化学气相沉积概要课件.ppt

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1、化学气相沉积(CVD)制样与分析主讲人：杨彩凤指导老师：秦丽溶(ChemicalVaporDeposition)总览化学气相沉积（CVD）CVD基础知识CVD制样与分析CVD的几种新技术CVD的应用一、CVD基础知识1.1CVD原理定义步骤CVD常见沉积反应1.2CVD技术概念分类流程图特点1.3CVD生长方式汽-液-固（VLS）生长方式汽-固（VS）生长方式1.1CVD原理1.1.1什么是CVDCVD是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态沉积物的工艺过程。1.1.2三个步骤：（1）产生挥发性物质（2）将挥发性物质运送到沉积区（3）于基体上发生化学反应而生成固态产物1.1.31、

2、常见化学气相沉积反应：热分解反应、化学合成反应、化学传输反应等。（1）热分解反应氢化物分解，沉积硅：金属有机化合物分解，沉积羰基氯化物分解，沉积贵金属及其他过渡族金属（2）化学合成反应：主要用于绝缘膜的沉积沉积二氧化硅沉积（3）化学传输反应：主要用于稀有金属的提纯和单晶生长的提纯单晶生长1.1.32.化学气相沉积的基本条件（1）在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸汽压。（2）除了需要得到的固体沉积物外，化学反应的其他生成物都必须是气态。（3）沉积物本身的饱和蒸汽压应足够低，以保证它在整个反应和沉积过程中都一直保持在加热的衬底上。1.2化学气相沉积技术1.2.1概念（1）什么是

3、化学气相沉积技术？化学气象沉积技术是一种材料表面改性技术。它可以利用气相间的反应，在不改变基体材料成分和不削弱基体材料强度的条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。（2）CVD系统任何CVD系统，均包含一个反应器（Reactor）、一组气体传输系统、排气（Exhaust）系统及制程控制系统（ProcessControlSystem）等。1.2.2分类反应器是CVD装置最基本的部件。根据反应器结构的不同,可将CVD技术分为开管气流法和封管气流法两种基本类型。封管法（1）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

4、内,使反应管内形成一温度梯度。（2）封管法的优缺点优点：可降低来自外界的污染;不必连续抽气即可保持真空;原料转化率高。缺点：材料生长速率慢,不利于大批量生产;有时反应管只能使用一次,沉积成本较高;管内压力测定困难,具有一定的危险性。开管法（1）开管气流法的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。（2）开管法优点：式样容易放进和取出同一装置可以反复多次使用沉积条件易于控制，结果易于重现（3）按照加热方式的不同，开管气流法可分为热壁式和冷壁式两种。热壁式反应器一般采用电阻加热炉加热，沉积室室壁和基体都被加热。因此，这种加热方式的缺点是管壁上也会发

5、生沉积。冷壁式反应器只有基体本身被加热,故只有热的基体才发生沉积。实现冷壁式加热的常用方法有感应加热，通电加热和红外加热等。按照反应器结构划分：CVD设备扩散传递吸附反应副产物解吸附成膜排气1.2.3CVD流程图1.2.4CVD技术的特点（1）沉积物众多（2）可在常压或低压下进行沉积（3）能均匀涂覆几何形状复杂的零件（4）涂层和基体结合牢固（5）可以控制镀层的密度和纯度（6）设备简单，操作方便1.3CVD制备材料的生长机制合成材料主要是通过气-液-固(VLS)机制和气-固(VS)机制引导的。1.3.1VLS生长机制（1）概念在所有的气相法中，应用VLS机制制备大量单晶纳米材料和纳米结构应

6、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。（2）VLS生长机制流程图Si金属催化剂Si过饱和析出并结晶纳米线结晶阶段生长阶段共溶阶段气相(Vapor)液相(Liquid)固相(Solid)（Ni、Cu、Fe······）高温下轴向生长（3）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.1

7、.3.2VS(Vapor-Solid)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。主要有两种观点：顶部生长机制和底部挤出机制。认为金属是通过氧化物内部的线缺陷，包括螺位错、内晶界或空洞扩散至顶部，然后与氧反应而生长。二、制样与分析2.1制样形貌分析2.2分析成分分析结构分析表面界面分析二、制