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第八章 气相沉积技术;8-3 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积是利用气态物质在固体表面发生化学反应，生成固态沉积物的过程。化学气相沉积的过程可以在常压下进行，也可以在低压下进行。CVD技术是当前获得固态薄膜的方法之一。;与物理气相沉积不同的是： 化学气相沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。 在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。;一、 CVD反应过程及一般原理 在反应器内进行的CVD过程，其化学反应是不均匀的， 可在衬底表面或衬底表面以外的空间进行。衬底表面的 大致过程如下： （1）反应气体向衬底表面扩散。 （2）反应气体分子被吸附于衬底表面。 （3）在表面上进行化学反应、表面移动、成核及膜生长。 （4）生成物从表面解吸。 （5）生成物在表面扩散。 ;（1）反应气体向衬底表面扩散。 （2）反应气体分子被吸附于衬底表面。 （3）在表面上进行化学反应、表面移动、成核及膜生长。 （4）生成物从表面解吸。 （5）生成物在表面扩散。;CVD基本条件: 沉积温度下必须有足够高的蒸汽压； 反应生成物除所需沉积物为固态外，其余为气态； 沉积物本身饱和蒸汽压足够低。;二、CVD反应;三、CVD的特点 CVD与其他涂层方法相比，具有如下特点： （1）设备简单，操作维护方便，灵活性强，既可 制造金属膜、非金属膜，又可按要求制造多种成分 的合金、陶瓷和化合物镀层。 （2）可在常压或低真空状态下工作，镀膜的绕 射性好，形状复杂的工件或工件中的深孔、细孔都 能均匀镀膜。 ;（3）由于沉积温度高，涂层与基体之间结合好，这 样，经过 CVD法处理后的工件，即使用在十分恶劣 的加工条件下，涂层也不会脱落。 （4）涂层致密而均匀，并且容易控制其纯度、结构 和晶粒度。 （5）沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。但通 过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细 晶粒的等轴沉积层。 该法最大缺点是沉积温度高，一般在700～1100℃ 范围内，许多材料都经受不了这样高的温度，使其 用途受到很大的限制。;四、CVD的应用 利用CVD技术，可以沉积出玻璃态薄膜， 也能制出纯度高、结构高度完整的结晶薄 膜，还可沉积纯金属膜、合金膜以及金属间 化合物。 这些新材料由于其特殊的功能已在复合材料、微电子学工艺、半导体光电技术、太阳能利用、光纤通信、超导电技术和保护涂层等许多新技术领域得到了广泛应用。;1.复合材料制备 CVD法制备的纤维状或晶须状的沉积物在发展复 合材料方面它具有非常大的作用。如Be、B、Fe、 Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4、AlN和BN等纤维或晶 须增强的Al、Mg、Ti、Ni、Cu及各种树脂类高分子 聚合物等的复合材料，以及纤维和晶须增强的各种 陶瓷类复合材料。;2.微电子学工艺 半导体器件，特别是大规模集成电路的制作，其基 本工艺流程都是由外延、掩膜、光刻、扩散和金属 连接等过程组合而成的。其中半导体膜的外延、P— N结扩散源的形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜的 沉积等是这些工艺的核心步骤。;3.半导体光电技术 半导体光电技术包括半导体光源、光接受、光波 导、集成光路及光导纤维等一系列基础理论和应用 技术的边缘学科。CVD法可以制备半导体激光器、 半导体发光器件、光接受器和光集成光路等。;4.太阳能利用 利用无机材料的光电转换功能制成太阳能电池是 太阳能利用的一个重要途径。制成了多种异质结太 阳能电池，如 SiO2/Si， GaAs/GaAlAs等，它们几乎 全制成薄膜形式。气相沉积是最主要的制备技术。 ;5.光纤通信 光纤通信由于其容量大、抗电磁干扰、体积小、对 地形适应性高、必威体育官网网址性高以及制造成本低等优点， 因此得到迅速发展。通信用的光导纤维是用化学气 相沉积技术制得的石英玻璃棒经烧结拉制而成的。 利用高纯四氯化硅和氧气可以很方便地沉积出高纯 石英玻璃。;6.超电导技术 化学气相沉积生产的Nb3Sn超导材料是 目前绕制高场强小型磁体的最优良材料。 化学气相沉积法生产出来的其他金属间化 合物超导材料还有V3Ga和Nb3Ga等。 ;7.保护涂层 化学气相沉积在保护涂层领域中得到了广 泛的应用。CVD法可以沉积多种元素及其氮 化物、氧化物、硼化物、硅化物和磷化物， 在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地 位。;CVD法生产粉红色钻石;五、CVD与PVD比较 工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要 区别。温度对于高速钢镀膜具有重大意 义。 CVD法的工艺温度超过了高速钢的回火 温度，用CVD法镀制的