最新CVD在无机合成与材料制备中解读ppt课件.ppt

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1、CVD在无机合成与材料制备中解读一、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三、化学气相沉淀的技术装置一、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是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术。二、化学气相沉积的技术原理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。它一般包括三个步骤(图1):(1)产生挥发性物质;(2)将挥发性物质输运到沉积区;(3)于基体上发生化学反应而生成固态产物。二、化学气相沉积的技术原理二、化学气相沉积的

2、技术原理二、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一下特点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：碳化硅器皿和金刚石膜部件。二、化学气相沉积的技术原理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

3、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称为纳米超细粉末。这也是一项新兴的技术。二、化学气相沉积的技术原理CVD薄膜沉积过程非常复杂，包括了热力学化学反应动力学和传热、传质等多种作用。CVD过程包括哪些（作用）原理？CVD技术的热动力学原理化学气相沉积的五个主要的机构(a)反应物以扩散通过界面边界层；(b)反应物吸附在基片的表面；(c)化学沉积反应发生；(d)部分生成物以扩散通过界面边界层；(e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统CVD反应是由这五个主要步骤所构成的。因为进行这

4、五个的发生顺序成串联，因此CVD反应的速率取决于步骤，将由这五个步骤里面最慢的一个来决定1.输送现象热能传递主要有热传导、对流、辐射三种方式热传导方式来进行基片加热的装置根据傅里叶定律，单位面积能量传递=傅里叶定律：任何物体，都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量，当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时，该物体与外界就产生热量的传递，，这种传热方式叫做热辐射。1.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。电磁波的波长范围极广，但是在工业中所遇到的温度范围内，能够被物体吸收而转变

5、为热能的辐射主要是红外线（0.76～100m）和可见光(0.38～0.76m)两部分。红外线和可见光统称为热射线。特点：能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；不需要任何介质，可在真空中传播。辐射传热基本概念在入射的总辐射能量Q中，有QA的能量被吸收，QR的能量被反射，其余QD的能量穿透了物体。根据能量守恒定律，得3.热辐射对物体的作用或——吸收率，用A表示——反射率，用R表示；——透过率，用D表示。式中则基本概念基本概念辐射体的分类黑体：能全部吸收辐射能的物体。a=1白体：能全部反射辐射能的物体。r=1透热体：能透过全部辐射能的物体。d=1灰体

6、：指能够以相等的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。吸收率、反射率和透过率的大小取决于物体的性质、温度、表面状况和辐射线的波长等，一般来说，表面粗糙的物体吸收率大。发射能力与斯蒂芬—波尔茨曼定律①辐射能力E：指物体在一定温度下，单位表面积,在单位时间内所发射的全部辐射能（波长从0到），以E表示，W/m2。在一定的温度下，设在波长λ至λ+Δλ的范围内发射能力为ΔE0为单色发射能力，则绝对黑体的单色发射能力Eλ0的变化规律——斯蒂芬—波尔茨曼定律式中0──黑体发射常数，=5.67×10-8W/(m2.K4)；C0──黑体辐射系数，=5.67W/(m2

7、.K4)因同一温度下，灰体的辐射能力恒小于黑体的辐射能力，故其比值ε(<1)称为物体的发射率，也称为物体的黑度。C=f(物质性质，温度，表面情况)，且总小于C0辐射能力与斯蒂芬—波尔茨曼定律由于多数工程材料在波长范围内的吸收率随波长变化不大，可把这些物体视为灰体。其辐射能力为：克希霍夫定律图4-36平行平壁间的辐射传热T1=T2任何壁：则两个壁面温度相等时：——克希霍夫定律确定灰体的辐射能力E与其吸收率a之间的关系此定律说明任何物体的辐射能力与其吸收率的比值恒为常数，且等于同温度下黑体的辐射能力，故其数值与物体的温度有关。两固体间的辐射传热两固体间

8、的辐射传热总的结果是热量从高温物体传向低温物体两固体之间的辐射传热可用下式表示：式中Q1-2——高温物体1向低温物体2传递