8-2化学气相沉积省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

第八章气相沉积技术1/388-3化学气相沉积（CVD）

化学气相沉积是利用气态物质在固体表面发生化学反应，生成固态沉积物过程。化学气相沉积过程能够在常压下进行，也能够在低压下进行。CVD技术是当前取得固态薄膜方法之一。2/38与物理气相沉积不一样是：化学气相沉积粒子起源于化合物气相分解反应。

在相当高温度下，混合气体与基体表面相互作用，使混合气体中一些成份分解，并在基体上形成一个金属或化合物固态薄膜或镀层。3/38一、

CVD反应过程及普通原理在反应器内进行CVD过程，其化学反应是不均匀，可在衬底表面或衬底表面以外空间进行。衬底表面大致过程以下：（1）反应气体向衬底表面扩散。（2）反应气体分子被吸附于衬底表面。（3）在表面上进行化学反应、表面移动、成核及膜生长。（4）生成物从表面解吸。（5）生成物在表面扩散。

4/38（1）反应气体向衬底表面扩散。（2）反应气体分子被吸附于衬底表面。（3）在表面上进行化学反应、表面移动、成核及膜生长。（4）生成物从表面解吸。（5）生成物在表面扩散。5/386/38CVD基本条件:

沉积温度下必须有足够高蒸汽压；反应生成物除所需沉积物为固态外，其余为气态；沉积物本身饱和蒸汽压足够低。7/38二、CVD反应8/389/3810/3811/38三、CVD特点

CVD与其它涂层方法相比，含有以下特点：（1）设备简单，操作维护方便，灵活性强，既可制造金属膜、非金属膜，又可按要求制造各种成分合金、陶瓷和化合物镀层。（2）可在常压或低真空状态下工作，镀膜绕射性好，形状复杂工件或工件中深孔、细孔都能均匀镀膜。12/38（3）因为沉积温度高，涂层与基体之间结合好，这样，经过CVD法处理后工件，即使用在十分恶劣加工条件下，涂层也不会脱落。（4）涂层致密而均匀，而且轻易控制其纯度、结构和晶粒度。（5）沉积层通常含有柱状晶结构，不耐弯曲。但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，能够得到细晶粒等轴沉积层。

该法最大缺点是沉积温度高，普通在700～1100℃范围内，许多材料都经受不了这么高温度，使其用途受到很大限制。13/38四、CVD应用利用CVD技术，能够沉积出玻璃态薄膜，也能制出纯度高、结构高度完整结晶薄膜，还可沉积纯金属膜、合金膜以及金属间化合物。这些新材料因为其特殊功效已在复合材料、微电子学工艺、半导体光电技术、太阳能利用、光纤通信、超导电技术和保护涂层等许多新技术领域得到了广泛应用。14/381.复合材料制备

CVD法制备纤维状或晶须状沉积物在发展复合材料方面它含有非常大作用。如Be、B、Fe、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4、AlN和BN等纤维或晶须增强Al、Mg、Ti、Ni、Cu及各种树脂类高分子聚合物等复合材料，以及纤维和晶须增强各种陶瓷类复合材料。15/382.微电子学工艺半导体器件，尤其是大规模集成电路制作，其基本工艺流程都是由外延、掩膜、光刻、扩散和金属连接等过程组合而成。其中半导体膜外延、P—N结扩散源形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜沉积等是这些工艺关键步骤。16/383.半导体光电技术半导体光电技术包含半导体光源、光接收、光波导、集成光路及光导纤维等一系列基础理论和应用技术边缘学科。CVD法能够制备半导体激光器、半导体发光器件、光接收器和光集成光路等。17/384.太阳能利用利用无机材料光电转换功效制成太阳能电池是太阳能利用一个主要路径。制成了各种异质结太阳能电池，如SiO2/Si，GaAs/GaAlAs等，它们几乎全制成薄膜形式。气相沉积是最主要制备技术。

18/385.光纤通信光纤通信因为其容量大、抗电磁干扰、体积小、对地形适应性高、保密性高以及制造成本低等优点，所以得到快速发展。通信用光导纤维是用化学气相沉积技术制得石英玻璃棒经烧结拉制而成。利用高纯四氯化硅和氧气能够很方便地沉积出高纯石英玻璃。19/386.超电导技术化学气相沉积生产Nb3Sn超导材料是当前绕制高场强小型磁体最优良材料。化学气相沉积法生产出来其它金属间化合物超导材料还有V3Ga和Nb3Ga等。

20/387.保护涂层化学气相沉积在保护涂层领域中得到了广泛应用。CVD法能够沉积各种元素及其氮化物、氧化物、硼化物、硅化物和磷化物，在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。21/38CVD法生产粉红色钻石22/38五、CVD与PVD比较

工艺温度高低是CVD和PVD之间主要区分。温度对于高速钢镀膜含有重大意义。

CVD法工艺温度超出了高速钢回火温度，用CVD法镀制高速钢工件，必须进行镀膜后真空热处理，以恢复硬度。镀后热处理会产生不允许变形。23/38CVD与PVD比较

CVD工艺对进入反应器工件清洁要求比PVD工艺低一些，因为附着在工件表面一些污物很轻易在高温下烧掉。另外，高温下得到镀层结合强度要更加好些。

CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些，前者厚度在7.5μm左右，后者通常不到2.5μm厚。CVD镀层表面略比基体表面粗糙些。相反，PVD镀膜如实地反应材料表面，不用研磨就含有很好金属光泽，这在装饰镀膜方面十分主要。24/38CVD与PVD比较

CVD反应发生在低真空气态环境中，含有很好绕镀性，所以密封在CVD反应器中所有工件，除去支承点之外，全部表面都能完全镀好，甚至深孔、内壁也可镀上。所有PVD技术因为气压较低，绕镀性较差，因此工件后面和侧面镀制效果不理想。25/38CVD与PVD比较比较CVD和PVD这两种工艺成本比较困难，有些人认为最初设备投资PVD是CVD3一4倍，而PVD工艺生产周期是CVD1/10。26/38CVD与PVD比较在CVD一个操作循环中，能够对各式各样工件进行处理，而PVD就受到很大限制。综合比较能够看出，在两种工艺都可用范围内，采取PVD要比CVD代价高。操作运行安全问题，PVD是一个完全没有污染工序，有些人称它为“绿色工程”。27/38CVD与PVD比较而CVD反应气体、反应尾气都可能含有一定腐蚀性，可燃性及毒性，反应尾气中还可能有粉末状以及碎片状物质，所以对设备、环境、操作人员都必须采取一定措施加以防范。28/38六、化学气相沉积新进展气相沉积----制备各种类型固体镀层主要方法。

CVD----温度较高少数600℃以下多数都在900～1000℃29/38零件变形组织改变降低基体材料机械性能基体材料---沉积镀层中合金元素在高温下会发生相互扩散，在交界处形成一些脆性相，从而减弱了二者之间结协力。30/38化学气相沉积新进展金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）等离子体化学气相沉积法（PCVD）(PECVD)激光化学气相沉积法（LCVD）低压化学气相沉积（LPCVD）31/38等离子体化学气相沉积（PCVD）Plasma(Enhanced)ChemicalVaporDeposition低压气体放电技术化学气相沉积直流电场高频电场微波场反应气体发生辉光放电32/3833/38等离子体及其性质等离子体是气体存在一个状态，在这种状态下，气体由离子、电子和中性原子组成，在宏观上呈电中性。等离子体能够由气体放电（辉光放电和弧光放电）或高温（火焰、电弧、核反应）产生34/3835/38等离子体化学气相沉积（PCVD）

在低温等离子体中高能电子和反应气体产生非弹性碰撞，使反应气体分子电离或激发，降低了化合物分解或化合所需能量，使反应温度降低，在低温时便能够得到化合物涂层。