《化學(xué)氣相沉積》PPT課件.ppt

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1、第八章氣相沉積技術(shù)8-3化學(xué)氣相沉積（CVD）化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過程?；瘜W(xué)氣相沉積的過程可以在常壓下進(jìn)行，也可以在低壓下進(jìn)行。CVD技術(shù)是當(dāng)前獲得固態(tài)薄膜的方法之一。與物理氣相沉積不同的是：化學(xué)氣相沉積粒子來源于化合物的氣相分解反應(yīng)。在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體上形成一種金屬或化合物的固態(tài)薄膜或鍍層。一、CVD反應(yīng)過程及一般原理在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的CVD過程，其化學(xué)反應(yīng)是不均勻的，可在襯底表面或襯底表面以外的空間進(jìn)行。襯底表面的大致過程如下：（1）反應(yīng)氣體向襯底表面擴(kuò)散。（2

2、）反應(yīng)氣體分子被吸附于襯底表面。（3）在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、表面移動、成核及膜生長。（4）生成物從表面解吸。（5）生成物在表面擴(kuò)散。（1）反應(yīng)氣體向襯底表面擴(kuò)散。（2）反應(yīng)氣體分子被吸附于襯底表面。（3）在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、表面移動、成核及膜生長。（4）生成物從表面解吸。（5）生成物在表面擴(kuò)散。CVD基本條件:沉積溫度下必須有足夠高的蒸汽壓；反應(yīng)生成物除所需沉積物為固態(tài)外，其余為氣態(tài)；沉積物本身飽和蒸汽壓足夠低。二、CVD反應(yīng)三、CVD的特點CVD與其他涂層方法相比，具有如下特點：（1）設(shè)備簡單，操作維護(hù)方便，靈活性強(qiáng)，既可制造金屬膜、非金屬膜，又可按要求制造多種成分的合

3、金、陶瓷和化合物鍍層。（2）可在常壓或低真空狀態(tài)下工作，鍍膜的繞射性好，形狀復(fù)雜的工件或工件中的深孔、細(xì)孔都能均勻鍍膜。（3）由于沉積溫度高，涂層與基體之間結(jié)合好，這樣，經(jīng)過CVD法處理后的工件，即使用在十分惡劣的加工條件下，涂層也不會脫落。（4）涂層致密而均勻，并且容易控制其純度、結(jié)構(gòu)和晶粒度。（5）沉積層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，不耐彎曲。但通過各種技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氣相擾動，可以得到細(xì)晶粒的等軸沉積層。該法最大缺點是沉積溫度高，一般在700～1100℃范圍內(nèi)，許多材料都經(jīng)受不了這樣高的溫度，使其用途受到很大的限制。四、CVD的應(yīng)用利用CVD技術(shù)，可以沉積出玻璃態(tài)薄膜，也能制

4、出純度高、結(jié)構(gòu)高度完整的結(jié)晶薄膜，還可沉積純金屬膜、合金膜以及金屬間化合物。這些新材料由于其特殊的功能已在復(fù)合材料、微電子學(xué)工藝、半導(dǎo)體光電技術(shù)、太陽能利用、光纖通信、超導(dǎo)電技術(shù)和保護(hù)涂層等許多新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。1.復(fù)合材料制備CVD法制備的纖維狀或晶須狀的沉積物在發(fā)展復(fù)合材料方面它具有非常大的作用。如Be、B、Fe、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4、AlN和BN等纖維或晶須增強(qiáng)的Al、Mg、Ti、Ni、Cu及各種樹脂類高分子聚合物等的復(fù)合材料，以及纖維和晶須增強(qiáng)的各種陶瓷類復(fù)合材料。2.微電子學(xué)工藝半導(dǎo)體器件，特別是大規(guī)模集成電路的制作，其基本工藝流程都是

5、由外延、掩膜、光刻、擴(kuò)散和金屬連接等過程組合而成的。其中半導(dǎo)體膜的外延、P—N結(jié)擴(kuò)散源的形成、介質(zhì)隔離、擴(kuò)散掩膜和金屬膜的沉積等是這些工藝的核心步驟。3.半導(dǎo)體光電技術(shù)半導(dǎo)體光電技術(shù)包括半導(dǎo)體光源、光接受、光波導(dǎo)、集成光路及光導(dǎo)纖維等一系列基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的邊緣學(xué)科。CVD法可以制備半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體發(fā)光器件、光接受器和光集成光路等。4.太陽能利用利用無機(jī)材料的光電轉(zhuǎn)換功能制成太陽能電池是太陽能利用的一個重要途徑。制成了多種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，如SiO2/Si，GaAs/GaAlAs等，它們幾乎全制成薄膜形式。氣相沉積是最主要的制備技術(shù)。5.光纖通信光纖通信由于其容量大、

6、抗電磁干擾、體積小、對地形適應(yīng)性高、保密性高以及制造成本低等優(yōu)點，因此得到迅速發(fā)展。通信用的光導(dǎo)纖維是用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制得的石英玻璃棒經(jīng)燒結(jié)拉制而成的。利用高純四氯化硅和氧氣可以很方便地沉積出高純石英玻璃。6.超電導(dǎo)技術(shù)化學(xué)氣相沉積生產(chǎn)的Nb3Sn超導(dǎo)材料是目前繞制高場強(qiáng)小型磁體的最優(yōu)良材料。化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)出來的其他金屬間化合物超導(dǎo)材料還有V3Ga和Nb3Ga等。7.保護(hù)涂層化學(xué)氣相沉積在保護(hù)涂層領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。CVD法可以沉積多種元素及其氮化物、氧化物、硼化物、硅化物和磷化物，在耐磨鍍層中，用于金屬切削刀具占主要地位。CVD法生產(chǎn)粉紅色鉆石五、CVD與PVD

7、比較工藝溫度高低是CVD和PVD之間的主要區(qū)別。溫度對于高速鋼鍍膜具有重大意義。CVD法的工藝溫度超過了高速鋼的回火溫度，用CVD法鍍制的高速鋼工件，必須進(jìn)行鍍膜后的真空熱處理，以恢復(fù)硬度。鍍后熱處理會產(chǎn)生不容許的變形。CVD與PVD比較CVD工藝對進(jìn)入反應(yīng)器工件的清潔要求比PVD工藝低一些，因為附著在工件表面的一些污物很容易在高溫下燒掉。此外，高溫下得到的鍍層結(jié)合強(qiáng)度要更好些。CVD鍍層往往比各種PVD鍍層略厚一些，前者厚度在7.5μm左右，后者通常不到2.5μm厚。CVD鍍層的表面略比基體的表面粗糙些。相反，P