化學(xué)氣相沉積法

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1、化學(xué)氣相沉積法摘要：本文從化學(xué)氣相沉積法的概念出發(fā)，詳細闡述了利用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯以及薄膜，并展望了未來化學(xué)氣相沉積法可能的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：化學(xué)氣相沉積法；制備；應(yīng)用一、前言近年來，各國科學(xué)工作者對化學(xué)氣相沉積進行了大量的研究，并取得一定的顯著成果。例如，從氣態(tài)金屬鹵化物（主要是氯化物）還原化合沉積制取難熔化合物粉末及各種涂層（包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物）的方法。其中化學(xué)沉積碳化鈦技術(shù)已十分成熟?；瘜W(xué)氣相沉積還廣泛應(yīng)用于薄膜制備，主要為Bchir等使用鎢的配合物Cl4(RCN)W(NC

2、3H5)作為制備氮化鎢或者碳氮共滲薄膜的原料—CVD前驅(qū)體；Chen使用聚合物化學(xué)氣相沉積形成的涂層提供了一個有吸引力的替代目前濕法化學(xué)為主的表面改善方法。同時，采用CVD方法制備CNTS的研究也取得很大的進展和突破，以及通過各種實驗研究了不同催化劑對單壁納米碳管的產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，并取得了一定的成果。二、化學(xué)氣相沉積法概述1、化學(xué)沉積法的概念化學(xué)氣相沉積(Chemicalvapordeposition，簡稱CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材

3、料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程。與之相對的是物理氣相沉積（PVD）。化學(xué)氣相沉積是一種制備材料的氣相生長方法，它是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入放置有基材的反應(yīng)室，借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)。2、化學(xué)氣相沉積法特點(1)在中溫或高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而形成固體物質(zhì)沉積在基體上。(2)可以在常壓或者真空條件下負壓“進行沉積、通常真空沉積膜層質(zhì)量較好(3)采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的

4、溫度下進行(4)涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合鍍層。(5)可以控制涂層的密度和涂層純度。(6)繞鍍件好?？稍趶?fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復(fù)雜形狀的工件。由于它的繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔，甚至是盲孔的工件。(7)沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但可通過各種技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)進行氣相擾動，以改善其結(jié)構(gòu)。(8)可以通過各種反應(yīng)形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物涂層。三、化學(xué)氣相沉積法的應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)需要使用大量功能各異的無機新材料，

5、這些功能材料必須是高純的，或者是在高純材料中有意地摻入某種雜質(zhì)形成的摻雜材料。但是，我們過去所熟悉的許多制備方法如高溫熔煉、水溶液中沉淀和結(jié)晶等往往難以滿足這些要求，也難以保證得到高純度的產(chǎn)品。因此，無機新材料的合成就成為現(xiàn)代材料科學(xué)中的主要課題。化學(xué)氣相淀積是近幾十年發(fā)展起來的制備無機材料的新技術(shù)?；瘜W(xué)氣相淀積法已經(jīng)廣泛用于提純物質(zhì)、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機薄膜材料。這些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素間化合物

6、，而且它們的物理功能可以通過氣相摻雜的淀積過程精確控制。目前，化學(xué)氣相淀積已成為無機合成化學(xué)的一個新領(lǐng)域。1、化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯化學(xué)氣相沉積(CVD)法是近年來發(fā)展起來的制備石墨烯的新方法，具有產(chǎn)物質(zhì)量高、生長面積大等優(yōu)點，逐漸成為制備高質(zhì)量石墨烯的主要方法。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu),是構(gòu)成其他維數(shù)碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元?；瘜W(xué)氣相沉積法制備石墨烯早在20世紀70年代就有報道，當時主要采用單晶Ni作為基體，但所制備出的石墨烯主要采用表面科學(xué)的方法表征，其質(zhì)量和連續(xù)性等都不清楚。隨

7、后，人們采用單晶等基體。在低壓和超高真空中也實現(xiàn)了石墨烯的制備，但直到2009年初與韓國成均館大學(xué)利用沉積有多晶Ni膜的硅片作為基體制備出大面積少層石墨烯，并將石墨烯成功地從基體上完整地轉(zhuǎn)移下來，從而掀起了化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的熱潮。石墨烯的CVD生長主要涉及三個方面：碳源；生長基體和生長條件；氣壓、載氣、溫度等。石墨烯的CVD法制備最早采用多晶Ni膜作為生長基體,麻省理工學(xué)院的J.Kong研究組，通過電子束沉積的方法，在硅片表面沉積500nm的多晶Ni膜作為生長基體，利用CH4為碳源，氫氣為載氣。

8、的CVD法生長石墨烯，生長溫度為900益~1000益。韓國成均館大學(xué)的B.H.Hong研究組，采用類似的CVD法生長石墨烯:生長基體為電子束沉積的300nm的Ni膜，碳源為CH4生長溫度為1000益，載氣為氫氣和氬氣的混合氣。采用該生長條件制備的石墨烯的形貌圖。由于Ni生長石墨烯遵循滲碳析碳生長機制，因此所得石墨烯的層數(shù)分布很大程度上取決于降溫速率。采用Ni膜作為基體生長石墨烯具有以下特點：石墨烯的晶粒尺寸較小層數(shù)不均一且難以控制在晶界處往