化學(xué)氣相沉積.ppt

1、化學(xué)氣相沉積,第4章,2,4.1 化學(xué)氣相沉積合成方法發(fā)展,3,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,一、基本概念,化學(xué)氣相沉積（CVD）： 通過化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。 簡單來說就是兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到基片表面上。 從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有：在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒，在氣體中生成粒子。,4,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,一、基本概念,CVD技術(shù)要求： 反應(yīng)劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高的

2、蒸氣壓而易于揮發(fā)成蒸汽的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，且有很高的純度； 通過沉積反應(yīng)易于生成所需要的材料沉積物，而其他副產(chǎn)物均易揮發(fā)而留在氣相排出或易于分離； 反應(yīng)易于控制。,5,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,一、基本概念,CVD技術(shù)特點： 沉積反應(yīng)如在氣固界面上發(fā)生，則沉積物將按照原有固態(tài)基底（又稱襯底）的形狀包覆一層薄膜。 涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而改變，從而獲得梯度沉積物或得到混合鍍層。 采用某種基底材料，沉積物達(dá)到一定厚度以后又容易與基底分離，這樣就可以得到各種特定形狀的游離沉積物器具。 CVD技術(shù)中可以沉積生成晶體或細(xì)粉狀物質(zhì)（如納米超細(xì)粉末）。 CVD工藝是在較低壓力和溫度下進(jìn)行的，不僅用

3、來增密炭基材料，還可增強(qiáng)材料斷裂強(qiáng)度和抗震性能。,6,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,一、基本概念,CVD技術(shù)分類：,按沉積中是否含有化學(xué)反應(yīng)分類,物理氣相沉積,化學(xué)氣相沉積,7,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,一、基本概念,常用CVD技術(shù)：,8,二、化學(xué)氣相沉積法原理,1、CVD技術(shù)的反應(yīng)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,熱分解反應(yīng),氧化還原反應(yīng),化學(xué)合成反應(yīng),化學(xué)輸運反應(yīng),等離子體增強(qiáng)反應(yīng),其他能源增強(qiáng)反應(yīng),9,熱分解反應(yīng)： 在真空或惰性氣氛下將襯底加熱到一定溫度后導(dǎo)入反應(yīng)氣態(tài)源物質(zhì)使之發(fā)生 熱分解，最后在襯底上沉積出所需的固態(tài)材料。 氫化物分解： 金屬有機(jī)化合物的熱分解： 氫化物和金屬有機(jī)化合物體系的

4、熱分解 其他氣態(tài)絡(luò)合物及復(fù)合物的熱分解,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,10,氧化還原反應(yīng)： 一些元素的氫化物及有機(jī)烷基化合物常常是氣態(tài)的或者是易于揮發(fā)的液體或固體，CVD技術(shù)中如果同時通入氧氣，在反應(yīng)器中發(fā)生氧化反應(yīng)時就沉積出相應(yīng)于該元素的氧化物薄膜。 氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡單，因此有很大的實用價值。,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,11,化學(xué)合成反應(yīng)： 由兩種或兩種以上的反應(yīng)原料氣在沉積反應(yīng)器中相互作用合成得到所需要的無機(jī)薄膜或其它材料形式的方法。與熱分解法比，這種方法的應(yīng)用更為廣泛，因為可用于熱分解沉積的化合物并不很多，而無機(jī)材料原則上都可以通過合適的反應(yīng)合成得到。

5、,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,12,化學(xué)輸運反應(yīng)： 把所需要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，使之與適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶而輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應(yīng)生成源物質(zhì)而沉積出來。這樣的沉積過程稱為化學(xué)輸運反應(yīng)沉積。也有些原料物質(zhì)本身不容易發(fā)生分解，而需添加另一種物質(zhì)（稱為輸運劑）來促進(jìn)輸運中間氣態(tài)產(chǎn)物的生成。,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,13,等離子體增強(qiáng)反應(yīng)： 在低真空條件下，利用DC、AC、RF、MW或ECR等方法實現(xiàn)氣體輝光放電在沉積反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子體。由于等離子體中正離子、電子和中性反應(yīng)分子相互碰撞，可以大大降低沉積溫度。例如硅烷和

6、氨氣的反應(yīng)在通常條件下，約在850左右反應(yīng)并沉積氮化硅，但在等離子體增強(qiáng)反應(yīng)的條件下，只需在350左右就可以生成氮化硅。,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,14,其它能源增強(qiáng)反應(yīng)： 采用激光、火焰燃燒法、熱絲法等其它能源也可以實現(xiàn)增強(qiáng)反應(yīng)沉積的目的。,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,15,二、化學(xué)氣相沉積法原理,2、CVD技術(shù)的熱動力學(xué)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,CVD反應(yīng)結(jié)構(gòu)分解： 不同物質(zhì)狀態(tài)的邊界層對CVD沉積至關(guān)重要。所謂邊界層，就是流體及物 體表面因流速、濃度、溫度差距所形成的中間過渡范圍。 (a)反應(yīng)物已擴(kuò)散通過界面邊界層； (b)反應(yīng)物吸附在基片的表面； (c)化學(xué)沉積反應(yīng)發(fā)生； (d)

7、部分生成物已擴(kuò)散通過界面邊界層； (e)生成物與反應(yīng)物進(jìn)入主氣流里，并離開系統(tǒng) 。,16,二、化學(xué)氣相沉積法原理,2、CVD技術(shù)的熱動力學(xué)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,輸送現(xiàn)象： 任何流體的傳遞或輸送現(xiàn)象，都會涉及到熱能的傳遞、動量的傳遞及質(zhì)量 的傳遞等三大傳遞現(xiàn)象。 熱量傳遞 熱能的傳遞主要有三種方式：傳導(dǎo)、對流及輻射。因為CVD的沉積反應(yīng)通常需要較高的溫度，因此能量傳遞的情形也會影響CVD反應(yīng)的表現(xiàn)，尤其是沉積薄膜的均勻性,17,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式，是將基片置于經(jīng)加熱的晶座上面，借著能量在熱導(dǎo)體間的傳導(dǎo)，來達(dá)到基片加熱的目的,傳導(dǎo)傳熱,其中：kc為基

8、片的熱傳導(dǎo)系數(shù)， T為基片與加熱器表面間的溫度差， X則近似于基片的厚度。,18,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,單位面積的能量輻射=Er=hr（Ts1- Ts2）,物體因自身溫度而具有向外發(fā)射能量的本領(lǐng)，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。輻射熱源先以輻射的方式將晶座加熱，然后再由熱的傳導(dǎo)，將熱能傳給置于晶座上的基片，以便進(jìn)行CVD的化學(xué)反應(yīng)。,輻射傳熱,其中：hr為“輻射熱傳系數(shù)”； Ts1與Ts2則分別為輻射熱原及被輻射物體表面的溫度。,19,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,對流傳熱,對流是流體通過自身各部的宏觀流動實現(xiàn)熱量傳遞的過程，它主要是借著流體的流動而產(chǎn)生。 依不同的流體流動方式，對流可以區(qū)分為強(qiáng)制

9、對流及自然對流兩種。 強(qiáng)制對流是當(dāng)流體因內(nèi)部的“壓力梯度”而形成的流動所產(chǎn)生的；自然對流則是來自流體因溫度或濃度所產(chǎn)生的密度差所導(dǎo)致的。 單位面積的能量對流=Ecov=hc（Ts1- Ts2） 其中：hc為“對流熱傳系數(shù)”,20,二、化學(xué)氣相沉積法原理,2、CVD技術(shù)的熱動力學(xué)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,輸送現(xiàn)象： 動量傳遞,兩種常見的流體流動方式,流速與流向均平順者稱為“層流”；,流動過程中產(chǎn)生擾動等不均勻現(xiàn)象的流動形式，則稱為“湍流”。,以“雷諾數(shù)”作為流體以何種方式進(jìn)行流動的評估依據(jù)：,其中，d為流體流經(jīng)的管徑，為流體的密度， 為流體的流速，則為流體的粘度,CVD工藝并不希望反應(yīng)氣體

10、以湍流的形式流動，因為湍流會揚起反應(yīng)室內(nèi)的微?；蛭m，使沉積薄膜的品質(zhì)受到影響,21,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,x為流體在固體表面順著流動方向移動得距離,假設(shè)流體在晶座及基片表面的流速為零，則流體及基片（或晶座）表面將有一個流速梯度存在，這個區(qū)域便是邊界層。,流體經(jīng)固定表面時所形成的邊界層及與移動方向x之間的關(guān)系:,邊界層的厚度與雷諾數(shù)倒數(shù)的平方根成正比，且隨著流體在固體表面的移動而展開。CVD反應(yīng)所需要的反應(yīng)氣體，便必須通過這個邊界層以達(dá)到基片的表面。而且，反應(yīng)的生成氣體或未反應(yīng)的反應(yīng)物，也必須通過邊界層進(jìn)入主氣流內(nèi)，以便隨著主氣流經(jīng)CVD的抽氣系統(tǒng)而排出。,22,二、化學(xué)氣相沉積法原理,2

11、、CVD技術(shù)的熱動力學(xué)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,輸送現(xiàn)象： 質(zhì)量傳遞 反應(yīng)氣體或生成物通過邊界層是以擴(kuò)散的方式來進(jìn)行的，而使氣體分子進(jìn) 行擴(kuò)散的驅(qū)動力則是來自于氣體分子局部的濃度梯度。CVD反應(yīng)的質(zhì)量傳遞用Fick第一擴(kuò)散定律描述：,23,二、化學(xué)氣相沉積法原理,2、CVD技術(shù)的熱動力學(xué)原理,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,CVD動力學(xué)：,以TEOS為反應(yīng)氣體的CVDSiO2沉積 的沉積速率與溫度之間的關(guān)系曲線,CVD沉積規(guī)律：沉積速 率隨著溫度的上升而增 加。但當(dāng)溫度超過某一 個范圍之后，溫度對沉 積速率的影響將變得遲 緩且不明顯。,24,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,CVD反應(yīng)的進(jìn)行涉及到能量

12、、動量及質(zhì)量的傳遞。反應(yīng)氣體是借著擴(kuò)散效應(yīng)來通過主氣流與基片之間的邊界層，以便將反應(yīng)氣體傳遞到基片的表面。 接著因能量傳遞而受熱的基片，將提供反應(yīng)氣體足夠的能量以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并生成固態(tài)的沉積物以及其他氣態(tài)的副產(chǎn)物。 前者便成為沉積薄膜的一部分；后者將同樣利用擴(kuò)散效應(yīng)來通過邊界層并進(jìn)入主氣流里。 CVD反應(yīng)5個步驟彼此是相互串聯(lián)的，CVD反應(yīng)的反應(yīng)速率取決于這5個步驟里面最慢的一項,25,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,Sh 1所發(fā)生的情形，決于CVD反應(yīng)的速率，所以稱為“表面反應(yīng)限制”,Sh 1所發(fā)生的情形，因涉及氣體擴(kuò)散的能力，故稱為“擴(kuò)散限制”，或“質(zhì)傳限制”,CVD的原理歸納： (1)CVD

13、沉積反應(yīng)是由5個相串聯(lián)的步驟所形成的，其速率的快慢取決于其中最慢的一項，主要是反應(yīng)物的擴(kuò)散及CVD的化學(xué)反應(yīng)。 (2)一般而言，當(dāng)反應(yīng)溫度較低時，CVD將為表面反應(yīng)限制所決定；當(dāng)溫度較高時，則為擴(kuò)散限制所控制。,26,三、化學(xué)氣相沉積法適用范圍,1、切削工具方面的應(yīng)用,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,將高耐磨性涂層（碳化物、氯化物、碳氯化臺物、氧化物和硼化物等）沉積涂覆在刀具表面，能有效地控制在車、銑和鉆孔過程中出現(xiàn)的磨損。 TiN因與金屬的親和力小，抗粘附能力和抗月牙形磨損性能比TiC涂層優(yōu)越而在刀具上得到廣泛使用。 為了提高涂層刀具的使用性能，除了單涂層外還發(fā)展了多涂層刀片。 CVD層降低磨損的

14、作用：與基體材料相比沉積層的導(dǎo)熱性更小，使更多的熱保留在切屑和工件中，降低了磨損效應(yīng)，提高了壽命，明顯降低了成本。 不足之處：CVD工藝處理溫度高，易造成刀具變形和材料抗彎強(qiáng)度的下降；薄膜內(nèi)部為拉應(yīng)力狀態(tài)，使用中易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生；CVD工藝所排放的廢氣、廢液會造成工業(yè)污染。,27,三、化學(xué)氣相沉積法適用范圍,2、模具方面的應(yīng)用,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,CVD的TiN涂層作為模具的表面保護(hù)層具有下列性能，從而顯著地降低了所 產(chǎn)生的的磨損： 與基體材料的結(jié)合力好，因此在成形時能轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的高摩擦-剪切力。 有足夠的彈性，模具發(fā)生少的彈性變形時不會出現(xiàn)裂紋和剝落現(xiàn)象。 減少了成形材料的粘著，因此

15、降低了“咬舍”的危險。 好的潤滑性能，它能降低模具的磨損并能改善成形工件的表面質(zhì)量。 高的硬度，它能降低磨粒磨損。,28,三、化學(xué)氣相沉積法適用范圍,3、耐磨涂層機(jī)械零件方面的應(yīng)用,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,TiC、Si3N4涂層：耐磨性好、摩擦因數(shù)低、與基體的粘附性好，用于滑動零件（如活塞、軸承等）； SiC、Si3N4、MoSi2等硅系化合物：耐磨、耐腐蝕、耐高溫氧化和耐輻射，用于特殊環(huán)境中使用的材料； Mo和W的CVD涂層：具有優(yōu)異的高溫耐腐蝕性，用于渦輪葉片、火筒發(fā)動機(jī)噴嘴、煤炭液化和氣化設(shè)備、粉末鼓風(fēng)機(jī)噴嘴等設(shè)備零件上。,29,三、化學(xué)氣相沉積法適用范圍,4、微電子技術(shù),4.2 化學(xué)

16、氣相沉積原理,CVD取代硅的高溫氧化和高溫擴(kuò)散等舊工藝，用于半導(dǎo)體膜的外延、P-N結(jié)擴(kuò)散元的形成、介質(zhì)隔離、擴(kuò)散掩膜和金屬膜的沉積； CVD可沉積多晶硅膜、鎢膜、鉛膜、金屬硅化物、氧化硅膜以及氮化硅膜等，這些薄膜材料可以用作柵電極、多層布線的層間絕緣膜、金屬布線、電阻以及散熱材料等。,5、超導(dǎo)技術(shù),CVD制備Nb3Sn低溫超導(dǎo)材料：涂層致密，厚度較易控制，力學(xué)性能好； 現(xiàn)已用CVD生產(chǎn)出來的其他金屬間化合物超導(dǎo)材料還有NbGe、V3Ca2、Nb3Ga 。,30,三、化學(xué)氣相沉積法適用范圍,6、其他領(lǐng)域的應(yīng)用,4.2 化學(xué)氣相沉積原理,薄膜太陽電池：CVD技術(shù)制備的硅、砷化鎵同質(zhì)結(jié)電池以及利用族

17、、族等半導(dǎo)體制成的多種異質(zhì)結(jié)太陽能電池（如SiO2/Si、GaAs/GaAlAs、CdTe/CdS等）幾乎全制成薄膜形式。 金剛石薄膜： CVD金剛石薄膜具有波段透明和極其優(yōu)異的抗熱沖擊、抗輻射能力，可用作大功率激光器的窗口材料，導(dǎo)彈和航空、航天裝置的球罩材料等；金剛石薄膜還是優(yōu)良的紫外敏感材料。 此外CVD還可以用來制備高純難熔金屬、晶須以及無定型或玻璃態(tài)材料（如硼硅玻璃、磷硅玻璃等）。,31,一、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,CVD裝置通常由氣源控制部件、沉積反應(yīng)室、沉積溫控部件、真空排氣和壓強(qiáng)控制部件等部分組成。 任何CVD系統(tǒng)均包含一個反應(yīng)器、一組氣體傳

18、輸系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)等。 大體上可以把不同的沉積反應(yīng)裝置粗分為常壓化學(xué)氣相沉積（APCVD）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和激光化學(xué)氣相沉積（LCVD）等。,32,一、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,APCVD是在壓力接近常壓下進(jìn)行CVD反應(yīng)的一種沉積方式。 APCVD的操作壓力接近1atm(101325Pa)，按照氣體分子的平均自由徑來推斷，此時的氣體分子間碰撞頻率很高，是屬于均勻成核的“氣相反應(yīng)”很容易發(fā)生而產(chǎn)生微粒。,1、APCVD,2、LPCVD,LPCVD是在壓力降低

19、到大約100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一種CVD反應(yīng)。 由于低壓下分子平均自由程增加，氣態(tài)反應(yīng)劑與副產(chǎn)品的質(zhì)量傳輸速度加快，從而使形成沉積薄膜材料的反應(yīng)速度加快，同時氣體分布的不均勻性在很短時間內(nèi)可以消除，所以能生長出厚度均勻的薄膜。,33,一、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,PECVD通過輝光放電形成等離子體，增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，降低沉積溫度，可以在常溫至350條件下沉積氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。 在輝光放電的低溫等離子體內(nèi)，“電子氣”的溫度約比普通氣體分子的平均溫度高10100倍，即當(dāng)反應(yīng)氣體接近環(huán)境溫度時，電子的能量足以使氣體

20、分子鍵斷裂并導(dǎo)致化學(xué)活性粒子（活化分子、離子、原子等基團(tuán)）的產(chǎn)生，使本來需要在高溫下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)由于反應(yīng)氣體的電激活而在相當(dāng)?shù)偷臏囟认录纯蛇M(jìn)行，也就是反應(yīng)氣體的化學(xué)鍵在低溫下就可以被打開。所產(chǎn)生的活化分子、原子集團(tuán)之間的相互反應(yīng)最終沉積生成薄膜。,3、PECVD,34,一、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,MOCVD是一種利用低溫下易分解和揮發(fā)的金屬有機(jī)化合物作為源物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的方法，主要用于化合物半導(dǎo)體氣相生長方面。 在MOCVD過程中，金屬有機(jī)源（MO源）可以在熱解或光解作用下，在較低溫度沉積出相應(yīng)的各種無機(jī)材料，如金屬、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物

21、和化合物半導(dǎo)體材料等的薄膜。,4、MOCVD,LCVD是用激光束的光子能量激發(fā)和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的薄膜沉積方法。 LCVD過程是激光分子與反應(yīng)氣分子或襯材表面分子相互作用的過程。其機(jī)制分為激光熱解沉積和激光光解沉積兩種。,5、LCVD,35,二、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,氣相反應(yīng)室的核心問題是使制得的薄膜盡可能均勻。要求能及時對基片表面充分供給氧氣，反應(yīng)生成物還必須能放便取出。 氣相反應(yīng)器有水平型、垂直型、圓筒型等幾種。,1、氣相反應(yīng)室,常用加熱方法是電阻加熱和感應(yīng)加熱； 紅外輻射加熱采用聚焦加熱可以進(jìn)一步強(qiáng)化熱效應(yīng)，使基片或托架局部迅速加熱升溫； 激光加熱是一種非

22、常有特色的加熱方法，其特點是保持在基片上微小局部使溫度迅速升高，通過移動光束斑來實現(xiàn)連續(xù)掃描加熱的目的。,2、加熱方法,36,二、化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置,4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,精確控制各種氣體（如原料氣、氧化劑、還原劑、載氣等）的配比以制備優(yōu)質(zhì)薄膜。 目前使用的監(jiān)控元件主要由質(zhì)量流量計和針形閥。,3、氣體控制系統(tǒng),CVD反應(yīng)氣體大多有毒性或強(qiáng)烈的腐蝕性，因此需要經(jīng)過處理后才可以排放。通常采用冷吸收或通過臨水水洗后，經(jīng)過中和和反應(yīng)后排放處理。 隨著全球環(huán)境惡化和環(huán)境保護(hù)的要求，排氣處理系統(tǒng)在先進(jìn)CVD設(shè)備中已成為一個非常重要的組成部分。,4、排氣處理系統(tǒng),37,常壓單晶外延和多晶薄膜

23、沉積裝置,桶式反應(yīng)器 可以用于硅外延生長，裝置2430片襯底/次,臥式反應(yīng)器 可以用于硅外延生長，裝置34片襯底,立式反應(yīng)器 可以用于硅外延生長，裝置68片襯底/次,38,熱壁LCVD裝置,采用直立插片增加了硅片容量,39,等離子體增強(qiáng)CVD裝置,(a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等離子的PECVD裝置，可以在實驗室中使用 。,（b）是一種平行板結(jié)構(gòu)裝置。襯底放在具有溫控裝置的下面平板上，壓強(qiáng)通常保持在133Pa左右，射頻電壓加在上下平行板之間，于是在上下平板間就會出現(xiàn)電容耦合式的氣體放電，并產(chǎn)生等離子體,(c)是一種擴(kuò)散爐內(nèi)放置若干平行板、由電容式放電產(chǎn)生等等離子體的PECVD裝置。它的設(shè)計主

24、要是為了配合工廠生產(chǎn)的需要，增加爐產(chǎn)量,40,MOCVD裝置,MOCVD設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)主要有三個方面：獲得大面積和高均勻性的薄膜材料；盡量減少管道系統(tǒng)的死角和縮短氣體通斷的間隔時間，以生長超薄層和超晶格結(jié)構(gòu)材料；設(shè)計成具有多用性、靈活性和操作可變性的設(shè)備，以適應(yīng)多方面的要求。,41,履帶式常壓CVD裝置,襯底硅片放在保持400的履帶上，經(jīng)過氣流下方時就被一層CVD薄膜所覆蓋。,42,模塊式多室CVD裝置,桶罐式CVD反應(yīng)裝置,對于硬質(zhì)合金刀具的表面涂層常采用這一類裝置，它的優(yōu)點是與合金刀具襯底的形狀關(guān)系不大，各類刀具都可以同時沉積，而且容器很大，一次就可以裝上千的數(shù)量。,各個反應(yīng)器之間相互隔

25、離利用機(jī)器手在低壓或真空中傳遞襯底硅片。因此可以一次連續(xù)完成數(shù)種不同的薄膜沉積工作。,43,三、化學(xué)氣相沉積法合成工藝參數(shù),4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,44,三、化學(xué)氣相沉積法合成工藝參數(shù),4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝,影響CVD制備材料質(zhì)量的因素： 反應(yīng)混合物的供應(yīng)：通過實驗選擇最佳反應(yīng)物分壓及其相對比例。 沉積溫度：直接影響反應(yīng)系統(tǒng)的自由能，決定反應(yīng)進(jìn)行的程度和方向，不同沉積溫度對涂層的顯微結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成有直接的影響。 襯底材料：涂層能與基體之間有過渡層或基體與涂層線性膨脹系數(shù)差異相對較小時，涂層與基體結(jié)合牢固。 系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速：直接影響輸運速率，由此波及生長層的質(zhì)量。 反應(yīng)系統(tǒng)

26、裝置的因素：反應(yīng)系統(tǒng)的密封性、反應(yīng)管和氣體管道的材料以及反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品質(zhì)量也有不可忽視的影響。 源材料的純度：材料質(zhì)量又往往與源材料（包括載氣）的純度有關(guān)。,45,4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實例,一、化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管,46,Si基片的腐蝕,在襯底上形成Fe膜的圖案,襯底退火 使得Fe和Si表面氧化,將襯底放入密封石英舟池中，通入Ar加熱至700，然后通入乙烯1560min，隨后爐冷至室溫。,4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實例,一、化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管,47,樣品由高純的納米碳管組成，碳管呈彎曲狀相互纏繞在一起；碳納米管呈中空結(jié)構(gòu)，表面未見無定形碳存在，所得碳管結(jié)構(gòu)為多晶。,

27、4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實例,一、化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管,48,碳管總體取向性良好，能夠在硅襯底上形成致密的碳納米管層，碳管直徑分布均勻；但從單根碳納米管來看，管壁較為彎曲，存在較多缺陷,4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實例,一、化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管,49,實驗采用C2H2-H2混合氣體為源氣體，C2H2/C2H2-H2=3/5，氣體流速100ccm，氣壓50Torr，采用2cm見方的Al盤為基底，陰極與陽極間距(L)2cm，陽極和基底間距(D)為3cm。,CVD沉積系統(tǒng),4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實例,二、脈沖等離子CVD制備多孔石墨電極層,50,通過脈沖放電產(chǎn)生等離子體，在基底上沉積薄膜，實驗用脈沖頻率為800Hz