化学气相沉积（CVD）-USTC

《化学气相沉积（CVD）-USTC》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、8.4化学气相沉积（CVD）利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态淀积物的过程．ChemicalVaporDeposition(CVD)，Vaporphaseepitaxy(VPE)；特点：不需要高真空；反应物和副产物为气体；薄膜沉积温度低，速度快；薄膜的结晶性好、结构完整、致密，与衬底粘附性好；极佳的台阶覆盖能力；可获得平滑的沉积表面；可沉积各种金属，半导体，无机物，有机物；可控制材料的化学计量比，纯度高；批量生产，半连续流程；CVD技术的在工业生产中的重要性气体活化方式的不同：普通CVD、等离子体增强CVD(PECVD)，光CVD；金属有机源CVD(MOCVD)等;低压

2、CVD(LPCVD,10~100Pa)，常压CVD(APCVD,1atm)高温CVD(>500oC)，低温CVD(<500oC)CVD分类：CVD技术沉积薄膜中的气体输运和反应过程在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运；气相反应产生新的反应物（前驱体）和副产物；初始反应的反应物和生成物输运到衬底表面；这些组分在衬底表面的吸附；衬底表面的异相催化反应，形成薄膜；表面反应产生的挥发性副产物的脱附；副产物通过对流或扩散离开反应区域直至被排出。CVD过程Schematicdiagramofthechemical,transport,andgeometricalcomplex

3、itiesinvolvedinmodelingCVDprocesses.化学气相淀积所用的反应体系要符合的基本要求：能够形成所需要的材料淀积层或材料层的组合，其它反应产物均易挥发（需要作CVD相图）；反应剂在室温下最好是气态，或在不太高的温度下有相当的蒸气压，且容易获得高纯品；在沉积温度下，沉积物和衬底的蒸汽压要足够低；淀积装置简单，操作方便．工艺上重复性好，适于批量生产，成本低廉．一、化学反应体系热分解反应（Pyrolysis）还原反应（Reduction）氧化反应(Oxidation)反应沉积(Compoundformation)歧化反应(Disproportionation

4、)可逆输运主要反应类型：1)热分解反应：气态氢化物、羟基化合物等在炽热基片上热分解沉积。2)还原反应（Reduction）:用氢气作为还原剂还原气态的卤化物、羰基卤化物和含氧卤化物。氧化反应(Oxidation)4)反应沉积(Compoundformation)SiC可选不同源料：歧化反应(Disproportionation):当挥发性金属可以在不同温度范围内形成不同稳定性的挥发性化合物时，有可能发生歧化反应。金属离子呈现两种价态，低价化合物在高温下更加稳定。600oC300oCEarlyexperimentalreactorforepitaxialgrowthofSifilm

5、s.（歧化反应）6）可逆输运采用氯化物工艺沉积GaAs单晶薄膜，InP，GaP，InAs，(Ga,In)As,Ga(As,P)所有类型的反应都可写成:有些反应是可逆的反应的中间产物反应的选择二、化学气相沉积过程热力学1)反应热力学判据(反应能否进行?)考虑如下化学反应的一般形式自由能变化：(2)其中Gi为i组元的摩尔自由能(3)Gi0为标准状态下的摩尔自由能，ai为i组元的活度。将（3）代入（2）(4)在平衡状态下ΔG＝0生成物和反应物的活度应以平衡态的活度代替：(5)所以(6)K为平衡常数(7)eee以(4)、(5)、(6)可得非平衡状态下的自由能变化(8)表示第i组元的过饱和

6、度(如比值大于1)和亚饱和度(如比值小于1)气相物质的活度可近似的用气相物质的分压代替；固相物质，在最简单的情况下可以把活度近似看成是1.对CVD所依赖的化学反应，方程式(1)的生成物至少有一个为固相(薄膜形式)，其余为气相。气相物质的活度可近似的用气相物质的分压代替；固相物质，在最简单的情况下可以把活度近似看成是1。假如反应物过饱和而生成物亚饱和，那从(8)式可看出ΔG<0，即反应可以自发进行；反之ΔG>0，反应不能进行。依据上述的化学热力学原理，不仅可以判断选定的CVD反应是否可以进行，而且还可判定CVD反应能够进行的趋势和程度，并计算出达到平衡状态时各气相物质的分压。在实际

7、应用状态下，ai和在标准状态下的活度相差不大，对于纯物质可看成是1。因此从(4)可以得出在计算手册中列出了在1atm，25˚C下物质的ΔGo和其他相关热力学数据(比热容、熵和焓等)，据此可以计算一个给定的化学反应在任何温度下的ΔGo。成核率：N*：临界晶核数目A*:临界晶核的截面积w:原子入射速率1、反应要进行，必须ΔG<0；2、要避免异相成核过快及同相成核，必须ΔG尽可能接近0；例1：化学反应的选择与设计1000K，ΔGo=－59.4kcal/mol，平衡常数logK~13若采