最新第2章薄膜制备的化学方法教学讲义ppt.ppt

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1、第2章薄膜制备的化学方法第2章薄膜制备的化学方法第1节热生长第2节化学气相沉积第3节溶液镀膜技术不同于物理气相沉积，薄膜制备的化学方法需要一定的化学反应，这种化学反应可以由热效应引起或者由离子的电致分离引起。在化学气相沉积和热生长过程中，化学反应是靠热效应来实现，而在电镀和阳极氧化沉积过程中则是靠离子的电致分离实现。与物理气相沉积相比，尽管化学反应中的沉积过程控制较为复杂，也较为困难，但薄膜沉积的化学方法所使用的设备一般较为简单，价格也较为便宜化学方法的特点化学气相沉积的优点1.可以准确的控制薄膜组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比2.可在复杂形状的

2、基片上沉积成膜3.由于许多反应可以在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空设备4.化学气相沉积的高沉积温度会大幅改善晶体的结晶完整性5.可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料6.沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。化学气相沉积的缺点1.化学反应需要高温2.反应气体会与基片或设备发生化学反应3.化学气相沉积中所使用的设备较为复杂，且有许多变量需要控制一、一般的化学气相沉积反应在化学气相沉积中，气体与气体在包含基片的真空室中相混合。在适当的温度下，气体发生化学反应将反应物沉积在基片表面最终形成固态膜。在所有化学气相沉积过程中发

3、生的化学反应是非常重要的。在薄膜沉积过程中可控制的变量有气体流量、气体组分、沉积温度、气压、真空室几何构型等。因此，用于制备薄膜的化学气相沉积涉及三个基本过程:反应物的输运过程，化学反应过程，去除反应副产品过程。化学气相沉积反应器化学气相沉积反应器的设计可分为常压和低压式、热壁式和冷壁式。低压式反应器已得到迅猛发展；常压式反应器运行的缺点是需要大流量携载气体、大尺寸设备，得到的膜污染程度高。而低压化学气相沉积系统可以除去携载气体并在低压下只使用少量反应气体，此时气体从一端注入，在另一端用真空泵排出。在热壁反应器中，整个反应器需要达到发生化学反应所需温度

4、，基片处于由均匀加热炉所产生的等温环境下。在冷壁反应器中，只有基片需要达到化学反应所需的温度，也就是加热区域只局限于基片或基片架在热壁反应器中，整个反应器需要达到发生化学反应所需温度，基片处于由均匀加热炉所产生的等温环境下。在冷壁反应器中，只有基片需要达到化学反应所需的温度，也就是加热区域只局限于基片或基片架化学气相沉积中的典型反应1.热分解制备早期制备Si膜的方法是在一定温度下使硅烷SiH4分解：SiH4(g)→Si(s)+2H2(g)许多其他化合物气体不是很稳定，因而利用其分解反应形成金属涂层Ni(CO)4(g)→Ni(s)+4CO(g)TiI2(

5、g)→Ti(s)+2I(g)2.还原反应一个典型的例子是H2还原SiH4:SiCl4(g)+H2(g)→Si(s)+4HCl(g)其他例子涉及钨和硼的卤化物：WCl6(g)+3H2(g)→W(s)+6HCl(g)WCl6(g)+3H2(g)→W(s)+6HCl(g)2BCl3(g)+3H2(g)→2B(s)+6HCl(g)两点说明：（1）氯化物是更为常用的卤化物，这是因为氯化物具有较大的挥发性且溶液通过部分分馏而纯化。（2）氢的还原反应对于制备像Al、Ti等金属是不合适的，这是因为这些元素的卤化物较稳定。3.氧化反应（1）SiO2通常由SiH4的氧化来

6、制备，SiH4与氧气相混合并用惰性气体在常压下稀释，反应可以在450℃较低的温度下进行。SiH4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2H2(g)常压下的化学气相反应沉积方法的优点在于它对设备的要求较为简单，且相对于低压化学气相反应沉积系统价格较为便宜。当在常压下反应时，气相成核将由于使用的稀释惰性气体而减少。（2）其他用于沉积SiO2的反应有：SiH4(g)+2N2O(g)→SiO2(s)+2H2(g)+2N2(g)SiH2Cl2(g)+2N2O(g)→SiO2(s)+2HCl(g)+2N2(g)这两个反应所需温度分别为850℃和900℃（3）SiCl

7、4和GeCl4的直接氧化也需要高温SiCl4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2Cl2(g)GeCl4(g)+O2(g)→GeO2(s)+2Cl2(g)（4）由氯化物的水解反应可氧化沉积AlAl2Cl6(g)+3CO2(g)+3H2(g)→Al2O3+6HCl(g)+3CO(g)4.氮化反应和碳化反应（1）化学气相沉积制备氮化硅和氮化硼3SiH4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12H2(g)下列反应可获得高沉积率3SiH2Cl2(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+6HCl+6H2(g)BCl3(g)+NH3(g)→BN(s)+3HCl

8、(g)化学气相沉积方法制得的膜的性质取决于气体的种类和沉积条件（如温度等）。如在一定温度下，氮