化学气相沉积与无机材料的制备课件.ppt

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1、化学气相沉积技术-----研究和材料制备凝聚态专业研究生郝永皓指导教师赵建伟副教授化学气相沉积内容总览气相沉积的分类、解释化学气相沉积的含义、基本原理、技术、生长机制及制备材料的一般步骤化学气相沉积与无机材料的制备化学气相沉积的5种新技术化学气相沉积技术在其他领域的应用一、气相沉积技术分类及解释气相沉积物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD）化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)气相沉积一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多

2、层膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。气相沉积技术分类及解释物理气相沉积在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子，直接沉积基体表面上的方法。物理气相沉积主要包括真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等。气相沉积技术分类及解释化学气相沉积把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方法。化学气相沉积法主要包括常压化学气相沉积低压化学气相沉积和兼有CVD和PVD两者特点的等离子化学气相沉积等。气相沉积技术分类及解释如今，CVD的趋向是向低温和高真空两个方向发展，

3、出现了新方法包括：1.金属有机化学气相沉积技术(MetalorganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)2.等离子增强化学气相沉积（PlasmaEnhanceChemicalVaporDeposition，简称PECVD）3.激光化学气相沉积(LaserChemicalVaporDeposition，简称LCVD)气相沉积技术分类及解释4.真空化学气相沉积(UltravioletHighVoid/ChemicalVaporDeposition，简称UHV/CVD)射频加热化学气相沉积(RadioFrequency/

4、ChemicalVaporDeposition,简称RF/CVD)紫外光能量辅助化学气相沉积(UltravioletVoid/ChemicalVaporDeposition,简称UV/CVD)低压化学气相沉积(LowPressChemicalVaporDeposition简称LPCVD)二、化学气相沉积基本理论CVD含义CVD基本原理CVD是利用气态物质在固体表面进行化学反应,生成固态沉积物的工艺过程。最常见的化学气相沉积反应有:热分解反应、化学合成反应和化学传输反应。举例如下：热分解反应：氢化物分解,沉积硅反应过程：金属有机化合物分解,沉积化学

5、气相沉积基本理论反应过程:羰基氯化物分解,沉积贵金属及其他过渡族金属反应过程：化学合成反应主要用于绝缘膜的沉积，如沉积反应过程：化学传输反应化学气相沉积基本理论主要用于稀有金属的提纯和单晶生长，如ZnSe单晶生长反应过程：CVD技术CVD技术分为开管气流法和封管气流法两种基本类型。开管气流法特点是反应气体混合物能够连续补充,同时废弃的反应产物不断排出沉积室。其主要由双温区开启式电阻炉及控温设备、反应管、载气净化及载带导入系统三大部分构成。化学气相沉积基本理论以砷化镓的气相外延为例，说明开管法的工作流程，该例子涉及的化学反应：化学气相沉积基本理论图

6、1砷化镓气相外延装置示意图AsCl3化学气相沉积基本理论同时，反应器的类型多种多样，按照不同划分标准可以有不同的类型：开管法的反应器分为三种，分别为水平式、立式和筒式由反应过程的要求不同，反应器可分为单温区、双温区和多温区由上述分析，可以归纳出开管法的优点：式样容易放进和取出同一装置可以反复多次使用沉积条件易于控制，结果易于重现化学气相沉积基本理论封管气流法以ZnSe为例进行说明该方法，其中涉及到的反应过程这种反应系统是把一定量的反应物和适当的基体分别放在反应器的两端,管内抽真空后充入一定量的输运气体,然后密封,再将反应器置于双温区内,使反应管内

7、形成一温度梯度。化学气相沉积基本理论(a)装料和封管（b）炉温分布和晶体生长图2碘封管化学输运生长晶体硒化锌单晶ZnSe21化学气相沉积基本理论由上述分析，可以归纳出封管法的优点：可降低来自外界的污染不必连续抽气即可保持真空原料转化率高封官法也有其自身的局限性，有如下几点：材料生长速率慢,不利于大批量生产有时反应管只能使用一次,沉积成本较高管内压力测定困难,具有一定的危险性化学气相沉积基本理论此外，CVD技术还有近间距法和热丝法图3近间距法外延生长装置图GaAs衬底化学气相沉积基本理论副产物图4三氯氢硅氢还原法沉积多晶硅装置示意图化学气相沉积基本

8、理论CVD制备材料的生长机制合成材料主要是通过气-液-固(VLS)机制和气-固(VS)机制引导的。VLS生长机制在所有的气相法中，应用V