CVD化學與薄膜工藝

Ch.1緒論；化學氣相淀積（CVD）

－一個重要的科學技術(shù)領(lǐng)域1。1化學氣相淀積（CVD）:

概念、定義及其基本特點1。2學科與技術(shù)范圍1。3CVD與新材料1。4CVD與高新技術(shù)1。5本課程的內(nèi)容1。6主要參考1。7教學方式與考核

1。1化學氣相淀積（CVD）:

概念、定義及其基本特點定義：CVD是通過氣態(tài)物質(zhì)在氣相或氣/固界面上發(fā)生反應生成固態(tài)材料的過程突出的特點－★原子、分子水平上化學合成材料－高度適應性和創(chuàng)新性★高純度材料－基于CVD源可以通過氣相過程得到高純度★

組成和結(jié)構(gòu)可控性－制備工藝重現(xiàn)性★

廣泛的適應性與多用性★

材料制備與器件制作的一致性★

設(shè)備較簡單、操作簡易、易于實現(xiàn)文集自動控制…SiHCl3+H2=Si+3HCl圖1－1氯硅烷氫還原法生產(chǎn)多晶硅裝置簡圖[172]薄膜生長前驅(qū)物氣體襯底托架臥式反應器襯底立式反應器氣相輸運載氣載氣氣態(tài)源液態(tài)源固態(tài)源前驅(qū)物氣體前驅(qū)物/源揮發(fā)納米粉制備MOCVDGrowthGa(CH3)3+AsH33CH4+GaAsRef:Yu-Cardona

1.2CVD:學科與技術(shù)范圍?

CVD過程中的化學反應－CVD化學原理?

源的化學合成?源的提供－氣相質(zhì)量輸運與流體力學?CVD系統(tǒng)的熱力學－目標產(chǎn)物的形成?CVD過程動力學與生長機制?CVD摻雜生長與材料層的物性?襯底材料與生長層的相合作用?CVD系統(tǒng)設(shè)計（反應、裝置、?CVD技術(shù)的發(fā)展與集成1.3CVD與新材料?物質(zhì)的合成與純化?超微（納米）粉體?研制無機新晶體?單晶膜的外延生長?制備多晶陶瓷膜?制備非晶（玻璃）或無定形膜?晶須和其它一維材料的制備?復合材料的合成?。。。。。。1.4CVD與高新技術(shù)?微電子性工藝－大規(guī)模集成電路技術(shù)?半導體光電技術(shù)?信息技術(shù)與光纖通訊－信息高速公路?新能源：太陽能利用，燃料電池?超導技術(shù)?傳感器技術(shù)?保護涂層技術(shù)

CVD技術(shù)也隨著高新技術(shù)的發(fā)展的要求而發(fā)展

中國科技大學國體化學與無機膜研究所

研制經(jīng)歷（研究課題）★硅烷熱解法（CVD）高純硅材料的制備（1970－1972）★GaN發(fā)光薄膜和器件（鹵化物法CVD，1975－1985）★氣敏半導體材料的合成：（RF）PCVD（1979－1986）★微波等離子體CVD法非晶硅太陽電池膜（1984－1987）★微波等離子體CVD法金剛石薄膜（1986－1988）★PCVD法制備YSZ氧離子體薄膜（1987－1990）★MOCVD法研制YBCO高溫超導薄膜（1988－1992）★化學噴霧熱解法制備YBCO薄膜（1988-1989）★CVD法制備SnO2超細粉（1990-1995）★氮化鋁陶瓷膜的微波等離子體CVD合成（1993-1995）★氧化物納米微孔膜CVD縮孔與改性（1994-1996）★質(zhì)子導體納米膜的CVD制備與性能（1995-1997）★無機膜的軟化學合成與傳質(zhì)過程（1997-2000）★薄膜化SOFC的氣溶膠CVD制備研究（2000－2002）★脈沖氣溶膠CVD制備功能氧化物多層膜（2003－2005）本實驗室研究基礎(chǔ)和技術(shù)性積累★本實驗室先后承擔過的有關(guān)CVD的研究課題如下：●CVD法GaN發(fā)光材料薄膜研制（1975-85）中科院院內(nèi)合作項目●新型氧離子導體材料和氧傳感器研制（84-87）國家自然科學基金●金屬有機化合物熱解行為和MOCVD（86-89）高技術(shù)新材料探索課題●氧化物高溫超導薄膜的MOCVD法研制（88-90）國家超導攻關(guān)項目●化學噴霧熱解法制備YBCO薄膜（88-89）國家自然科學基金●CVD法制備氣敏材料SnO2超細粉（90-95）八五科技攻關(guān)項目●氮化鋁陶瓷膜的微波等離子體CVD合成（93-95）國家自然科學基金●氧化物納米微孔膜CVD縮孔與改性（94-96）國家自然科學基金●質(zhì)子導體納米膜的CVD制備與性能（95-97）國家自然科學基金●無機膜的軟化學合成與傳質(zhì)過程（97-2000）國家自然科學基金重點項目●薄膜化SOFC新穎CVD制備技術(shù)研究（2000-2002）國家自然科學基金●新穎脈沖式氣溶膠等離子體MOCVD制備功能陶瓷薄膜（2003-2005）國家自然科學基金★所涉及的材料體系：III-V族化合物半導體（GaN，AlN）、非晶硅、金剛石、氣敏半導體、高溫超導體、透氫鈀合金膜、氧化物質(zhì)子導電膜、氧離子傳輸導電膜、燃料電池部件材料、無機分離膜材料

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發(fā)表CVD方面的研究論文超過80篇，專著1，申報專利3件

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以CVD為研究課題的研究生約25名，其中博士學位10人

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研究生課程：CVD化學與薄膜工藝，20余年，>500人★與本申請項目直接相關(guān)的知識及技術(shù)性積累還包括：等離子體輔助的CVD技術(shù)（RF-CVD，微波PCVD，WM-MOCVD)發(fā)展了以金屬b-二酮螯合物為前驅(qū)物的MOCVD技術(shù)，成功制備YBCO超導薄膜，率先申報了專利（專利88100403.0已授權(quán)）發(fā)展了單一固體混合源MOCVD技術(shù)(專利96102145。4，已授權(quán)）發(fā)展了氣溶膠輔助的CVD和MOCVD技術(shù)(申請?zhí)?9124638.1）自行合成了十多種金屬b－二酮螯合物，作為MOCVD前驅(qū)物1.5本課程的內(nèi)容第一章緒論

第二章CVD的一般化學原理和技術(shù)第三章CVD系統(tǒng)中氣相化學輸運第四章CVD體系的熱力學第五章淀積過程動力學與機理第六章表面過程機理第七章影響淀積層質(zhì)量的因素第八章化學氣相淀積與新材料、新技術(shù)§8.1化學氣相淀積和新技術(shù)(講座1）§8.2化學氣相淀積和新技術(shù)(講座2）-.§8.3CVD工藝的設(shè)計和實踐§8.4CVD新進展（講座3）1.6主要參考書目和資料【1】孟廣耀編著，化學氣相淀積與無機新材料，科學出版社，北京，1984【2】M.Konuma,FilmDepositionbyPlasmaTechnique,Springer-Verlag,.N.Y.,1992【3】JoneW.Hastie“HighTemperatureVapor-ScienceandTechnology”,AcademicPressNewYork,1975【4】C.H.L.Goodman(ed)“CrystalGrowthTheoryandTechniques”,Vol.1,PlenumPress,N.Y.,1974【5】ArthurSherman,“ChemicalVaporDepositionforMicroelectronics,(1987)【6】FrancisS.Galasso,“ChemicalVaporDepositedMaterials”

CRCPress(1991)【7】【8】歷屆國際CVD會議，國際MOCVD會議歷屆國際氣相生長和外延會議;歐洲CVD系列會議【9】中英文參考文獻1.7教學方式與考核1。講授：基本原理和處理方法2。技術(shù)性講座（3次）3。實驗室參觀（與講座相結(jié)合）4。閱讀文獻和討論按內(nèi)容分組，推舉報告人，討論5。期終考試課程論文參考選題（一）按科學問題命題，如★復雜反應CVD過程熱力學分析的近期進展★化學輸運反應CVD的新近發(fā)展★開管氣流系統(tǒng)CVD的流體力學分析和反應器設(shè)計★CVD過程表面生長動力學模型的新進展CVD過程動力學的實驗研究CVD中的V-L-S機制及應用CVD過程中襯底與生長層的相互作用研究進展CVD系統(tǒng)中的成核理論的研究化學氣相淀積的摻雜行為:摻雜過程的熱力學,動力學和機理CVD過程表面形貌和生長動力學CVD法合成納米粉體材料的學科問題等離子體CVD體系中的新穎學科問題CVD技術(shù)用源物質(zhì)的研究CVD工藝用的新型先軀物（源物質(zhì)）-金屬的β二酮類螯合物CVD領(lǐng)域的若干新近進展（二）按具體材料研究來命題CVD技術(shù)研制氮化鎵發(fā)光材料的進展CVD法在金屬基底上制備陶瓷保護涂層（TiCx，