化学气相沉积

化学气相沉积1、描述化学气相沉积的基本过程。2、简述化学气相沉积的系统分类，并说明其制备薄膜的基本原理。3、说明化学气相沉积非晶硅（或多晶硅、二氧化硅）薄膜的方法与特性。1、化学气相沉积的概念。2、化学气相沉积的基本过程及其制备薄膜的基本原理。3、化学气相沉积系统的分类。4、化学气相沉积非晶硅（或多晶硅、二氧化硅）薄膜的方法与特性。目录1、化学气相沉积的概念化学气相沉积的定义化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)是利用加热，等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。CVD历史悠久，1880年用CVD碳补强白炽灯中的钨灯丝是其最早的应用，进入20世纪以后，应用于Ti、Zr等的高纯金属的提纯；其后，美国对CVD法提高金属线或金属板的耐热性与耐磨损性方面进行了深入的研究，其成果于1950年在工业上得到了应用；20世纪60年代以后，CVD法不仅应用于宇航工业的特殊复合 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、原子反应堆材料、刀具、耐热耐腐蚀涂层等领域，还被应用于半导体工业领域，虽然比较晚，但今天作为大规模集成电路技术及铁电材料、绝缘材料、磁性材料的薄膜制备技术，都是不可缺少的。CVD法制备薄膜材料是近年来半导体、大规模集成电路应用较成功的一种工艺方法。主要用于硅、砷化镓材料的外延生长、金属薄膜材料、表面绝缘层、硬化层等，用于一些如氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄膜的沉积，也用于粉末、块状材料、纤维等的合成，正成为电子、机械等许多工业领域重要的材料合成方法。而CVD技术的主要缺点是需要在较高温度下反应，基体温度高，沉积速率较低（一般每小时只有几微米到几百微米），基体难于进行局部沉积，参加沉积反应的气源和反应后的余气都有一定的毒性等，因此CVD工艺的应用不如溅射和离子镀那样广泛。近年出现的兼有化学气相沉积和物理气相沉积特性的薄膜制备方法，例如等离子体气相沉积法，也在工业中得到越来越广泛的应用。对物理气相沉积（PVD）法，一般来说靶是什么材料，沉积的膜就是什么材料，沉积过程中基本上不发生化学反应。化学气相沉积是一种化学气相生长法，是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基体的反应室，借助气相作用或基体上的化学反应生成所希望的薄膜。它可以方便地控制薄膜组成，制备各种单质、化合物、氧化物和氮化物甚至一些全新结构的薄膜，或形成不同薄膜组分。运用各种反应方程式，选择并控制相应的温度、气体组成、浓度、压力等参数，还能控制所得到薄膜的性质。此外，薄膜的沉积温度可以低于薄膜组分物质的熔点。化学气相沉积过程分为四个重要的阶段：反应气体向基体表面扩散；反应气体吸附于基体表面；在基体表面上产生的气相副产物脱离表面；留下的反应物形成覆层。CVD的基本原理涉及反应化学、热力学、动力学、转移机理、膜生长现象和反应 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 。CVD法是以金属蒸气、挥发性金属卤化物、氢化物或金属有机化合物等蒸气为原料，进行气相热分解反应，以及两种以上单质或化合物的反应，再凝聚生成各种形态的材料。2、化学气相沉积的反应过程及其制备薄膜的基本原理以CVD法制备薄膜为例，通过赋予原料气体以不同的能量，使其发生各种化学反应，在基体析出非挥发性的反应产物。但是，由于反应气体中不同化学物质之间的化学反应和向基体的析出是同时发生，CVD的机理是比较复杂的。图为从TiCl4＋CH4＋H2混合气体中析出TiC涂层的过程的模式图。CVD析出过程可以由以下几个阶段构成：原料气体向基体表面扩散；原料气体吸附到基体上；吸附在基体上的化学物质的表面反应；析出颗粒在表面的扩散；产物从气相分离；从产物析出区向块状固体的扩散。从气相析出固相的驱动力（driving force）是根据基体材料和气相间的扩散层内存在的温差和不同化学物质的浓度差，由化学平衡所决定的过饱和度。不同析出温度和过饱和度将引起的析出物质的形态变化，如图。在实际应用过程中，可根据反应条件的不同，合成薄膜、晶须、晶粒、颗粒和超细粉体等不同形态的材料。要使CVD能顺利进行，在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压。因此，若反应物在室温下能全部为气态，则沉积装置很简单。 如果反应物在室温的挥发性很小，需要加热使其挥发，则装置相应要复杂一些。反应的生成物除了所需要的沉积物为固态外，其余都必须为气态。沉积物与基体本身的蒸气压应足够低，以保证在整个反应过程中能保持在加热基体表面。CVD技术有多种分类方法按激发方式可分为热CVD、等离子体CVD、光激发CVD、激光（诱导）CVD等；按反应室压力可分为常压CVD、低压CVD等；按反应温度可分为高温CVD、中温CVD、低温CVD。有人把常压CVD称为常规CVD，而把低压CVD、等离子体CVD、激光CVD等列为非常规CVD。也有按源物质归类，如金属有机化合物CVD、氯化物CVD、氢化物CVD等。这里按主要特征进行综合分类，可分为等离子体CVD、金属有机化合物CVD、低压CVD、激光（诱导）CVD、热激发CVD等。3、化学气相沉积的系统分类等离子体CVD 等离子体化学气相沉积是将低气压气体放电等离子体应用于化学气相沉积中的一项技术。在常规的化学气相沉积中，促使其化学反应的能量来源是热能，而等离子体化学气相沉积除热能外，还借助外部所加电场的作用引起放电，使原料气体成为等离子体状态，变为化学上非常活泼的激发分子、原子、离子和原子团等，促进化学反应，在基材表面形成薄膜。PCVD由于等离子体参与化学反应，因此基材温度可以降低很多，具有不易损伤基材等特点，并有利于化学反应的进行，使通常难以发生的反应变为可能，从而能开发出各种组成比的新材料。 PCVD装置按频率分为：直流、射频和微波三种，其装置结构简单，主要包括反应器、真空系统、配气系统、电源系统等。金属有机化合物气相沉积 金属有机化合物化学气相沉积是一种利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法，即把含有外延材料组分的金属有机化合物通过载气输运到反应室，在一定温度下进行外延生长。该方法现在主要用于化学半导体气相生长上。由于其组分及界面控制精度高，广泛应用于Ⅱ~Ⅵ族化合物半导体超晶格量子阱等低维材料的长。           金属有机化合物是一类含有碳-金属键的物质。它要适用于MOCVD法，具有易于合成和提纯，在室温下是液体并有适当的蒸气压，较低的热分解温度，对沉积薄膜沾污小和毒性小等特点。目前常用的金属有机化合物（通常称为MO源）主要是Ⅱ~Ⅵ族的烷基衍生物低压化学气相沉积 低压化学气相沉积压力一般在（1~4）×104Pa。由于低压下分子平均自由程增加，因而加快了气态分子的输运过程，反应物质在工件表面的扩散系数增大，使薄膜均匀性得到改善。对于表面扩散动力学控制的外延生长，可增大外延层的均匀性，这在大面积大规模外延生长中（例如大规模硅器件工艺中的介质膜外延生长）是必要的。但是对于由质量输送控制的外延生长，上述效应并不明显。低 图5-35 Ga1-xAlxAsMOCVD装置原理图 压外延生长对设备要求较高，必须有精确的压力控制系统，增加了设备成本。低压外延有时是必须采用的手段，如当化学反应对压力敏感时，常压下不易进行的反应在低压下变得容易进行。 利用这种方法可以沉积多晶硅、氮化硅、SiO2等。激光（诱导）化学气相沉积 激光（诱导）化学气相沉积是一种在化学气相沉积过程中利用激光束的光子能量激发和促进化学反应的薄膜沉积方法，它的沉积过程是激光光子与反应主体或衬底材料表面分子相互作用的过程