第四章化学气相沉积1ppt课件

1、Chemical Vapor Deposition化学气相沉积化学气相沉积What is the Deposition?GasLiquidSolidCondensationVaporizationDepositionFreezingMeltingSublimation1、基本介绍、基本介绍 气相沉积技术：气相沉积技术： 化学气相沉积法化学气相沉积法 (Chemical Vapor Deposition，CVD): 利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应生利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术。成固态沉积物的技术。PVDPVDCVDCVD蒸发镀蒸发镀离子镀离子镀溅

2、射镀溅射镀2、化学气相沉积的装置、化学气相沉积的装置CVD装置通常：装置通常： 气源控制部件；气源控制部件； 沉积反应室；沉积反应室； 沉积温控部件；沉积温控部件； 真空排气和压强控制真空排气和压强控制部件；部件； 增加激励能源控制部增加激励能源控制部件在等离子增强型或件在等离子增强型或其它其它 能源激活型能源激活型CVD装置）。装置）。 CVD对原料、产物及反应类型的要求1.反应原料是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质。2.反应易于生成所需要的沉积物而其中副产品保留在气相中排出或易于分离.3.整个操作较易于控制。根据反应类型不同分为：根据反应类型不同分为：热解化学气相沉积热解化学气相沉积化

3、学合成气相沉积化学合成气相沉积a a、氧化还原反应沉积、氧化还原反应沉积 b b、化合反应沉积化合反应沉积化学输运反应沉积化学输运反应沉积( (可逆反应）可逆反应）根据激活方式不同分为：根据激活方式不同分为：热激活：电阻加热、感应加热、红外辐射加热热激活：电阻加热、感应加热、红外辐射加热等离子增强的反应沉积等离子增强的反应沉积PCVD) PCVD) （PECVD)PECVD)激光增强的反应沉积激光增强的反应沉积LCVD) LCVD) （LICVD) LICVD) 微波电子共振等子离微波电子共振等子离CVDCVD3、CVD分类分类 CVD技术的分类技术的分类CVD技术技术低压低压CVDLPCVD

4、）常压常压CVDAPCVD）亚常压亚常压CVD(SACVD)超高真空超高真空CVD(UHCVD)等离子体增强等离子体增强CVD(PECVD)高密度等离子体高密度等离子体CVD(HDPCVD快热快热CVD(RTCVD)金属有机物金属有机物CVD(MOCVDCVD技术技术低压低压CVDLPCVD）常压常压CVDAPCVD）亚常压亚常压CVD(SACVD)超高真空超高真空CVD(UHCVD)等离子体增强等离子体增强CVD(PECVD)高密度等离子体高密度等离子体CVD(HDPCVD快热快热CVD(RTCVD)金属有机物金属有机物CVD(MOCVDCVD技术技术低压低压CVDLPCVD）常压常压CVD

5、APCVD）亚常压亚常压CVD(SACVD)超高真空超高真空CVD(UHCVD)等离子体增强等离子体增强CVD(PECVD)高密度等离子体高密度等离子体CVD(HDPCVD快热快热CVD(RTCVD)金属有机物金属有机物CVD(MOCVD2.1 热解化学气相沉积热解化学气相沉积 1、氢化物：氢化物、氢化物：氢化物M-H键的离解能、键能都比较小，键的离解能、键能都比较小，热解温度低，唯一的副产物是没有腐蚀性的氢气。热解温度低，唯一的副产物是没有腐蚀性的氢气。 原料：通常原料：通常IV B族族B族和族和B族的一些低周期元素的族的一些低周期元素的氢化物如氢化物如CH4、siH4、GeH4、B2H6、

6、PH3、AsH3等等都是气态化合物，都是气态化合物， 产物：相应的副族元素的单质产物：相应的副族元素的单质制备制备SiGe合金全膜合金全膜 2、有机烷氧基的元素化合物，在高温时不稳定，热分、有机烷氧基的元素化合物，在高温时不稳定，热分解生成该元素的氧化物。解生成该元素的氧化物。 3 3、此外还有一些金属的碳基化合物有机烷基金属、此外还有一些金属的碳基化合物有机烷基金属化合物），本身是气态或者很容易挥发成蒸气经过热化合物），本身是气态或者很容易挥发成蒸气经过热分解，沉积出金属或金属氧化物薄膜。例如：分解，沉积出金属或金属氧化物薄膜。例如：金属有机化学气相沉积技术金属有机化学气相沉积技术MOCVD

7、)MOCVD)(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition2.2 氧化还原反应沉积氧化还原反应沉积 1、原料：元素的氢化物或有机烷基化合物 通入氧气 反响：氧化反应 产物：该元素的氧化物薄膜 2、原料：卤化物许多卤化物是气态或易挥发的物质） 通入氢气 反响：氢还原反应 产物：卤化物中对应阳离子单质薄膜2.3 化合反应沉积化合反应沉积 在CVD技术中使用最多的反应类型是两种或两种以上的反应原料气在沉积反应器中相互作用合成得到所需要的无机薄膜或其它材料形式。 常利用氢化物或有机烷基化合物

8、的不稳定性，经过常利用氢化物或有机烷基化合物的不稳定性，经过热分解后立即在气相中和其它原料气反应生成固态沉热分解后立即在气相中和其它原料气反应生成固态沉积物，积物， 例如：例如：2.4 化学输运反应沉积化学输运反应沉积 1 1、利用物质本身在高温下会气化分解然后在沉积反、利用物质本身在高温下会气化分解然后在沉积反应器稍冷的地方反应沉积生成薄膜、晶体或粉末等形应器稍冷的地方反应沉积生成薄膜、晶体或粉末等形式的产物。式的产物。炼丹术炼丹术普通，输运反应中通常是普通，输运反应中通常是T2T1，即生成气态化合物的，即生成气态化合物的反应温度反应温度T 2往往比重新反应沉积时的温度往往比重新反应沉积时的

9、温度T1要高一些要高一些.W(s）+2I2g） WI4(g）约约3000 （T1)1400（T2) 特殊，特殊，T1 T2溴钨灯、碘钨灯溴钨灯、碘钨灯化学输运过程是由低温向高温方向进行的。化学输运过程是由低温向高温方向进行的。 2 2、也有的时候原料物质本身不容易发生分解，而需添、也有的时候原料物质本身不容易发生分解，而需添加另一物质加另一物质( (称为输运剂称为输运剂) )来促进输运中间气态产物的来促进输运中间气态产物的生成。例如：生成。例如： 原料：原料： 是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质。是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质。 1低周期元素的氢化物低周期元素的氢化物 2有机烷氧基

10、的元素化合物有机烷氧基的元素化合物 3金属的碳基化合物金属的碳基化合物 4卤化物卤化物2.5 等离子体增强的反应沉积等离子体增强的反应沉积概念：等离子体增强化学气相沉积是采用高频电场产生概念：等离子体增强化学气相沉积是采用高频电场产生等离子体，使反应物分解后沉积到基片表面。即以外等离子体，使反应物分解后沉积到基片表面。即以外部电能加到部电能加到CVD环境中，有效地代替一般热激活环境中，有效地代替一般热激活CVD系统中的电能热激活系统中的电能热激活,可使可使PECVD的沉积温度大大低的沉积温度大大低于热激活于热激活CVD的沉积温度。的沉积温度。 主要用于镀膜技术。主要用于镀膜技术。2.6 激光增

11、强的反应沉积激光增强的反应沉积 激光诱导激光诱导LICVD Laser-induced CVD 用激光束照射封闭气体室内的反应气体，诱发化学反用激光束照射封闭气体室内的反应气体，诱发化学反应，使生成物沉积在气体室内的基本上。应，使生成物沉积在气体室内的基本上。 激光的原理：利用反应气体分子或光敏分子对特激光的原理：利用反应气体分子或光敏分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子光解，热解，定波长激光束的吸收，引起反应气体分子光解，热解，光敏化反应。光敏化反应。根据根据CVD的特点，其主要应用在：的特点，其主要应用在： CVD特点特点 CVD应用应用保形性保形性晶粒可控性晶粒可控性制备环境纯净

12、制备环境纯净薄膜材料及器件薄膜材料及器件低维材料低维材料超纯物质超纯物质 原料：原料： CH4、Ar、H2 、 N2、CO2 反应原理：反应原理： CH4 C H2 过过程：程：原料准备原料准备成膜成膜基体预处理基体预处理表面活化表面活化形核、生长形核、生长实例实例1：PECVD法制备纳米金刚石薄膜法制备纳米金刚石薄膜PECVD法制备纳米金刚石薄膜设备示意图法制备纳米金刚石薄膜设备示意图4.2 化学气相沉积化学气相沉积(CVD)制备超细材料制备超细材料 CVD技术，主要用于材料的表面沉积镀膜，还可以用于制备超细粉体材料、纳米粉末、和纤维材料。利用化学气相沉积技术制备粉体材料是将挥发性金属化合物

13、的蒸气通过化学反应合成所需的物质，并使之沉积成粉末颗粒。其技术的关键: 是合理控制气相沉积过程中的凝结形核及生长方式这种方法除适用于制备氧化物外，还适于制备用液相法难于直接合成的金属、氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。气相沉积产物示意图气相沉积产物示意图关键关键: 是合理是合理控制气相沉控制气相沉积过程中的积过程中的凝结形核及凝结形核及生长方式。生长方式。 用SiH4除了能合成纳米Si微粒外，还能合成SiC和Si3N4纳米微粒，粒径可控范围为几纳米至70nm，粒度分布可控制在几纳米以内。合成反应如下 ： .622.4.1243242424424334gHsSiCgHCgSiHgHsSiCgCH

14、gSiHgHsNSigNHgSiH实例：制备难生成化合物实例：制备难生成化合物小结小结 1、 CVD特点特点 CVD应用应用保形性保形性晶粒可控性晶粒可控性制备环境纯净制备环境纯净薄膜材料及器件薄膜材料及器件低维材料低维材料超纯物质超纯物质 2、原料：、原料： 是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质。是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质。 1低周期元素的氢化物低周期元素的氢化物 2有机烷氧基的元素化合物有机烷氧基的元素化合物 3金属的碳基化合物金属的碳基化合物 4卤化物卤化物3、CVD分类分类根据反应类型不同分为：根据反应类型不同分为：热解化学气相沉积热解化学气相沉积化学合成气相沉积化学合成气相沉积 a a、氧化还原反应沉积、氧化还原反应沉积 b b、化合反应沉积