在无机合成与材料制备中的应用ppt课件.ppt

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1、CVD在无机合成与材料制备中的应用一、化学气相沉积的简短历史回顾二、化学气相沉淀的技术原理(重点）三、化学气相沉淀的技术装置四、CVD技术的一些理论模型一、化学气相沉积的简短历史回顾1.CVD(ChemicalVaporDeposition)的定义:化学气相沉积（ChemicalVapourDeposition）是利用气态物质在一定温度下于固体表面上进行化学反应，生成固态沉积膜的过程，常称CVD法。在钢件表面沉积TiC层将Ti以挥发性TiCl4形式与气态或蒸气态的碳氢化合物一起送入高温的真空反应室，用

2、氢气作为载体气和稀释剂，即会在反应室内钢件表面上发生化学反应：TiC被沉积在工件的表面。古人类取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色层中国古代炼丹术中的“升炼”20世纪50年代现代CVD技术用于刀具涂层（碳化钨为基材经CVD氧化铝、碳化钛、氮化钛）20世纪60、70年代半导体和集成电路技术、超纯多晶硅2.历史的简短回顾二、化学气相沉积的技术原理CVD技术是原料气或蒸气通过气相反应沉积出固态物质，因此CVD技术用于无机合成合材料有以下特点：1、沉积反应如在气固界面上发生则沉积物将按照原有基底（又称衬底）的

3、形状包复一层薄膜。实例：涂层刀具2、采用CVD技术也可以得到单一的无机合成物质，并用以作为原材料制备。实例：气相分解硅多晶硅。3、如果采用基底材料，在沉积物达到一定厚度以后又容易与基地分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。实例：碳化硅器皿、合金刚石膜部件。4、在CVD技术中也可以沉积生成集体或细粉状物质。例如生成银朱或丹砂或者使沉积反应发生在气相中而不是在基底的表面上，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。例如生成比表面极大的二氧化硅(俗称白碳黑)用于作为硅橡胶的优

4、质增强填料，或者生成比表面大、具有光催化特性的二氧化钛超细粉末等。用于化学气相沉积的反应类型大体如下所述:2.1简单热分解和热分解反应沉积2.2氧化还原反应沉积2.3其它合成反应沉积2.4化学输运反应沉积2.5等离子增强的反应沉积2.6其它能源增强的反应沉积2.1简单热分解和热分解反应沉积通常IVB族ⅢB族和ⅡB族的一些低周期元素的氢化物如CH4、SiH4、GeH4、B2H6(乙硼烷)、PH3、AsH3等都是气态化合物，而且加热后易分解出相应的元素。因此很适合用于CVD技术中作为原料气。其中CH4，S

5、iH4分解后直接沉积出固态的薄膜，GeH4也可以混合在SiH4中，热分解后直接得Si-Ge合金膜。例如：也有一些有机烷氧基的元素化合物，在高温时不稳定，热分解生成该元素的氧化物，例如：也可以利用氢化物或有机烷基化合物的不稳定性，经过热分解后立即在气相中和其它原料气反应生成固态沉积物，例如：此外还有一些金属的碳基化合物，本身是气态或者很容易挥发成蒸气经过热分解，沉积出金属薄膜并放出气体，例如：值得注意的是通常金属化合物往往是一些无机盐类，挥发性很低，很难作为CVD技术的原料气，而有机烷基金属则通常是气体

6、或易挥发的物质，因此制备金属或金属化合物薄膜时，常常采用这些有机烷基金属为原料，形成了一类金属有机化学气相沉积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition简称为MOCVD)技术。2.2氧化还原反应沉积一些元素的氢化物或有机烷基化合物常常是气态的或者是易于挥发的液体或固体．便于使用在CVD技术中。如果同时通入氧气，在反应器中发生氧化反应时就沉积出相应于该元素的氧化物薄膜。例如卤素通常是负一价，许多卤化物是气态或易挥发的物质，因此在CVD技术中广泛地将之作为原料气。要得到相应

7、的该元素薄膜就常常带采用氢还原的方法。例如：2.3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的反应原料气在沉积反应器中相互作用合成得到所需要的无机薄膜或其它材料形式。例如：2.4化学输运反应沉积有一些物质本身在高温下会气化分解，然后在沉积反应器稍冷的地方反应沉积生成薄膜、晶体或粉末等产物。例如前面介绍的HgS就属于这一类，具体的反应可以写成：也有的时候原料物质本身不容易发生分解，而需添加另一物质(称为输运剂)来促进输运中间气态产物的生成。例如：2.5等离子体增强的反应沉积在低真空

8、条件下，利用直流电压（DC）、交流电压（AC）、射频（RF）、微波（MW）或电子回旋共振（ECR）等方法实现气体辉光放电在沉积反应器中产生等离子体。一些常用的PECVD反应有：最后一个硅烷的反应式可以用来制造非晶硅太阳能电池等。2.6其它能源增强的反应沉积随着高新技术的发展，采用激光来增强化学气相沉积也是常用的一种方法，例如：通常这一反应发生在300℃左右的衬底表面。采用激光束平行于衬底表面，结果处于室温的衬底表面上就会沉积出一层光亮的钨膜。其它各种能源