第五章 CVD在无机合成与材料制备中的应用ppt课件.ppt

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1、第五章CVD在无机合成与材料制备中的应用第1节化学气相沉积的简短历史回顾第2节化学气相沉积的技术原理第1节化学气相沉积的简短历史回顾化学气相沉积是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术ChemicalVaporDeposition简称CVDCVD，20世纪60年代由美国人JohnMBlocherJr在«VaporDeposition»一书中首先提出，积极推动CVD国际学术的交流化学气相沉积技术在古人类时已被应用，无意识的，取暖或烧烤时熏在岩石上的黑色碳层，它是木材或食物加热释放的有机气体，燃烧，分解，沉积在岩壁上形成的现代CVD技术发展的开始阶段在2

2、0世纪50年代，主要是刀具涂层的应用，以碳化钨为基材的硬质合金刀经CVD技术涂层处理后切削性能提高，耐用，经济效益显著二十世纪六七十年代以来，CVD技术随半导体和集成电路技术的发展而迅速发展。目前，CVD技术是生产超纯多晶硅的惟一方法日本在蓝色发光器件中关键的氮化镓外延生长方面有突破进展，已批量生产前苏联在70年代引入原子氢开创了激活低压CVD金刚石薄膜生长技术，当时在全世界形成一股研究浪潮我国在CVD技术生长高温超导体薄膜和CVD基础理论方面有一些开创性成果，建立了低压CVD模拟模型，在激活低压CVD金刚石生长热力学方面，据非平衡热力学原理，开拓了非平衡定态相图及其计算的新

3、领域第2节化学气相沉积的技术原理CVD技术用于无机合成和材料制备的特点：淀积反应如在气固界面上发生则淀积物将按原有固态基底的形状包复一层薄膜采用CVD技术可以得到单一的无机合成物质，并用于原材料的制备如果采用某种基底材料，在沉积物达到一定厚度以后又容易与基底分离，就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状物质，或者使沉积反应发生在气相中而不是基底的表面上，这样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米尺度的微粒CVD技术对原料、产物、反应类型的要求：反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质反应易于生成所需要的沉积物而其它副产物保

4、留在气相排出或易于分离整个操作较易于控制适用于化学气相沉积的反应类型：简单热分解和热分解反应沉积通常ⅡB族、ⅢB族和ⅣB族的低周期元素氢化物都是气态物质，加热后易分解出相应元素一些有机烷氧基的元素化合物，高温不稳定，分解成该元素的氧化物，例如：也可利用氢化物或有机烷基化合物的不稳定性，热分解后立即在气相中和其它原料气反应成固态沉积物，例如：有一些金属的羰基化合物，本身是气态或易挥发的液态，经热分解沉积出金属膜并放出一氧化碳，例如：因为金属化合物往往是一些无机盐类，挥发性很低，不适于做CVD技术的原料气，而有机烷基金属通常是气体或易挥发的物质，所以在制备金属或金属化合物薄膜时，

5、常采用这些有机烷基金属为原料2.氧化还原反应沉积对于适用于CVD技术的一些元素的氢化物或有机烷氧化物，向其中通入氧气，使之发生氧化反应而沉积出该元素的氧化物薄膜，例如：许多负一价的卤化物是气态或易挥发的物质，广泛地作为原料气，要得到相应元素的薄膜就采用氢气还原的方法上个反应是目前工业规模生产半导体级超纯硅的基本方法，其纯度大于99.9999999％，简称九个93.其它合成反应沉积在CVD技术中使用最多的反应类型是两种或两种以上原料气在沉积反应器中生成所需要的无机薄膜或其它材料形式，例如：4.化学输运反应沉积一些物质本身在高温下会气化分解沉积在反应器稍冷的地方形成薄膜、晶体或粉

6、末，例如：但有些原料本身不易分解，需添加输运剂来促进中间气态产物的生成这类输运反应中通常是T2大于T1但个别反应是例外的，例如碘钨灯管工作时不断发生的化学输运过程就是由低温向高温方向进行的。5.等离子体增强的反应沉积在低真空条件下，利用直流电压、交流电压、射频、微波或电子回旋共振等方法实现气体辉光放电在沉积反应器中产生等离子体。等离子体中正离子、电子和中性反应分子相互碰撞，可大大降低沉积温度。例如：（制太阳能电池）6.其它能源增强的反应沉积利用激光束、火焰燃烧法或热丝法都可以实现增强沉积反应的目的利用外界能源输入能量有时会改变沉积物的品种和晶体结构，例如：碳黑主要由非晶碳和细

7、小石墨颗粒组成若同时利用热丝或等离子体使氢分子解离成氢原子就有可能在大气压或更低压力下沉积出金刚石而不是石墨甚至在沉积金刚石的同时石墨被腐蚀掉，实现了过去认为似乎不可能实现在低压下从石墨到金刚石的转变第3节化学气相沉积的装置CVD装置组成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在等离子增强型或其它能源激活型CVD装置中还需要激励能源控制部件沉积反应组装置的分类半导体超纯多晶硅的沉积生产装置常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置热壁LPCVD装置等离子体增强CVD装置履带式常压CVD装置模块式多