《电子材料工艺原理》第2章材料合成的新技术.pptx

第2章材料合成的新技术;纲要;教学要求;2.1化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition)

1.概念：利用气态或蒸气态的物质在气相或固气界面上发生化学反应，生成固态沉积物的技术。

2.发展历史：

（1）古人类在加热木材或食物时释放出的有机气体，经过燃烧、分解反应沉积生成岩石上的碳膜；

（2）古代中国炼丹术中的“升炼”技术

李时珍引胡演《丹药秘诀》中汞和硫左右生成硫化汞的论述是人类历史上对CVD技术迄今发现的最古老的文字记载。

（3）经过CVDAl2O3/TiC及TiN复合涂层处理后WC刀具切削性能明显提高，使用寿命成倍增加。

（4）CVD技术是半导体超纯硅原料－多晶硅生产的唯一方法，而且也是硅单晶外延、砷化镓等Ⅲ～Ⅴ族半导体和Ⅱ～Ⅵ族半导体单晶外延的基本方法。在集成电路生产中得到广泛的应用。

（5）我国在低压CVD合成金刚石的非平衡态原理、理论模型及工艺技术研究方面取得开创性的成果。;3.CVD制备无机材料的特点：

（1）可在气固界面上包复一层薄膜（优良的保形性）

例如：刀具；集成电路及半导体器件

（2）可采用和沉积物相同物质作为基底材料得到粗大的锭条或锭块

例如：硅烷或三氯硅烷还原得到锭块状的半导体纯度的超纯多晶硅

（3）采用某种基底材料可得到具有特定形状的游离沉积物器具。

例如：碳化硅器皿和金刚石膜部件

（4）可沉积晶体或细粉状物质

例如：银朱或丹砂，二氧化钛（白碳黑）

进展：

高压化学气相沉积法（HP-CVD）、低压化学气相沉积法（LP-CVD）、

等离子化学气相沉积法（P-CVD）、激光化学气相沉积法（L-CVD）、金属

有机物气相沉积法（MO-CVD）、高温化学气相沉积法（HT-CVD）、中温化

学气相沉积法（MT-CVD）、低温化学气相沉积法(LT-CVD)等。;CVD技术对原料、产物的要求：

反应物在室温下是气态或在不太高温度下具有相当的蒸气压，且易获得高纯品；

能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发；

沉积装置简单，操作方便。;4.反应类型

（1）简单分解和热分解反应沉积

Ⅳ B族ⅢB族和ⅡB族的一些低周期元素的氢化物用于原料气

;一些有机烷氧基化合物在高温时不稳定，热分解生成该元素的氧化物

;利用氢化物或有机烷氧基化合物的不稳定性，经过热分解后立即在气相和其它原料气反应生成固态沉积物

;此外还有一些金属的羰基化合物，本身是气态或者很容易挥发成蒸气，经过热分解，沉积出金属薄膜并放出CO

;（2）氧化还原反应沉积

氢化物/烷基化合物+氧气

;实例：石英光纤预制棒的制备;卤化物+H2;（3）其它合成反应沉积

;（4）化学输运反应沉积;（5）等离子体增强的反应沉积

在低真空条件下，利用直流电压（DC）、交流电压（AC）、射频（RF）

微波（MV）或电子回旋共振（ECR）等方法实现气体辉光放电在沉积反应器

中产生等离子体。由于等离子体中正离子、电子和中性反应分子互相碰撞，

可以大大降低沉积温度，保护器件的稳定性。;（6）其它能源增强的反应沉积;5.化学气相沉积的装置

（1）半导体超纯硅;（2）常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置;（3）热壁LPCVD;（4）等离子体增强CVD装置;（5）履带式常压CVD装置

适应集成电路的规模化生产，利用硅烷、磷烷和氧在400℃很快生成磷硅玻璃(SiOx·xP2O5).;（6）模块式多室CVD装置

在集成电路硅片上沉积多层薄膜;（7）桶罐式CVD反应装置

硬质合金刀具表面涂层优点是与合金刀具衬底的形状关系不大，而且容器大。;（8）砷化镓外延生长装置;2.3沉淀法

概念：选择可以溶于某一溶液的金属离子盐类溶液，把几种溶液按所

需分子比例混合，再引入沉淀剂，使金属离子沉淀，经过干燥、

焙烧获得所需组分的粉体。

实例：草酸盐法制备BaTiO3

特点：纯度高、颗粒细，易于批量生产；水洗不够，则留有Cl离子及颗

粒团聚，影响BaTiO3的耐电性能。;2.3溶胶－凝胶法

1.特点：

（1）通过混合反应物的溶液，可获得所需要的均相多组分体系；

（2）可大幅度降低制备材料和固体化合物的合成温度，从而可在比较温和的条件下制备陶瓷、玻璃等功能材料；

（3）利用溶胶－凝胶的流变性，通过某些技术如喷射、浸涂等可合成出特殊形态的材料如薄膜、纤维、沉积材料等。

2.反应机理:

起始反应先驱物多为金属盐类水溶液或金属有机化合物的溶液，

反应物分子（或离子）经历由分子态→聚合体→溶胶→凝胶态（或非态）晶态（或非晶态）的一系列变