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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 (Chemical Vapor Deposition) 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 1.1 CVD原理 定义 步骤 CVD常见沉积反应 1.2 CVD技术 概念 分类 流程图 特点 1.3 CVD生长方式 汽-液-固（VLS）生长方式 汽-固（VS）生长方式 1.1 CVD原理 1.1.1 什么是CVD 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 1.1.3 1、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 1.1.3 2.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（Process Control System）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 1.2.4 CVD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 1.3 CVD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。 1.3.1 VLS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