第四章化学气相沉积 - 薄膜科学与技术实验室.ppt

2. MOCVD法的特点  MOCVD 是近几年迅速发展起来的新型外延技术，成功地用于制备超晶格结构、超高速器件和量子阱激光器等。 优点： MOCVD最主要的特点是沉积速度低。 MOCVD可通过稀释载气来控制沉积速率等，可用来制备超晶格材料和外延生长的各种异质结构。 MOCVD适用范围广 仅单一的生长温度范围是生长的必要条件，反应装置容易设计，较气相外延简单。生长温度范围较宽，生长易于控制，适宜于大批量生产。 可在蓝宝石、尖晶石基片上实现外延生长。 缺点： 许多有机金属化合物蒸气有毒和易燃，给有机金属化合物的制备、储存、运输和使用带来了困难，必须采取严格的防护措施。 由于反应温度低，有些有机金属化合物在气相中就发生反应，生成固态颗粒在，破坏了膜的完整性 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE） 晶格失配错位 TEM照片：生长在Si（111）面上的Al（111） MBE的动力学过程 控制分子束的种类和强度 观察晶格结构变化 Chemical beam epitaxy, CBE 返回 作业3 简述表征溅射特性的主要参量，并采用简图说明溅射率与入射离子能量的关系，解释为何存在溅射率下降的现象。 阐述热蒸发理论和动量转移理论的基本内容，并比较与实验现象的一致性。 阐述射频溅射可以制备所有材料的基本原理。 简述磁控的基本原理。 陈述为何溅射靶与衬底需要采用不对称分布。 第四章 化学气相沉积 Chemical Vapor Deposition- CVD 将含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给衬底，利用加热、等离子体、紫外光、激光等能源，借助气相作用或在衬底表面的化学反应生成所需要求（成分和结构）薄膜的方法。 薄膜 CVD技术分类 ： （1） 按淀积温度，可分为低温（200~500°C）、中温（500~1000°C） 和高温（1000~1300°C）CVD ； （2） 按反应器内的压力，可分为常压CVD和低压CVD； （3） 按反应器壁的温度，可分为热壁方式和冷壁方式CVD； （4） 按反应激活方式，可分为热激活和等离子体激活CVD等。 5-1 化学气相沉积的基本原理 化学气相沉积的基本原理是建立在化学反应的基础上，习惯于把反应物是气体而生成物之一是固体的反应称为CVD反应。基本类型如下： 热分解反应： AB(g)?A(s)+B(g) 例: SiH4 ?Si+2H2 还原或置换反应：AB(g)+C(g) ?A(s)+BC(g) (C为H2或金属） 例： SiCl4+2H2 ?Si+4HCl 氧化或氮化反应: AB(g)+2D(g) ?AD(s)+BD(g) (D为O2或N2) 例: SiH4+O2 ?SiO2+2H2 水解反应: AB2(g)+2HOH(g) ?AO(s)+2BH(g)+HOH(g) 例:Al2Cl6+3CO2+H2 ?Al2O3+3HCl+3CO 歧化反应 : AB2(g) ? A(s)+AB(g) 例: 2GeI2 ? Ge+GeI4 Al, B, Ga, In, Si, Ti, Zr, Be, Cr can be deposited this way 聚合反应 : XA(g) ?Ax(s) CVD过程是涉及反应热力学和动力学的复杂过程 热力学原理 ?Gr0，反应可以进行； 升高T ， ?Gr越负，有利于反应的自发进行。 动力学机制 （Kp 平衡常数） 反应气体分子向衬底表面的扩散；表面吸附；表面反应；副产物的扩散与解吸等。 较低衬底温度下： A:有效碰撞的频率因子 ?E：活化能 较高衬底温度下：??T1.5-T2.0 升高T，可以加快反应速率 CVD法制备薄摸的过程分4个阶段(图示） （1）反应气体向基片表面扩散； （2）反应气体吸附于基片表面； （3）在基片表面上发生化学反应； （4）在基片表面上产生的气相副产物脱离表面而扩散掉或被真空泵抽走，在基片表面留下不挥发