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1、第25卷第5期稀有金属2001年9月Vol.25№.5CHINESEJOURNALOFRAREMETALSSeptember2001X化学气相沉积技术与材料制备胡昌义李靖华(昆明贵金属研究所,昆明650221)摘要:概述化学气相沉积技术的一般原理与技术,总结化学气相沉积技术在材料制备方面的发展与应用状况,着重介绍化学气相沉积技术在制备贵金属薄膜和涂层领域的最新进展。关键词:化学气相沉积材料制备贵金属中图分类号:TG1741494文献标识码:A文章编号:0258-7076(2001)05-0364-05化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,简称相沉积技术的一般原理
2、与技术,总结化学气相沉积CVD)技术是近几十年发展起来的主要应用于无机技术在材料制备方面的发展与应用状况。[1]新材料制备的一种技术。目前,这种技术的应用不再局限于无机材料方面,已推广到诸如提纯物质、1CVD原理与技术研制新晶体、沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜111CVD原理材料等领域。近年来,贵金属薄膜的应用日益广泛,CVD是利用气态物质在固体表面进行化学反许多研究者采用化学气相沉积法制备贵金属薄膜应,生成固态沉积物的工艺过程。它一般包括三个(如铱和铂薄膜)已取得重要进展。80年代以来,美步骤(图1):(1)产生挥发性物质;(2)将挥发性物质国国家航空与宇宙航行局(NASA)采用
3、CVD法制备输运到沉积区;(3)于基体上发生化学反应而生成固出铼2铱高温发动机喷管,是化学气相沉积法在制备态产物。贵金属涂层方面成功应用的典型。本文概述化学气图1CVD反应系统示意图Fig.1Schematicdiagramofchemicalvapordeposition最常见的化学气相沉积反应有:热分解反应、化(1)氢化物分解,沉积硅:学合成反应和化学传输反应等。下面就每种沉积反800～1000℃SiH4(g)Si(s)+2H2↑应举例说明。热分解反应:(2)金属有机化合物分解,沉积Al2O3:X云南省应用基础研究基金资助项目(2000E0085M);收稿日期:2001201202
4、;胡昌义,男,1963年生,硕士,高级工程师;联系地址:昆明市85信箱5期胡昌义等化学气相沉积技术与材料制备365420℃热,通电加热和红外加热等。2Al(OC3H7)3Al2O3+6C3H6↑+3H2O↑(3)羰基氯化物分解,沉积贵金属及其他过渡族金属:600℃Pt(CO)2Cl2Pt+2CO↑+Cl2↑140～240℃Ni(CO)4Ni+4CO↑化学合成反应主要用于绝缘膜的沉积:(1)沉积SiO2:325～475℃SiH4+2O2SiO2+2H2O↑(2)沉积Si3N4:850～900℃3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl↑图2封管法化学气相沉积反应器示意图Fig.2Sch
5、ematicdiagramofchemicalvapordepositionwith化学传输反应主要用于稀有金属的提纯和单晶close2endtube生长:(1)Zr的提纯:250～550℃1300～1400℃2CVD技术在材料制备中的一些应Zr(s)+2I2(g)ZrI4(g)Zr(s)+用2I2(g)211CVD法制备晶体或晶体薄膜(2)ZnSe单晶生长:由于现代科学技术对无机新材料的迫切需求,ZnSe(s)+I2(g)ZnI2(g)+1/2Se2(g)晶体生长领域的发展十分迅速。化学气相沉积法不112CVD技术仅能极大改善某些晶体或晶体薄膜的性能,而且还反应器是CVD装置最基本的
6、部件。根据反应能制备出许多其他方法无法制备的晶体;CVD法设器结构的不同,可将CVD技术分为开管气流法和封备相对简单,操作方便,适应性强,因而成为无机新管气流法两种基本类型。晶体主要的制备方法之一,广泛应用于新晶体的研封管法:这种反应系统是把一定量的反应物和究与探索。CVD最主要的应用之一是在一定的单适当的基体分别放在反应器的两端,管内抽真空后晶衬底上沉积外延单晶层。最早的气相外延工艺是充入一定量的输运气体,然后密封,再将反应器置于硅外延生长,其后又制备出外延化合物半导体层。双温区内,使反应管内形成一温度梯度(图2)。温气体外延技术亦广泛用于制备金属单晶薄膜(如钨、度梯度造成的负自由能
7、变化是传输反应的推动力,钼、铂和铱等)及一些化合物单晶薄膜(如NiFe2O4、于是物料就从封管的一端传输到另一端并沉积下Y3Fe5O12和CoFe2O4等)。来。封管法的优点是:(1)可降低来自外界的污染;212晶须的制备(2)不必连续抽气即可保持真空;(3)原料转化率高。晶须是一维发育的单晶体。晶须在复合材料领其缺点是:(1)材料生长速率慢,不利于大批量生产;域有重要的应用,是制备新型复合材料的重要原料。(2)有时反应管只能使用一次,沉积成本
