《化学气相沉积》PPT课件.ppt

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1、第八章气相沉积技术8-3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，生成固态沉积物的过程。化学气相沉积的过程可以在常压下进行，也可以在低压下进行。CVD技术是当前获得固态薄膜的方法之一。与物理气相沉积不同的是：化学气相沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。一、CVD反应过程及一般原理在反应器内进行的CVD过程，其化学反应是不均匀的，可在衬底表面或衬底表面以外的空间进行。衬底表面的大致过程如下：（1）反应气体向衬底表面扩散。（2

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。（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。CVD基本条件:沉积温度下必须有足够高的蒸汽压；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。二、CVD反应三、CVD的特点CVD与其他涂层方法相比，具有如下特点：（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，又可按要求制造多种成分的合

3、金、陶瓷和化合物镀层。（2）可在常压或低真空状态下工作，镀膜的绕射性好，形状复杂的工件或工件中的深孔、细孔都能均匀镀膜。（3）由于沉积温度高，涂层与基体之间结合好，这样，经过CVD法处理后的工件，即使用在十分恶劣的加工条件下，涂层也不会脱落。（4）涂层致密而均匀，并且容易控制其纯度、结构和晶粒度。（5）沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。该法最大缺点是沉积温度高，一般在700～1100℃范围内，许多材料都经受不了这样高的温度，使其用途受到很大的限制。四、CVD的应用利用CVD技术，可以沉积出玻璃态薄膜，也能制

4、出纯度高、结构高度完整的结晶薄膜，还可沉积纯金属膜、合金膜以及金属间化合物。这些新材料由于其特殊的功能已在复合材料、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。1.复合材料制备CVD法制备的纤维状或晶须状的沉积物在发展复合材料方面它具有非常大的作用。如Be、B、Fe、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4、AlN和BN等纤维或晶须增强的Al、Mg、Ti、Ni、Cu及各种树脂类高分子聚合物等的复合材料，以及纤维和晶须增强的各种陶瓷类复合材料。2.微电子学工艺半导体器件，特别是大规模集成电路的制作，其基本工艺流程都是

5、由外延、掩膜、光刻、扩散和金属连接等过程组合而成的。其中半导体膜的外延、P—N结扩散源的形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜的沉积等是这些工艺的核心步骤。3.半导体光电技术半导体光电技术包括半导体光源、光接受、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的边缘学科。CVD法可以制备半导体激光器、半导体发光器件、光接受器和光集成光路等。4.太阳能利用利用无机材料的光电转换功能制成太阳能电池是太阳能利用的一个重要途径。制成了多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。气相沉积是最主要的制备技术。5.光纤通信光纤通信由于其容量大、

6、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，因此得到迅速发展。通信用的光导纤维是用化学气相沉积技术制得的石英玻璃棒经烧结拉制而成的。利用高纯四氯化硅和氧气可以很方便地沉积出高纯石英玻璃。6.超电导技术化学气相沉积生产的Nb3Sn超导材料是目前绕制高场强小型磁体的最优良材料。化学气相沉积法生产出来的其他金属间化合物超导材料还有V3Ga和Nb3Ga等。7.保护涂层化学气相沉积在保护涂层领域中得到了广泛的应用。CVD法可以沉积多种元素及其氮化物、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。CVD法生产粉红色钻石五、CVD与PVD

7、比较工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要区别。温度对于高速钢镀膜具有重大意义。CVD法的工艺温度超过了高速钢的回火温度，用CVD法镀制的高速钢工件，必须进行镀膜后的真空热处理，以恢复硬度。镀后热处理会产生不容许的变形。CVD与PVD比较CVD工艺对进入反应器工件的清洁要求比PVD工艺低一些，因为附着在工件表面的一些污物很容易在高温下烧掉。此外，高温下得到的镀层结合强度要更好些。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镀层的表面略比基体的表面粗糙些。相反，P