化学气相沉积技术.ppt

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1、化学气相沉积技术目录化学气相沉积技术的基本概念Ⅰ.化学气相沉积技术的定义Ⅱ.化学气相沉积技术的分类Ⅲ.化学气相沉积技术的发展历程Ⅳ.化学气相沉积技术的基本原理化学气相沉积技术的基本理论Ⅰ.CVD技术Ⅱ.CVD制备材料的生长机制Ⅲ.化学气相沉积的反应过程CVD技术在实验室的应用化学气相沉积技术的基本概念化学气相沉积技术（CVD）是一种材料表面改性技术。是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方法。它可以利用气相间的

2、反应,在不改变基体材料成分和不消弱基体材料强度的条件下,赋予材料表面一些特殊的性能。从气相中析出的固体的形态主要有下列几种：⑴.在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒⑵.在气体中生成粒子化学气相沉积技术的定义：化学气相沉积技术的分类化学气相沉积技术的发展历程古人类在取暖或烧烤时在岩洞壁或岩石上的黑色碳层80年代低压CVD成膜技术成为研究热潮近年来PECVD、LPCVD等高速发展20世纪60-70年代用于集成电路20世纪50年代主要用于道具涂层三个步骤1.产生挥发性物质2.将挥发性物质运到沉积区3.挥发

3、性物质在基体上发生化学反应原理：CVD是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态沉积物的过程。CVD是建立在化学反应基础上的，要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反应。用于CVD技术的通常有如下所述六种反应类型。热分解反应氧化还原反应化学合成反应化学输运反应等离子增强反应其他能源增强增强反应化学气相沉积技术的基本理论Ⅰ.CVD技术CVD技术分为开管气流法和封管气流法两种基本类型。图1开管系统和闭管系统的反应室示意图以砷化镓的外延生长为例，说明开管法的工作流程，该例子涉及的化学反应：⒈开

4、管气流法特点是反应气体混合物能够连续补充,同时废弃的反应产物不断排出沉积室。其主要由双温区开启式电阻炉及控温设备、反应管、载气净化及载带导入系统三大部分构成。同时，反应器的类型多种多样，按照不同划分标准可以有不同的类型：⑴.开管法的反应器分为三种，分别为立式、水平式、圆盘式和圆筒式.⑵.由反应过程的要求不同，反应器可分为单温区、双温区和多温区.由上述分析，可以归纳出开管法的优点：⑴.式样容易放进和取出⑵.同一装置可以反复多次使用⑶.沉积条件易于控制，结果易于重现⒉封管气流法以ZnSe为例进行说明

5、该方法，其中涉及到的反应过程这种反应系统是把一定量的反应物和适当的基体分别放在反应器的两端,管内抽真空后充入一定量的输运气体,然后密封,再将反应器置于双温区内,使反应管内形成一温度梯度。由上述分析，可以归纳出封管法的优点：⑴.可降低来自外界的污染⑵.不必连续抽气即可保持真空⑶.原料转化率高封管法也有其自身的局限性，有如下几点：⑴.材料生长速率慢,不利于大批量生产⑵.有时反应管只能使用一次,沉积成本较高⑶.管内压力测定困难,具有一定的危险性Ⅱ.CVD制备材料的生长机制合成材料主要是通过气-液-固(

6、VLS)机制和气-固(VS)机制引导的。⑴.VLS生长机制在所有的气相法中，应用VLS机制制备大量单晶纳米材料和纳米结构应该说是最成功的。VLS生长机制一般要求必须有催化剂(也称为触媒)的存在。VLS的生长过程如下：图2VLS生长机制示意图VLS生长机制的特点：①.具有很强的可控性与通用性.②.纳米线不含有螺旋位错.③.杂质对于纳米线生长至关重要，起到了生长促进剂(growthpromoter)的作用.④.在生长的纳米线顶端附着有一个催化剂颗粒，并且，催化剂的尺寸很大程度上决定了所生长纳米线的最

7、终直径，而反应时间则是影响纳米线长径比的重要因素之一.⑤.纳米线生长过程中，端部合金液滴的稳定性是很重要的.⑵.VS生长机制该生长机制一般用来解释无催化剂的晶须生长过程。生长中，反应物蒸气首先经热蒸发、化学分解或气相反应而产生，然后被载气输运到衬底上方，最终在衬底上沉积、生长成所需要的材料。VS的生长过程如下：NucleusVaporⅠⅡⅢ图3VS生长机制示意图VS生长机制的特点：①.VS机制的雏形是指晶须端部含有一个螺旋位错，这个螺旋位错提供了生长的台阶，导致晶须的一维生长.②.在VS生长过程

8、中气相过饱和度是晶体生长的关键因素，并且决定着晶体生长的主要形貌:一般而言，很低的过饱和度对应于热力学平衡状态下生长的完整晶体较低的过饱和度有利于生长纳米线稍高的过饱和度有利于生长纳米带再提高过饱和度，将有利于形成纳米片当过饱和度较高时，可能会形成连续的薄膜过饱和度非常高，得到的是结晶不完全的物质。表1VLS与VS生长机制的对比表格VLS生长机制VS生长机制有无催化剂有无杂质参与可控度灵活度有催化颗粒的存在并不需要催化剂的参与杂质的参与对其生长有重要作用在端部无催化颗粒存在，因此产物的纯度较高有