第4章-化学气相沉积.ppt

化学气相沉积 三、化学气相沉积法适用范围 2、模具方面的应用 4.2 化学气相沉积原理 CVD的TiN涂层作为模具的表面保护层具有下列性能，从而显著地降低了所 产生的的磨损： 与基体材料的结合力好，因此在成形时能转移所产生的高摩擦-剪切力。 有足够的弹性，模具发生少的弹性变形时不会出现裂纹和剥落现象。 减少了成形材料的粘着，因此降低了“咬舍”的危险。 好的润滑性能，它能降低模具的磨损并能改善成形工件的表面质量。 高的硬度，它能降低磨粒磨损。 三、化学气相沉积法适用范围 3、耐磨涂层机械零件方面的应用 4.2 化学气相沉积原理 TiC、Si3N4涂层：耐磨性好、摩擦因数低、与基体的粘附性好，用于滑动零件（如活塞、轴承等）； SiC、Si3N4、MoSi2等硅系化合物：耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化和耐辐射，用于特殊环境中使用的材料； Mo和W的CVD涂层：具有优异的高温耐腐蚀性，用于涡轮叶片、火筒发动机喷嘴、煤炭液化和气化设备、粉末鼓风机喷嘴等设备零件上。 三、化学气相沉积法适用范围 4、微电子技术 4.2 化学气相沉积原理 CVD取代硅的高温氧化和高温扩散等旧工艺，用于半导体膜的外延、P-N结扩散元的形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜的沉积； CVD可沉积多晶硅膜、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。 5、超导技术 CVD制备Nb3Sn低温超导材料：涂层致密，厚度较易控制，力学性能好； 现已用CVD生产出来的其他金属间化合物超导材料还有NbGe、V3Ca2、Nb3Ga 。 三、化学气相沉积法适用范围 6、其他领域的应用 4.2 化学气相沉积原理 薄膜太阳电池：CVD技术制备的硅、砷化镓同质结电池以及利用Ⅱ～Ⅴ族、Ⅰ～Ⅵ族等半导体制成的多种异质结太阳能电池（如SiO2/Si、GaAs/GaAlAs、CdTe/CdS等）几乎全制成薄膜形式。 金刚石薄膜： CVD金刚石薄膜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。 此外CVD还可以用来制备高纯难熔金属、晶须以及无定型或玻璃态材料（如硼硅玻璃、磷硅玻璃等）。 一、化学气相沉积法合成生产工艺种类 4.3 化学气相沉积合成工艺 CVD装置通常由气源控制部件、沉积反应室、沉积温控部件、真空排气和压强控制部件等部分组成。 任何CVD系统均包含一个反应器、一组气体传输系统、排气系统及工艺控制系统等。 大体上可以把不同的沉积反应装置粗分为常压化学气相沉积（APCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、有机金属化学气相沉积（MOCVD）和激光化学气相沉积（LCVD）等。 一、化学气相沉积法合成生产工艺种类 4.3 化学气相沉积合成工艺 APCVD是在压力接近常压下进行CVD反应的一种沉积方式。 APCVD的操作压力接近1atm(101325Pa)，按照气体分子的平均自由径来推断，此时的气体分子间碰撞频率很高，是属于均匀成核的“气相反应”很容易发生而产生微粒。 1、APCVD 2、LPCVD LPCVD是在压力降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一种CVD反应。 由于低压下分子平均自由程增加，气态反应剂与副产品的质量传输速度加快，从而使形成沉积薄膜材料的反应速度加快，同时气体分布的不均匀性在很短时间内可以消除，所以能生长出厚度均匀的薄膜。 一、化学气相沉积法合成生产工艺种类 4.3 化学气相沉积合成工艺 PECVD通过辉光放电形成等离子体，增强化学反应，降低沉积温度，可以在常温至350℃条件下沉积氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。 在辉光放电的低温等离子体内，“电子气”的温度约比普通气体分子的平均温度高10～100倍，即当反应气体接近环境温度时，电子的能量足以使气体分子键断裂并导致化学活性粒子（活化分子、离子、原子等基团）的产生，使本来需要在高温下进行的化学反应由于反应气体的电激活而在相当低的温度下即可进行，也就是反应气体的化学键在低温下就可以被打开。所产生的活化分子、原子集团之间的相互反应最终沉积生成薄膜。 3、PECVD 一、化学气相沉积法合成生产工艺种类 4.3 化学气相沉积合成工艺 MOCVD是一种利用低温下易分解和挥发的金属有机化合物作为源物质进行化学气相沉积的方法，主要用于化合物半导体气相生长方面。 在MOCVD过程中，金属有机源（MO源）可以在热解或光解作用下，在较低温度沉积出相应的各种无机材料，如金属、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半导体材料等的薄膜。 4、MOCVD LCVD是用激光束的光子能