激光诱导化学气相沉积法(LCVD).ppt

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1、激光诱导化学气相沉积法(LCVD)气相沉积涂层技术是材料表面改性技术中的一个重要组成部分。由于激光具有高能量密度及良好的相干性能通过激光激活可使常规CVD技术得到强化。LCVD已从最初的金属膜沉积发展到半导体膜、介质膜、非晶态膜以及掺杂膜等在内的各种薄膜材料的沉积。目前，应用连续CO2激光制取TiN膜、TiC膜及复合氮化钛膜已有报道。一、激光化学气相沉积原理及特点1、LCVD反应原理（1）、光LCVD光LCVD是利用反应气体分子或催化分子对特定波长的激光共振吸收，反应气体分子受到激光加热被诱导发生离解的化学反应，在合适的制备工艺参数如激光功率、

2、反应室压力与气氛的比例、气体流量以及反应区温度等条件下形成薄膜。（2）热LCVD热LCVD主要利用基体吸收激光的能量后在表面形成一定的温度场，反应气体流经基体表面发生化学反应，从而在基体表面形成薄LCVD过程是一种急热急冷的成膜过程，基材发生固态相变时，快速加热会造成大量形核，激光辐照后，成膜区快速冷却，过冷度急剧增大，形核密度增大。同时，快速冷却使晶界的迁移率降低，反应时间缩短，可以形成细小的纳米晶粒。二、LCVD实验装置尽管激光诱导化学气相沉积不同薄膜时激光所起到的作用不完全一样，但LCVD装置一般地都由以下几个主要部分组成：（1）源气体净

3、化系统以及可以产生挥发性物质装置，该部件提供反应所需的气体纯物质；（2）光LCVD的激光光源采用紫外超短脉冲激光，光子能量高的准分子激光器；而热LCVD则是采用红外波段光子能量较低的固体或气体激光器。激光辐照方式可分为水平照射型和混合型。水平照射情况下，材料气体吸收光后分解，生成物移向基体并形成薄膜。垂直照射基片表面吸收的材料分子也可光分解，并且照射部位有局部加热效应，将使化学吸附几率增加，而物理吸附减少；（3）真空反应器，是实验最基本的部件，常用的反应器结构有开管式和封管式两种；（4）尾气排放系统。三、成膜特点实验研究表明，激光参与化学气相沉

4、积过程主要有如下明显的优点：（1）由于光的激发作用而使源气体分子的分解、吸附和反应等动力学过程加快，从而可以提高膜的沉积速率；（2）由于微区局部高温，膜的杂质含量少，且可避免掺杂物在高温下产生重新分布基片产生的热形变小；（3）结合力很高；（4）金属沉积仅发生在激光照射区域，不屏蔽就可达到局部成膜的目的，可采用计算机控制膜层线路；（5）可根据物质对光吸收的选择性，利用改变激光波长、材料气种类等方法实现多种薄膜的沉积，（6）空间分辨和控制，既可以进行微小区域的沉积，也可以进行大面积沉积，容易实现自动控制等，这对微电子器件和大规模集成电路的生产和修补

5、具有重大意义。四、激光化学气相沉积的应用与发展1、LCVD半导体薄膜材料LCVD技术在半导体薄膜生长中的特点具有非常引人注目的优越性，目前LCVD已可制备包括元素半导体，化合物半导体及非晶态半导体在内的各类晶体薄膜。LCVD可在水平及垂直照射下，低温形成多晶或单晶Si，晶态Si是微电子集成电路的首选材料。用CO2红外激光诱导化学气相沉积方法制备的纳米Si，团聚少，并且可以连续制备。梁礼正等人认为，这主要因为激光强度大，则SiH4受热分解的温度高，纳米Si的成核率也就越高，纳米Si核的密度大，每一个核生长所吸收的Si原子数目越少，从而所得到的纳米

6、Si粒径小而均匀。2、金刚石、纳米碳管与超硬膜,应用CO2激光技术和乙炔作为反应气体，可在较低的气压和温度下进行激光气相反应生成金刚石粉。反应温度约为500-550°C，合成产物包含多原子簇、石墨、非晶碳和球形金刚石颗粒，粒径约为0.3μm。应用波长为193μm的ArF紫外激光化学气相沉积可获得纳米碳化氮薄膜，所使用的原料为C2H2与NH3的混合气体，Si和TiN作为基体，氮与碳以单键和双键结合，薄膜中有纳米晶存在。在固液界面上应用脉冲激光化学法也可合成纳米超硬膜。如应用脉冲激光技术可制备双层和多层TiN和TiC薄膜，基体温度范围为300-70

7、0°C。TiN-AlN:界面处的化学反应和交互作用，形成了不同的合金相。通过控制层厚和基体温度可以控制Ti-Al-N:的微结构。3、介质膜LCVD技术还可以在沉积包括绝缘膜、保护膜、SIM制造、抗损膜、增透膜等介质膜的生长中。如用激光化学气相沉积法合成SiC和Si3N4复合纳米颗粒。SiC和Si3N4是重要的高温陶瓷材料，SiC也是重要的介电材料和半导体材料。据文献.报道，目前研究的重点是SiC和Si3N4复合化以及组织上的纳米化，从而提高强度和韧性。进一步的研究发现，纳米化后的纯SiC和纯Si3N4颗粒难以进行均匀的复合化，LCVD是一种有效

8、的纳米材料合成方法，通过改变反应气体的流量比也可以改变成分，有望同时实现复合化和纳米化。LCVD法制备纳米微粉具有成分纯度高，粒形规则，粒径小而均匀，