1.3 化学气相沉积.ppt

化学气相沉积 目 录 化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 常用三种CVD技术优缺点 CVD是一种材料表面改性技术。它利用气相间的反应，在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料的强度条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。 CVD是建立在化学反应基础上的，要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反应。 用于CVD技术的通常有如下所述五种反应类型。 化学气相沉积作为20世纪60年代初前后迅速发展起来的一种无机材料制备技术，由于它设备简单，成本低廉，因而广泛用于高纯物质的制备、合成新晶体及沉积多种单晶态、多晶态无机功能薄膜材料。 这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物或碳化物等体系，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。 用CVD涂覆刀具能有效地控制在车、铣和钻孔过程中出现的磨损，在这里应用了硬质合金刀具和高速钢刀具。特别是车床用的转位刀片、铣刀、刮刀和整体钻头等。 使用的涂层为高耐磨性的碳化物、氯化物、碳氯化合物、氧化物和硼化物等涂层。TiN与金属的亲和力小，抗粘附能力和抗磨损性能比TiC涂层优越，因此，刀具上广泛使用的是TiN涂层。 在许多特殊环境中使用的材料往往需要有涂层保护，以使其具有耐磨，耐腐蚀，耐高温氧化和耐辐射等功能。 SiC、Si3N4、MoSi2等硅系化合物是最重要的高温耐氧化涂层。这些涂层在表面上生成致密的SiO2薄膜，起着阻止氧化的作用，在1400～1600℃下能耐氧化。Mo和W的CVD涂层亦具有优异的高温耐腐蚀性。 在半导体器件和集成电路的基本制造流程中，化学气相沉积逐渐取代了如硅的高温氧化和高温扩散等旧工艺，在现代微电子技术中占主导地位。 在超大规模集成电路中，化学气相沉积可以用来沉积多晶硅膜，钨膜、铅膜、金属硅化物，氧化硅膜以及氮化硅膜等，这些薄膜材料可以用作栅电极，多层布线的层间绝缘膜，金属布线，电阻以及散热材料等。 在光学领域中，金刚石薄膜被称为未来的光学材料，它具有波段透明和极其优异的抗热冲击、抗辐射能力，可用作大功率激光器的窗口材料，导弹和航空、航天装置的球罩材料等。金刚石薄膜还是优良的紫外敏感材料。 而且上海交通大学把CVD金刚石薄膜制备技术应用于拉拔模具，不仅攻克了涂层均匀涂覆、附着力等关键技术，而且解决了金刚石涂层抛光这一国际性难题。 冷拔是指在材料的一端施加拔力，使材料通过一个模具孔而拔出的方法，模具的孔径要较材料的直径小些。冷拔加工使材料除了有拉伸变形外还有挤压变形，冷拔加工一般要在专门的冷拔机上进行。 举 例 现在有一根直径为5毫米的钢丝，我们想把它变成直径为3毫米的丝，这样就能更细一点，长一点，这时需要一个模具，这个模具一般为圆形，模具中心有一个直径为3毫米的孔径，我们将模具固定，将钢丝的一端直径先磨成小于3毫米，这样才能穿过模具的孔径，然后慢慢拉动钢丝使它整体穿过孔径（注意拉拔钢丝的过程是在室温进行，钢丝是不加热的，所以叫冷拔）这样钢丝直径就变成了3毫米，整个过程就是拉拔的过程，有拉伸变形外还有挤压变形，拉出的材料就叫做冷拉材料。 冷拔比热拔难进行，因为材料在室温的强度和硬度都比加热状态的高，但是比较节省能源。 CVD设备的心脏，在于其用以进行反应沉积的“反应器” 。CVD反应器的种类，依其不同的应用与设计难以尽数。 以CVD的操作压力来区分，CVD基本上可以分为常压与低压两种。 若以反应器的结构来分类，则可以分为水平式、直立式、直桶式、管状式烘盘式及连续式等。 若以反应器器壁的温度控制来评断，也可以分为热壁式（hot wall）与冷壁式（cold wall）两种。 若考虑CVD的能量来源及所使用的反应气体种类，我们也可以将CVD反应器进一步划分为等离子增强CVD (plasma enhanced CVD，或PECVD)，TEOS-CVD，及有机金属CVD (metal-organic CVD，MOCVD)等。 化学气相沉积生产装置 Thank you 工艺参数 反应混合物 沉积温度 衬底材料 系统内总压和气体总流速 反应系统装置的因素 原材料的纯度 化学气相沉积沉积法制备碳纳米管有序阵列 将2mol/L的Fe (NO3)3溶液、正硅酸乙酯、无水乙醇按16：25：32的比例混合，静置 24h制成溶胶。在适当大小的干净硅片表面滴加制备好的溶胶，然后用匀胶机使其催化剂在硅片表面形成一层均匀薄膜，自然晾干后，在 H2气氛下500℃还原10h，将Fe3+还原成Fe。还原出的Fe纳米颗粒即为制备碳管阵列所用的催化剂。 将附有催化剂薄膜的硅片置于管式炉中，加热至680℃，以30mL/min的流速通H