化學氣相沉積技術.ppt

《化學氣相沉積技術.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、化學氣相沉積技術目錄化學氣相沉積技術的基本概念Ⅰ.化學氣相沉積技術的定義Ⅱ.化學氣相沉積技術的分類Ⅲ.化學氣相沉積技術的發(fā)展歷程Ⅳ.化學氣相沉積技術的基本原理化學氣相沉積技術的基本理論Ⅰ.CVD技術Ⅱ.CVD制備材料的生長機制Ⅲ.化學氣相沉積的反應過程CVD技術在實驗室的應用化學氣相沉積技術的基本概念化學氣相沉積技術（CVD）是一種材料表面改性技術。是把含有構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反應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,在不改變基體材料成分和不消弱基體材料強度的條件下,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氣相沉積技術的定義：化學氣相沉積技術的分類化學氣相沉積技術的發(fā)展歷程古人類在取暖或燒烤時在巖洞壁或巖石上的黑色碳層80年代低壓CVD成膜技術成為研究熱潮近年來PECVD、LPCVD等高速發(fā)展20世紀60-70年代用于集成電路20世紀50年代主要用于道具涂層三個步驟1.產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)2.將揮發(fā)性物質(zhì)運到沉積區(qū)3.揮發(fā)

3、性物質(zhì)在基體上發(fā)生化學反應原理：CVD是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進行化學反應，生成固態(tài)沉積物的過程。CVD是建立在化學反應基礎上的，要制備特定性能材料首先要選定一個合理的沉積反應。用于CVD技術的通常有如下所述六種反應類型。熱分解反應氧化還原反應化學合成反應化學輸運反應等離子增強反應其他能源增強增強反應化學氣相沉積技術的基本理論Ⅰ.CVD技術CVD技術分為開管氣流法和封管氣流法兩種基本類型。圖1開管系統(tǒng)和閉管系統(tǒng)的反應室示意圖以砷化鎵的外延生長為例，說明開管法的工作流程，該例子涉及的化學反應：⒈開

4、管氣流法特點是反應氣體混合物能夠連續(xù)補充,同時廢棄的反應產(chǎn)物不斷排出沉積室。其主要由雙溫區(qū)開啟式電阻爐及控溫設備、反應管、載氣凈化及載帶導入系統(tǒng)三大部分構成。同時，反應器的類型多種多樣，按照不同劃分標準可以有不同的類型：⑴.開管法的反應器分為三種，分別為立式、水平式、圓盤式和圓筒式.⑵.由反應過程的要求不同，反應器可分為單溫區(qū)、雙溫區(qū)和多溫區(qū).由上述分析，可以歸納出開管法的優(yōu)點：⑴.式樣容易放進和取出⑵.同一裝置可以反復多次使用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為例進行說明

5、該方法，其中涉及到的反應過程這種反應系統(tǒng)是把一定量的反應物和適當?shù)幕w分別放在反應器的兩端,管內(nèi)抽真空后充入一定量的輸運氣體,然后密封,再將反應器置于雙溫區(qū)內(nèi),使反應管內(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：⑴.可降低來自外界的污染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：⑴.材料生長速率慢,不利于大批量生產(chǎn)⑵.有時反應管只能使用一次,沉積成本較高⑶.管內(nèi)壓力測定困難,具有一定的危險性Ⅱ.CVD制備材料的生長機制合成材料主要是通過氣-液-固(

6、VLS)機制和氣-固(VS)機制引導的。⑴.VLS生長機制在所有的氣相法中，應用VLS機制制備大量單晶納米材料和納米結(jié)構應該說是最成功的。VLS生長機制一般要求必須有催化劑(也稱為觸媒)的存在。VLS的生長過程如下：圖2VLS生長機制示意圖VLS生長機制的特點：①.具有很強的可控性與通用性.②.納米線不含有螺旋位錯.③.雜質(zhì)對于納米線生長至關重要，起到了生長促進劑(growthpromoter)的作用.④.在生長的納米線頂端附著有一個催化劑顆粒，并且，催化劑的尺寸很大程度上決定了所生長納米線的最

7、終直徑，而反應時間則是影響納米線長徑比的重要因素之一.⑤.納米線生長過程中，端部合金液滴的穩(wěn)定性是很重要的.⑵.VS生長機制該生長機制一般用來解釋無催化劑的晶須生長過程。生長中，反應物蒸氣首先經(jīng)熱蒸發(fā)、化學分解或氣相反應而產(chǎn)生，然后被載氣輸運到襯底上方，最終在襯底上沉積、生長成所需要的材料。VS的生長過程如下：NucleusVaporⅠⅡⅢ圖3VS生長機制示意圖VS生長機制的特點：①.VS機制的雛形是指晶須端部含有一個螺旋位錯，這個螺旋位錯提供了生長的臺階，導致晶須的一維生長.②.在VS生長過程

8、中氣相過飽和度是晶體生長的關鍵因素，并且決定著晶體生長的主要形貌:一般而言，很低的過飽和度對應于熱力學平衡狀態(tài)下生長的完整晶體較低的過飽和度有利于生長納米線稍高的過飽和度有利于生長納米帶再提高過飽和度，將有利于形成納米片當過飽和度較高時，可能會形成連續(xù)的薄膜過飽和度非常高，得到的是結(jié)晶不完全的物質(zhì)。表1VLS與VS生長機制的對比表格VLS生長機制VS生長機制有無催化劑有無雜質(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)的參與對其生長有重要作用在端部無催化顆粒存在，因此產(chǎn)物的純度較高有