xiàn)⒉封管氣流法以ZnSe為例進(jìn)行說(shuō)明

5、該方法，其中涉及到的反應(yīng)過(guò)程這種反應(yīng)系統(tǒng)是把一定量的反應(yīng)物和適當(dāng)?shù)幕w分別放在反應(yīng)器的兩端,管內(nèi)抽真空后充入一定量的輸運(yùn)氣體,然后密封,再將反應(yīng)器置于雙溫區(qū)內(nèi),使反應(yīng)管內(nèi)形成一溫度梯度。由上述分析，可以歸納出封管法的優(yōu)點(diǎn)：⑴.可降低來(lái)自外界的污染⑵.不必連續(xù)抽氣即可保持真空⑶.原料轉(zhuǎn)化率高封管法也有其自身的局限性，有如下幾點(diǎn)：⑴.材料生長(zhǎng)速率慢,不利于大批量生產(chǎn)⑵.有時(shí)反應(yīng)管只能使用一次,沉積成本較高⑶.管內(nèi)壓力測(cè)定困難,具有一定的危險(xiǎn)性Ⅱ.CVD制備材料的生長(zhǎng)機(jī)制合成材料主要是通過(guò)氣-液-固(

6、VLS)機(jī)制和氣-固(VS)機(jī)制引導(dǎo)的。⑴.VLS生長(zhǎng)機(jī)制在所有的氣相法中，應(yīng)用VLS機(jī)制制備大量單晶納米材料和納米結(jié)構(gòu)應(yīng)該說(shuō)是最成功的。VLS生長(zhǎng)機(jī)制一般要求必須有催化劑(也稱為觸媒)的存在。VLS的生長(zhǎng)過(guò)程如下：圖2VLS生長(zhǎng)機(jī)制示意圖VLS生長(zhǎng)機(jī)制的特點(diǎn)：①.具有很強(qiáng)的可控性與通用性.②.納米線不含有螺旋位錯(cuò).③.雜質(zhì)對(duì)于納米線生長(zhǎng)至關(guān)重要，起到了生長(zhǎng)促進(jìn)劑(growthpromoter)的作用.④.在生長(zhǎng)的納米線頂端附著有一個(gè)催化劑顆粒，并且，催化劑的尺寸很大程度上決定了所生長(zhǎng)納米線的最

7、終直徑，而反應(yīng)時(shí)間則是影響納米線長(zhǎng)徑比的重要因素之一.⑤.納米線生長(zhǎng)過(guò)程中，端部合金液滴的穩(wěn)定性是很重要的.⑵.VS生長(zhǎng)機(jī)制該生長(zhǎng)機(jī)制一般用來(lái)解釋無(wú)催化劑的晶須生長(zhǎng)過(guò)程。生長(zhǎng)中，反應(yīng)物蒸氣首先經(jīng)熱蒸發(fā)、化學(xué)分解或氣相反應(yīng)而產(chǎn)生，然后被載氣輸運(yùn)到襯底上方，最終在襯底上沉積、生長(zhǎng)成所需要的材料。VS的生長(zhǎng)過(guò)程如下：NucleusVaporⅠⅡⅢ圖3VS生長(zhǎng)機(jī)制示意圖VS生長(zhǎng)機(jī)制的特點(diǎn)：①.VS機(jī)制的雛形是指晶須端部含有一個(gè)螺旋位錯(cuò)，這個(gè)螺旋位錯(cuò)提供了生長(zhǎng)的臺(tái)階，導(dǎo)致晶須的一維生長(zhǎng).②.在VS生長(zhǎng)過(guò)程

8、中氣相過(guò)飽和度是晶體生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，并且決定著晶體生長(zhǎng)的主要形貌:一般而言，很低的過(guò)飽和度對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)平衡狀態(tài)下生長(zhǎng)的完整晶體較低的過(guò)飽和度有利于生長(zhǎng)納米線稍高的過(guò)飽和度有利于生長(zhǎng)納米帶再提高過(guò)飽和度，將有利于形成納米片當(dāng)過(guò)飽和度較高時(shí)，可能會(huì)形成連續(xù)的薄膜過(guò)飽和度非常高，得到的是結(jié)晶不完全的物質(zhì)。表1VLS與VS生長(zhǎng)機(jī)制的對(duì)比表格VLS生長(zhǎng)機(jī)制VS生長(zhǎng)機(jī)制有無(wú)催化劑有無(wú)雜質(zhì)參與可控度靈活度有催化顆粒的存在并不需要催化劑的參與雜質(zhì)的參與對(duì)其生長(zhǎng)有重要作用在端部無(wú)催化顆粒存在，因此產(chǎn)物的純度較高有