气相沉积法制备纳米材料课件.ppt

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1、化学气相沉积法化学气相沉积(CVD)的原理化学气相沉积(CVD)的特点化学气相沉积(CVD)的基本要求化学气相沉积(CVD)的反应类型化学气相沉积(CVD)的CVD技术的热动力学原理化学气相沉积的五个主要的机构(a)反应物已扩散通过界面边界层；(b)反应物吸附在基片的表面；(c)化学沉积反应发生；(d)部分生成物已扩散通过界面边界层；(e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统CVD反应是由这五个主要步骤所构成的。因为进行这五个的发生顺序成串联，因此CVD反应的速率取决于步骤，将由这五个步骤里面最慢的一个来决定。基本要求：（

2、1）反应物最好是气态，或在不太高的温度就有相当的蒸气压，且容易获得高纯品；（2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发；（3）沉积装置简单，操作方便，工艺上具有重现性，适于批量生产，成本低廉。CVD基本要求CVD装置气源控制部件、沉积反应室、沉积温控部件、真空排气和压强控制部件等超真空化学气相沉积系统金属有机化学气相沉积系统CVD装置CVD样品CVDZnSCVDZnSe加热底物至所需温度，通入反应物气体使之发生分解，在底物上沉积出固体材料。关键：反应源物质和热解温度例如，氢化物(Hydrides)、羰基化合物(Car

3、bonyl)、有机金属化合物(Organometalliccompounds)SiH4(g)Si(s)+2H2(g)(650°C)Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)(180°C)Ga(CH3)3+AsH3GaAs+3CH4(630°C)CVD反应类型1.热分解反应(Pyrolysis)元素的卤化物、羰基卤化物或含氧化合物在还原性气体氢气的存在下，还原得到金属单质。SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)(1200°C)WF6(g)+3H2(g)W(s)+6HF(g)(300°C)MoF6(g)+3H

4、2(g)Mo(s)+6HF(g)(300°C)SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)(1200°C)——工业制备半导体超纯硅的基本方法反应类型2.还原反应(Reduction)元素的氢化物或有机烷基化合物常常是气态或易于挥发的液体或固体，同时通入氧气，反应后沉积出相应于该元素的氧化物薄膜。SiH4(g)+O2(g)SiO2(s)+2H2(g)(450°C)4PH3(g)+5O2(g)2P2O5(s)+6H2(g)(450°C)SiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)SiO2(g)+4HCl(g)(1500

5、°C)反应类型3.氧化反应(Oxidation)两种或两种以上的反应原料气在沉积反应器中作用。要求：反应的前躯体挥发性强，气态反应性强。SiCl4(g)+CH4(g)SiC(s)+4HCl(g)(1400°C)TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)(1000°C)BF3(g)+NH3(g)BN(s)+3HF(g)(110°C)3SiCl2H2+4NH3(g)Si3N4(s)+6H2(g)+6HCl(g)(750°C)反应类型4.化学合成反应(CompoundFormation)Disproportiona

6、tionreactionsarepossiblewhenmetalscanformvolatilecompoundshavingdifferentvalencestatesdependingonthetemperature.300°C2GeI2(g)Ge(s)+GeI4(g)600°CGe,Al,B,Ga,In,Si,Ti,Zr,Be,Cr的卤化物lower-valentstate(stableathighT)反应类型5.歧化反应(Disproportionation)把所需要的沉积物质作为反应源物质，用适当的气体介质与之反

7、应，形成一种气态化合物，这种气态化合物借助载气输送到与源区温度不同的沉积区，再发生可逆反应，使反应源物质重新沉积出来。2HgS(s)2Hg(g)+S2(g)2ZnS(s)+2I2(g)2ZnI2(g)+S2(g)(通常T2

8、I4+TiI2====2TiI33、反应器化学气相沉积(CVD)直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体,然后使它们在气态下发生物理或化学作用,最后凝聚长大形成纳米微粒的方法。物质气体纳米微粒物理作用化学作用固相法固相法