第六讲-薄膜材料的CVD方法.pptVIP

第六讲 薄膜材料的CVD方法 Preparation of thin films by CVD methods 提 要 CVD 过程中典型的化学反应 CVD 过程的热力学 CVD 过程的动力学 CVD 过程的数值模拟技术 CVD 薄膜沉积装置 化学气相沉积 化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子间的化学反应，生成薄膜的技术手段 化学气相沉积的气压环境 化学气相沉积的温度范围 化学气相沉积反应的类型 化学气相沉积反应的类型 CVD薄膜的种类 CVD 过程热力学分析的作用 复习: CVD 过程的热力学 例: CVD 过程的热力学考虑 例: CVD 过程的热力学考虑 化学气相沉积化学反应平衡的计算 化学气相沉积化学反应平衡的计算 化学气相沉积化学反应平衡的计算 CVD 过程的动力学（一） ?? 气相传输的阶段 气相的传输过程——宏观流动 气相的传输过程——自然对流 CVD 过程的动力学（二） ?? 物质在衬底表面的气相沉积 例：CVD薄膜对衬底的覆盖能力 例：温度对CVD薄膜沉积速率影响的讨论 温度对CVD过程中薄膜沉积速率影响的讨论 温度对CVD过程中薄膜沉积速率影响的讨论 例：CVD薄膜沉积速率均匀性的讨论 CVD沉积的Si薄膜速率的均匀性 CVD 薄膜制备过程的数值模拟技术 CVD 薄膜制备过程的数值模拟 CVD模拟: Si薄膜沉积过程模型的假设 CVD Si薄膜沉积过程模拟涉及的化学反应 CVD 装置的组成 CVD装置的分类 高温和低温 CVD 装置 低压化学气相沉积 (LPCVD) 冷壁CVD和热壁CVD装置 激光辅助的化学气相沉积 金属有机化合物CVD（MOCVD）装置 FIB-CVD 方法沉积的碳柱体的直径 290nm, 高度 7.96?m; EB-CVD 方法沉积的碳柱体的直径 160nm, 高度 4.15?m 沉积条件：5kV?1pA. FIB- 和 EB-CVD 方法的沉积速率分别为 2.4?10-1 和 2.3?10-3 cm3/min，即两者的沉积速率相差100倍。 第五讲 小结 薄膜材料可以使用在适当高的温度、一定的压力下进行的CVD过程加以制备。CVD方法是由气相源物质开始，经过化学反应制备薄膜的方法 在CVD制备薄膜的情况下，需要考虑过程的热力学，更要考虑其复杂的动力学因素。 各种动力学因素都可能成为制约CVD方法薄膜制备过程的主要因素。 由于CVD过程的复杂性，因此大量采用数值模拟的方法研究CVD过程 基本概念复习 CVD 过程涉及的化学反应类型 CVD 过程中，热力学和化学平衡概念的运用 CVD 过程中涉及的多个微观过程 CVD 薄膜沉积表面附近边界层的概念 CVD 过程中的动力学和薄膜的沉积速率 CVD 过程中薄膜沉积速率的温度依赖性及其控制因素 热壁与冷壁 CVD 装置的概念 MOCVD 方法的优点 思 考 题 1. 在700K时，下列反应 WF6(g)+3/2SiO2(s)?W(s)+3/2SiF4(g)+3/2O2(g) WF6(g)+3/2Si(s)?W(s)+3/2SiF4(g) 的自由能变化?G?=420kJ/mol、-707kJ/mol (1) 解释：在Si上会形成W薄膜的沉积，但在SiO2上则不会形成W薄膜的沉积。 (2) 说明：这种CVD反应可以归类于哪一种反应类型。 思 考 题 4. 1200?C的温度下，由下述的反应的CVD过程生长Si的薄膜沉积速率和薄膜形核率如下 SiH4+H2 1.0?m/h 1010 SiH2Cl2+H2 0.5?um/h 5*107 SiHCl3+H2 0.3?m/h 3*106 SiCl4+H2 0.15?m/h ? 讨论和推断，使用SiCl4作为原料时薄膜的形核率，并论述推断的原因。 5. 讨论图4.11时的两种不同情况。 6. 在680?C的CVD过程中，ZnS的沉积反应为 H2S(g)+Zn(g)=ZnS(s)+H2(g) 由Zn的蒸气压，估计CVD系统中p(H2S)/p(H2)的压力比值，并设想CVD反应器的可能结构。 思