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1、化學(xué)氣相沉積技術(shù) -----研究和材料制備凝聚態(tài)專業(yè)研究生郝永皓指導(dǎo)教師趙建偉副教授化學(xué)氣相沉積內(nèi)容總覽氣相沉積的分類、解釋化學(xué)氣相沉積的含義、基本原理、技術(shù)、生長機(jī)制及制備材料的一般步驟化學(xué)氣相沉積與無機(jī)材料的制備化學(xué)氣相沉積的5種新技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用一、氣相沉積技術(shù)分類及解釋氣相沉積物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition，簡稱PVD）化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD)氣相沉積一種在基體上形成一層功能膜的技術(shù)，它是利用氣相之間的反應(yīng)，在各種材料或制品表面沉積單層或多
2、層膜，從而使材料或制品獲得所需的各種優(yōu)異性能。氣相沉積技術(shù)分類及解釋物理氣相沉積在真空條件下，利用各種物理方法，將鍍料氣化成原子、分子，直接沉積基體表面上的方法。物理氣相沉積主要包括真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍膜等。氣相沉積技術(shù)分類及解釋化學(xué)氣相沉積把含有構(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?；瘜W(xué)氣相沉積法主要包括常壓化學(xué)氣相沉積低壓化學(xué)氣相沉積和兼有CVD和PVD兩者特點(diǎn)的等離子化學(xué)氣相沉積等。氣相沉積技術(shù)分類及解釋如今，CVD的趨向是向低溫和高真空兩個方向發(fā)展，
3、出現(xiàn)了新方法包括：1.金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MetalorganicChemicalVaporDeposition，簡稱MOCVD)2.等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PlasmaEnhanceChemicalVaporDeposition，簡稱PECVD）3.激光化學(xué)氣相沉積(LaserChemicalVaporDeposition，簡稱LCVD)氣相沉積技術(shù)分類及解釋4.真空化學(xué)氣相沉積(UltravioletHighVoid/ChemicalVaporDeposition，簡稱UHV/CVD)射頻加熱化學(xué)氣相沉積(RadioFrequency/
4、ChemicalVaporDeposition,簡稱RF/CVD)紫外光能量輔助化學(xué)氣相沉積(UltravioletVoid/ChemicalVaporDeposition,簡稱UV/CVD)低壓化學(xué)氣相沉積(LowPressChemicalVaporDeposition簡稱LPCVD)二、化學(xué)氣相沉積基本理論CVD含義CVD基本原理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)沉積物的工藝過程。最常見的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)有:熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成反應(yīng)和化學(xué)傳輸反應(yīng)。舉例如下：熱分解反應(yīng)：氫化物分解,沉積硅反應(yīng)過程：金屬有機(jī)化合物分解,沉積化學(xué)
5、氣相沉積基本理論反應(yīng)過程:羰基氯化物分解,沉積貴金屬及其他過渡族金屬反應(yīng)過程：化學(xué)合成反應(yīng)主要用于絕緣膜的沉積，如沉積反應(yīng)過程：化學(xué)傳輸反應(yīng)化學(xué)氣相沉積基本理論主要用于稀有金屬的提純和單晶生長，如ZnSe單晶生長反應(yīng)過程：CVD技術(shù)CVD技術(shù)分為開管氣流法和封管氣流法兩種基本類型。開管氣流法特點(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。化學(xué)氣相沉積基本理論以砷化鎵的氣相外延為例，說明開管法的工作流程，該例子涉及的化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)氣相沉積基本理論圖
6、1砷化鎵氣相外延裝置示意圖AsCl3化學(xué)氣相沉積基本理論同時，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：開管法的反應(yīng)器分為三種，分別為水平式、立式和筒式由反應(yīng)過程的要求不同，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，可以歸納出開管法的優(yōu)點(diǎn)：式樣容易放進(jìn)和取出同一裝置可以反復(fù)多次使用沉積條件易于控制，結(jié)果易于重現(xiàn)化學(xué)氣相沉積基本理論封管氣流法以ZnSe為例進(jìn)行說明該方法，其中涉及到的反應(yīng)過程這種反應(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)
7、形成一溫度梯度?；瘜W(xué)氣相沉積基本理論(a)裝料和封管（b）爐溫分布和晶體生長圖2碘封管化學(xué)輸運(yùn)生長晶體硒化鋅單晶ZnSe21化學(xué)氣相沉積基本理論由上述分析，可以歸納出封管法的優(yōu)點(diǎn)：可降低來自外界的污染不必連續(xù)抽氣即可保持真空原料轉(zhuǎn)化率高封官法也有其自身的局限性，有如下幾點(diǎn)：材料生長速率慢,不利于大批量生產(chǎn)有時反應(yīng)管只能使用一次,沉積成本較高管內(nèi)壓力測定困難,具有一定的危險性化學(xué)氣相沉積基本理論此外，CVD技術(shù)還有近間距法和熱絲法圖3近間距法外延生長裝置圖GaAs襯底化學(xué)氣相沉積基本理論副產(chǎn)物圖4三氯氫硅氫還原法沉積多晶硅裝置示意圖化學(xué)氣相沉積基本
8、理論CVD制備材料的生長機(jī)制合成材料主要是通過氣-液-固(VLS)機(jī)制和氣-固(VS)機(jī)制引導(dǎo)的。VLS生長機(jī)制在所有的氣相法中，應(yīng)用V
