cvd化学气相沉积的技术和发展应用

cvd化学气相沉积的技术和发展应用
cvd化学气相沉积的技术和发展应用

化学气相沉积

概述

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。CVD技术可以生长高质量的单晶薄膜,能够获得所需的掺杂类型和厚度,易于实现大批量生产,因而在工业上得到广泛的应用。工业上利用CVD制备的外延片常有一个或多个埋层可用扩散或离子注入的方式控制器件结构和掺杂分布;外延层的氧和碳含量一般很低。但是CVD外延层容易形成自掺杂,要用一定措施来降低自掺杂。

CVD生长机理很复杂,反应中生成多种成分,也会产生一些中间成分,影响因素有很多,如:先躯体种类;工艺方法(tcvi,icvi,pcvd);反应条件(温度,压力,流量);触媒种类;气体浓度;衬基结构;温度梯度;炉内真空度等外延工艺有很多前后相继,彼此连贯的步骤。

原理

将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到基体表面上。反应物多为金属氯化物,先被加热到一定温度,达到足够高的蒸汽压,用载气(一般为Ar或H2)送入反应器。如果某种金属不能形成高压氯化物蒸汽,就代之以有机金属化合物。在反应器内,被涂材料或用金属丝悬挂,或放在平面上,或沉没在粉末的流化床中,或本身就是流化床中的颗粒。化学反应器中发生,产物就会沉积到被涂物表面,废气(多为HCl或HF)被导向碱性吸收或冷阱。除了需要得到的固态沉积物外,化学反应的生成物都必须是气态沉积物本身的饱和蒸气压应足够低,以保证它在整个反应、沉积过程中都一直保持在加热的衬底上。反应过程:(1)反应气体向衬底表面扩散(2)反应气体被吸附于衬底表面(3)在表面进行化学反应、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。所选择的化学反应通常应该满足:①反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态,或有很高的蒸气压,且有很高的纯度:②通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层:③反应易于控制在沉积温度下,反应物必须有足够高的蒸气压

主要设备

生长设备分为开管和闭管两种。闭管外延是将源材料,衬底,输运剂一起放在一密闭容器中,容器抽空或充气。开管系统是用载气将反应物蒸汽由源区输运到衬底区进行化学反应和外延生长,副产物被载气携带排出系统。常压CVD反应中有立式反应器,水平式反应器,圆盘式反应器,和圆桶式反应器等。超高真空设备有UHV/CVD反应系统。还有等离子增强CVD外延生长装置,光增强外延生长装置,氯化物VPE系统和MOCVD生长系统。

技术特点

每一个CVD系统都必须具备如下功能:①将反应气体及其稀释剂通入反应器,并能进行测量和调节;

②能为反应部位提供热量,并通过自动系统将热量反馈至加热源,以控制涂覆温度。

③将沉积区域内的副产品气体抽走,并能安全处理。

在CVD过程中,只有发生气相-固相交界面的反应才能在基体上形成致密的固态薄膜。CVD中的化学反应受到气相与固相表面的接触催化作用,产物的析出过程也是由气相到固相的结晶生长过程。在CVD反应中基体和气相间要保持一定的温度差和浓度差,由二者决定的过饱和度产生晶体生长的驱动力。

1)在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体。

(2)可以在大气压(常压)或者低于大气压下(低压)进行沉积。(3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行。(4)镀层的化学成分可以改变,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。5)可以控制镀层的密度和纯度。(6)绕镀性好,可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。

优缺点

优点:(1) CVD设备简单,维护方便;(2)CVD设备操作简单,灵活性强(温度,炉压等);(3)可以制备多种金属、合金、陶瓷、化合物的涂层、复合涂层或梯度涂层;(4)绕镀性好,可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀制;(5)CVD工艺可以制备出先进的纤维、泡沫、粉末,甚至复合材料;(6)因沉积温度高,沉积物与基体的结合强度高;(7)CVD工艺制备出的涂层致密、均匀,所以可以较好的控制涂层的密度,纯度、结构和晶粒度;(8)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行;

缺点:1.CVD的最大缺点是沉积温度太高,一般在900~1200℃范围内。被处理的工件在如此高的温度下,会变形,会出现晶粒长大,会出现基材性能下降。

2.反应气体、反应尾气都可能具有一定的腐蚀性,可燃性及毒性,反应尾气中还可能有粉末状以及碎片状的物质;

3.镀层很薄,已镀零件不能再磨削加工。

应用及最新进展

CVD法主要应用于两大方向:(1)制备涂(镀)层,改善和提高材料或零件的表面性能(提高或改善材料或部件的抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能);二。开发新型结构材料或功能材料(制备纤维增强陶瓷基复合材料、C/C复合材料等;制备纳米材料;制备难熔材料的粉末、晶须、纤维(SiCf,Bf);制备功能材料;)目前CVD技术在保护膜层、微电子技术、太阳能利用、光纤通信、超导技术、制备新材料等许多方面得到广泛的应用。随着工业生产要求的不断提高, CVD的工艺及设备得到不断改进,不仅启用了各种新型的加热源,还充分利用等离子体、激光、电子束等辅助方法降低了反应温度,使其应用的范围更加广阔。 CVD今后应该朝着减少有害生成物,提高工业化生产规模的方向发展。此外,使CVD的沉积温度更加低温化,对CVD过程更精确地控制,开发厚膜沉积技术、新型膜层材料以及新材料合成技术,将会成为今后研究的主要课题。

化学气相沉积技术的应用与发展

化学气相沉积技术的应用与进展 一、化学气相沉积技术的发展现状 精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一,是新材料的重要组成部分,现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料,这些功能材料必须是高纯的,或者是在高纯度材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是,我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求,也难以保证得到高纯度的产品。因此,无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相沉积技术(Chemical vapor deposition,简称CVD)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相沉积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物,也可以是二元或多元的元素间化合物,而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。目前,用CVD技术所制备的材料不仅应用于宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料、刀具材料、耐热耐磨耐腐蚀及生物医用材料等领域,而且还被应用于制备与合成各种粉体料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。 二、化学气相沉积技术的工作原理 化学气相沉积是指利用气体原料在气相中通过化学反应形成基本粒 子并经过成核、生长两个阶段合成薄膜、粒子、晶须或晶体等个主要

阶段:反应气体向材料表面5固体材料的工艺过程。它包括 扩散;反应气体吸附于材料的表面;在材料表面发生化学反应;生成物从材料的表面脱附;(5)产物脱离材料表面。 目前CVD技术的工业应用有两种不同的沉积反应类型即热分解反应和化学合成反应。它们的共同点是:基体温度应高于气体混合物;在工件达到处理温度之前气体混合物不能被加热到分解温度以防止在 气相中进行反应。 三、化学气相沉积技术的特点 化学气相沉积法之所以得以迅速发展,是和它本身的特点分不开的,与其他沉积方法相比,CVD技术除了具有设备简单、操作维护方便、灵活性强的优点外,还具有以下优势: (1)沉积物众多,它可以沉积金属、碳化物、氮化物、氧化物和硼化物等,这是其他方法无法做到的; (2)能均匀涂覆几何形状复杂的零件,这是因为化学气相沉积过程有高度的分散性; (3)涂层和基体结合牢固; (4)镀层的化学成分可以改变, 从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层; (5)可以控制镀层的密度和纯度; (6)设备简单,操作方便。 随着工业生产要求的不断提高,CVD的工艺及设备得到不断改进,但是在实际生产过程中CVD技术也还存在一些缺陷:

论述物理气相沉积和化学气相沉积地优缺点

论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点 物理气相沉积技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流(Qc)溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑,所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤: (1)镀料的气化:即使镀料蒸发,异华或被溅射,也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。 随着高科技及新兴工业发展,物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点,如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术,大型矩形长弧靶和溅射靶,非平衡磁控溅射靶,孪生靶技术,带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术,条状纤维织物卷绕镀层技术等,使用的镀层成套设备,向计算机全自动,大型化工业规模方向发展。 化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料,这些功能材料必须是高纯的,或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是,我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求,也难以保证得到高纯度的产品。因此,无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物,也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物,而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前,化学气相

气相沉积

化学气相沉积 气相沉积技术是一种发展迅速、应用广泛的表面成膜技术,它不仅可以用来制备各种特殊力学性能(如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等)的薄膜涂层,而且还可以用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。 气相沉积技术可以分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,简称PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)。其中化学气相沉积应用最为广泛,技术发展及研究最为成熟。 化学气相沉积的古老原始形态可以追朔到古人 类在取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳 层。作为现代CVD技术发展的开始阶段在20世纪 50年代,主要着重于刀具涂层的应用。从20世纪 60~70年代以来由于半导体和集成电路技术发展和 生产的需要,CVD技术得到了更迅速和更广泛的发 展。目前CVD技术在电子、机械等工业部门中发挥 了巨大作用,特别对一些如氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄膜的沉积。 化学气相沉积是通过化学反应的方式,利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源,在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。简单来说就是:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互 之间发生化学反应,形成一种新的材 料,沉积到基片表面上。CVD和PVD 相比,沉积过程要发生化学反应,是 一个气象化学生长的过程。 从气相中析出的固体的形态主要 有下列几种:在固体表面上生成薄 膜、晶须和晶粒,在气体中生成粒

子。 一、CVD技术的基本要求: 为适应CVD技术的需要,选择原料、产物及反应类型等通常应满足以下几点基本要求: (1)反应剂在室温或不太高的温度下最好是气态或有较高的蒸气压而且易于挥发成蒸汽的液态或固态物质,且有很高的纯度 (2)通过沉积反应易于生成所需要的材料沉积物,而其他副产物均易挥发而留在气相排出或易于分离 (3)反应易于控制 二、CVD技术的基本原理: 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五种反应类型。 (1)热分解反应 热分解反应是最简单的沉积反应,利用热分解反应沉积材料一般在简单的单温区炉中进行,其过程通常是首先在真空或惰性气氛下将衬底加热到一定温度,然后导入反应气态源物质使之发生热分解,最后在衬底上沉积出所需的固态材料。热分解发可应用于制备金属、半导体以及绝缘材料等。 (2)氧化还原反应沉积 一些元素的氢化物、有机烷基化合物常常是气态的或者是易于挥发的液体或固体,便于使用在CVD技术中。如果同时通入氧气,在反应器中发生氧化反应时就沉积出相应于该元素的氧化物薄膜。 许多金属和半导体的卤化物是气体化合物或具有较高的蒸气压,很适合作为化学气相沉积的原料,要得到相应的该元素薄膜就常常需采用氢还原的方法。氢还原法是制取高纯度金属膜的好方法,工艺温度较低,操作简单,因此有很大的实用价值。

气相沉积综述

气相沉积综述(总6页)本页仅作为文档页封面,使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

气相沉积技术研究现状及应用 任强,吴玉萍 (河海大学,南京) 摘要:本文主要阐述了气相沉积技术的研究现状,介绍了化学气相沉积技术和物理气相沉积技术,分析并展望了其未来的发展趋势。 关键词:材料表面工程;气相沉积;薄膜技术; The Recent Research andApplication of Vapor Deposition Technology REN Qiang,Wu Yuping (College of Mechanical and Eletronic Engineering ,Hohai University, Nanjing,China) Abstract:This article mainly expounds the research status quo of vapor deposition technology, introduces the chemical va por deposition technology and physical vapor deposition techno logy, analyses and prospects its development trend of the fu ture. Keywords: Material Surface Engineering; Vapor deposition; Thin film technology 0 前言 涂层材料近十几年来的迅速发展和应用,无疑是和各种气相沉积技术的发展有着密切的关系。气相沉积技术是一种获得薄膜的技术,它不仅可以用来制备各种特殊力学性能(如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等)的薄膜涂层,而且还可以用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层。它是在真空中产生待沉积材料的蒸汽,然后将其冷凝于基体材料上,而产生所需要的膜层。主要有物理气相沉积(PV D)和化学气沉积(CVD),以及在此基础上发展的物理化学气相沉积(PCVD)。在物理气相沉积情况下,膜层材料由熔融或固体状态经蒸发或溅射得到,而在化学气相沉积情况下,沉积物由引人到高温沉积区的气体离解所产生[1]。 由于气相沉积获得的膜层具有结构致密、厚度均匀、与基材结合力好等优点,尤其是可以制备多种功能性薄膜,因此作为一种新的表面改性技术,它引起了极大的关注和研究,得到了迅速的发展。已成功地应用于机械加工(如各种刀具等)、建筑装修、装饰、汽车、航空、航天、食品包装、微电子光学等各个领域中。 1化学气相沉积

物理气相沉积PVD技术

物理气相沉积(PVD)技术 第一节 概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用,但在最近30年迅速发展,成为一门极具广阔应用前景的新技术。,并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今,在钟表行业,尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流(Qc)溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。 电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑,所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤: (1)镀料的气化:即使镀料蒸发,异华或被溅射,也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。随着高科技及新兴工业发展,物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点,如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术,大型矩形长弧靶和溅射靶,非平衡磁控溅射靶,孪生靶技术,带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术,条状纤维织物卷绕镀层技术等,使用的镀层成套设备,向计算机全自动,大型化工业规模方向发展。 第二节 真空蒸镀

气相沉积法

现代材料加工工艺、技术与装备 题目:气相沉积技术 姓名:肖彦荣 学号:123312053 学院:粉末冶金研究院

1.概述 1.1 气相沉积的分类及特点 气相沉积技术是近30年来迅速发展的一门新技术,它是利用气相之间的反应,在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜,从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。这种技术的应用有十分广阔的前景。气相沉积基体过程包括三个走骤:即提供气相镀料;镀料向所镀制的工件(或基片)输送;镀料沉积在基片上构成膜层。沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应,则称为化学气相沉积(CVD);否则称为物理气相沉积(PVD),还有一种是物理化学气相沉积(PVCD)。物理气相沉积与化学气相沉积的主要区别在于获得沉积物粒子(原子、分子、离子)的方法及成膜过程不同。化学气相沉积主要通过化学反应获得沉积物的粒子并形成膜层。物理气相沉积主要是通过蒸发或辉光放电、弧光放电等物理方法获得沉积物粒子并形成膜层。物理化学气相沉积主要是利用产生等离子体的物理方法增强化学反应沉积,降低沉积温度,获得膜层的方法。 气相沉积分类 气相沉积一般在密封系统的真空条件下进行,除常压化学气相沉积(NPLVD)系统的压强约为一个大气压外,都是负压。沉积气氛在真空室内反应,原料转化率高,可以节约贵重材料资源。气相沉积可降低来自空气等的污染,所得到的沉积膜或材料纯度高。能在较低温度下制备高熔点物质如各种超硬涂层。适于制备多层复合膜、层状复合材料和梯度材料。如在硬质合金刀具表面用CVD法沉积TiC-Al2O3-TiN的复合超硬膜;用PCVD法沉积Ti-TiC系的多

层梯度材料等。 1.2 气相沉积的基本过程 气相物质的产生:一是使镀料加热蒸发产生气相物质;二是用具有一定能量的离子轰击靶材(镀料),从靶材上轰击出镀料原子。 气相物质的输送:在真空中进行,避免气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。 气相物质的沉积:气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同,可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。 2.物理气相沉积(PVD) 2.1 概述 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流(Qc)溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑,所以也称多弧蒸发离化过程。离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤: (1)镀料的气化:即使镀料蒸发,异华或被溅射,也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等

实验指导书-化学气相沉积上课讲义

实验指导书-化学气相 沉积

化学气相沉积技术实验 一、实验目的 1.了解化学气相沉积制备二硫化钼的基本原理; 2.了解化学气相沉积方法制备二硫化钼薄膜材料的基本流程及注意事项; 3.利用化学气相沉积方法制备二硫化钼薄膜材料。 二、实验仪器 该实验中用到的主要实验仪器设备以及材料有:干燥箱、CVD生长系统、电子天平、超声清洗机,去离子水机等,现将主要设备介绍如下: 1.CVD生长系统 本实验所用CVD生长系统由生长设备,真空设备,气体流量控制系统和冷却设备四部分组成,简图如下 图1 CVD设备简图 2.电子天平 本实验所用电子天平采用电磁力平衡被称物体重力原理进行称量,特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。在本实验中电子天平主要用于精确称量药品,称量精度可精确到小数点后第五位。 三、实验原理

近年来,各国科学工作者对化学气相沉积进行了大量的研究,并取得一定的显著成果。例如,从气态金属卤化物(主要是氯化物)还原化合沉积制取难熔化合物粉末及各种涂层(包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物)的方法。其中化学沉积碳化钛技术已十分成熟。化学气相沉积还广泛应用于薄膜制备,主要为Bchir等使用钨的配合物Cl4 (RCN)W(NC3H5)作为制备氮化钨或者碳氮共渗薄膜的原料—CVD前驱体;Chen使用聚合物化学气相沉积形成的涂层提供了一个有吸引力的替代目前湿法化学为主的表面改善方法。同时,采用CVD方法制备CNTS的研究也取得很大的进展和突破,以及通过各种实验研究了不同催化剂对单壁纳米碳管的产量和质量的影响,并取得了一定的成果。 一、化学气相沉积法概述 1、化学沉积法的概念 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法,它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室,借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。 2、化学气相沉积法特点 (1) 在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

化学气相沉积技术的应用与研究进展汇总

化学气相沉积技术的应用与研究进展 摘要:本文主要围绕化学气相沉积(cvd )技术进行展开,结合其基本原理与特点,对一些CVD 技术进行介绍。同时也对其应用方向进行一定介绍。 关键词:cvd ;材料制备;应用 引言 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)技术是近几十年发展起来的主要应用于无机新材料制备的一种技术。[1] CVD 是一种以气体为反应物(前驱体),通过气相化学反应在固态物质(衬底)表面生成固态物质沉积的技术。它可以利用气相间的反应, 在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度条件下,赋予材料表面一些特殊的性能。 本文论述了化学气相沉积技术的基本原理、特点和最新发展起来的具有广泛应用前景的几种新技术, 同时分析了化学气相沉积技术的发展趋势, 并展望其应用前景。 1 CVD 原理 化学气相沉积( CVD, Chemical Vapor Deposition) 是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室, 在衬底表面发生化学反应, 并把固体产物沉积到表面生成薄 膜的过程。 图1 CVD 法示意图 CVD 的化学反应主要可分两种:一是通 过一种或几种气体之间的反应来产生沉积,如超纯多晶硅的制备、纳米材料(二氧化钛)的制备等;另一种是通过气相中的一个组分与固态基体(有称衬底)表面之间的反应来沉积形成一层薄膜,如集成电路、碳化硅器皿和金刚石膜部件的制备等。 它包括 4 个主要阶段: ① 反应气体向材料表面扩散; ② 反应气体吸附于材料的表面; ③ 在材料表面发生化学反应; ④ 气态副产物脱离材料表面。 在 CVD 中运用适宜的反应方式, 选择相应的温度、气体组成、浓度、压力等参数就能得到具有特定性质的薄膜。但是薄膜的组成、结构与性能还会受到 CVD 内的输送性质( 包括热、质量及动量输送) 、气流 的性质( 包括运动速度、压力分布、气体加热等) 、基板种类、表面状态、温度分布状态等因素的影响。[2][3][4] 2 CVD 技术特点 ① 在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 ② 可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。 ③采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行。

化学气相沉积(CVD)技术梳理

化学气相沉积(CVD)技术梳理 1. 化学气相沉积CVD的来源及发展 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)中的Vapor Deposition意为气相沉积,其意是指利用气相中发生的物理、化学过程,在固体表面形成沉积物的技术。按照机理其可以划分为三大类:物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition,简称PVD),化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition,简称CVD)和等离子体气相沉积(Plasma Chemical Vapor Deposition,简称PCVD)。[1]目前CVD的应用最为广泛,其技术发展及研究也最为成熟,其广泛应用于广泛用于提纯物质、制备各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。 CVD和PVD之间的区别主要是,CVD沉积过程要发生化学反应,属于气相化学生长过程,其具体是指利用气态或者蒸汽态的物质在固体表面上发生化学反应继而生成固态沉积物的工艺过程。简而言之,即通过将多种气体原料导入到反应室内,使其相互间发生化学反应生成新材料,最后沉积到基片体表面的过程。CVD这一名称最早在Powell C F等人1966年所著名为《Vapor Deposition》的书中被首次提到,之后Chemical Vapor Deposition才为人广泛接受。[2] CVD技术的利用最早可以被追溯到古人类时期,岩洞壁或岩石上留下了由于取暖和烧烤等形成的黑色碳层。现代CVD技术萌芽于20世纪的50年代,当时其主要应用于制作刀具的涂层。20世纪60~70年代以来,随着半导体和集成电路技术的发展,CVD技术得到了长足的发展和进步。1968年Nishizawa课题组首次使用低压汞灯研究了光照射对固体表面上沉积P型单晶硅膜的影响,开启了光沉积的研究。[3] 1972年Nelson和Richardson用CO2激光聚焦束沉积碳膜,开始了激光化学气相沉积的研究。[4] 继Nelson之后,研究

化学气相沉积的发展应用..

化学气相沉积法的发展应用 摘要 介绍了化学气相沉积(CVD)技术以及基本应用,还有化学气相沉积(CVD)技术的具体分类,包括热化学气相沉积法、低压气相沉积、等离子增强化学气相沉积、激光辅助化学气相沉积、金属有机化合物化学气相沉积;同时详细介绍了化学气相沉积(CVD)中的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的原理、反应过程、特性、方法分类以及应用等方面。其中实际举例说明了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在研究太阳能窗口层材料中的应用,以及金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在纳米图形衬底上沉积高质量氮化镓中的应用。并展望了等离子体增强化学气相沉积法和金属有机化学气相沉积法的发展趋势和应用前景。 关键字:化学气相沉积法;分类;等离子体增强化学气相沉积 1 引言 1.1化学气相沉积简介 化学气相沉积是一种材料表面强化技术,是在相当高的温度下,混合气体与工件表面相互作用,使混合气体中的某些成分分解,并在工件表面形成一种金属或化合物固态薄膜或镀层[1]。它可以利用气相间的反应,在不改变工件基体材料的成分和不削弱基体材料强度的条件下,赋予工件表面一些特殊的性能。CVD 的反应温度取决于沉淀物的特性,通常大约为900—2000℃。中温CVD的典型反应温度大约500—800℃,它通常是通过金属有机物在较低温度的分解来实现的,所以又称为金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD )。目前,化学气相沉积技术不仅应用于刀具材料、耐磨耐热耐腐蚀材料、宇航工业的特殊复合材料、原子反应堆材料及生物医用材料等领域,而且被广泛应用于制备与合成各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。在作为大规模集成电路技术的铁电材料、绝缘材料、磁性材料、光电子材料的薄膜制备技术方面,更是不可或缺。 1.2原理 化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)是把含有构成薄膜元素

实验指导书-化学气相沉积

化学气相沉积技术实验 一、实验目的 1.了解化学气相沉积制备二硫化钼的基本原理; 2.了解化学气相沉积方法制备二硫化钼薄膜材料的基本流程及注意事项; 3.利用化学气相沉积方法制备二硫化钼薄膜材料。 二、实验仪器 该实验中用到的主要实验仪器设备以及材料有:干燥箱、CVD生长系统、电子天平、超声清洗机,去离子水机等,现将主要设备介绍如下: 1.CVD生长系统 本实验所用CVD生长系统由生长设备,真空设备,气体流量控制系统和冷却设备四部分组成,简图如下 图1 CVD设备简图 2.电子天平 本实验所用电子天平采用电磁力平衡被称物体重力原理进行称量,特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。在本实验中电子天平主要用于精确称量药品,称量精度可精确到小数点后第五位。 三、实验原理 近年来,各国科学工作者对化学气相沉积进行了大量的研究,并取得一定的显著成果。例如,从气态金属卤化物(主要是氯化物)还原化合沉积制取难熔化合物粉末及各种涂层(包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物)的方法。其中化学沉积碳化钛技术已十分成熟。化学气相沉积还广泛应用于薄膜制备,主要为Bchir等使用钨的配合物Cl4 (RCN)W(NC3H5)作为制备氮化钨或者碳氮共渗薄

膜的原料—CVD前驱体;Chen使用聚合物化学气相沉积形成的涂层提供了一个有吸引力的替代目前湿法化学为主的表面改善方法。同时,采用CVD方法制备CNTS的研究也取得很大的进展和突破,以及通过各种实验研究了不同催化剂对单壁纳米碳管的产量和质量的影响,并取得了一定的成果。 一、化学气相沉积法概述 1、化学沉积法的概念 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法,它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室,借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。 2、化学气相沉积法特点 (1) 在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 (2) 可以在常压或者真空条件下负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好 (3) 采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行 (4) 涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。 (5) 可以控制涂层的密度和涂层纯度。 (6) 绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好,所以可涂覆带有槽、沟、孔,甚至是盲孔的工件。 (7) 沉积层通常具有柱状晶体结构,不耐弯曲,但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动,以改善其结构。 (8) 可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

化学气相沉积技术的应用与研究进展汇总

化学气相沉积技术的应用与研究进展 摘要:本文主要围绕化学气相沉积(cvd)技术进行展开,结合其基本原理与特点,对一些CVD技术进行介绍。同时也对其应用方向进行一定介绍。 关键词:cvd ;材料制备;应用 引言 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD技术是近几十年发展起来的主要应用于无机新材料制备的一种技术。[1]CVD是一种以气体为反应物(前驱体),通过气相化学反应在固态物质(衬底)表面生成固态物质沉积的技术。它可以利用 气相间的反应,在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度条件下,赋予材料表面一些特殊的性能。 本文论述了化学气相沉积技术的基本原理、特点和最新发展起来的具有广泛应用前景的几种新技术,同时分析了化学气相沉积技术的发展趋势,并展望其应用前景。 1 CVD原理 化学气相沉积(CVD, Chemical Vapor Depositi on)是把含有构成薄膜元素的气 态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室,在衬底表面发生化学反应,并把固体产物沉积到表面生成薄膜的过程。 图1 CVD法示意图 CVD的化学反应主要可分两种:一是通 过一种或几种气体之间的反应来产生沉积,如超纯多晶硅的制备、纳米材料(二氧化钛)的制备等;另一种是通过气相中的一个组分与固态基体(有称衬底)表面之间的反应来沉积形成一层薄膜,如集成电路、碳化硅器皿和金刚石膜部件的制备等。 它包括4个主要阶段: ①反应气体向材料表面扩散; ②反应气体吸附于材料的表面; ③在材料表面发生化学反应; ④气态副产物脱离材料表面。 在CVD中运用适宜的反应方式,选择相应的温度、气体组成、浓度、压力等参数就能得到具有特定性质的薄膜。但是薄膜的 组成、结构与性能还会受到CVD内的输送性质(包括热、质量及动量输送)、气流的性质(包括运动速度、压力分布、气体加热等)、基板种类、表面状态、温度分布状态等因素的影响。创聃 2 CVD技术特点 ①在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 ②可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。 ③采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行。

cvd化学气相沉积的技术和发展应用

化学气相沉积 概述 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。CVD技术可以生长高质量的单晶薄膜,能够获得所需的掺杂类型和厚度,易于实现大批量生产,因而在工业上得到广泛的应用。工业上利用CVD制备的外延片常有一个或多个埋层可用扩散或离子注入的方式控制器件结构和掺杂分布;外延层的氧和碳含量一般很低。但是CVD外延层容易形成自掺杂,要用一定措施来降低自掺杂。 CVD生长机理很复杂,反应中生成多种成分,也会产生一些中间成分,影响因素有很多,如:先躯体种类;工艺方法(tcvi,icvi,pcvd);反应条件(温度,压力,流量);触媒种类;气体浓度;衬基结构;温度梯度;炉内真空度等外延工艺有很多前后相继,彼此连贯的步骤。 原理 将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到基体表面上。反应物多为金属氯化物,先被加热到一定温度,达到足够高的蒸汽压,用载气(一般为Ar或H2)送入反应器。如果某种金属不能形成高压氯化物蒸汽,就代之以有机金属化合物。在反应器内,被涂材料或用金属丝悬挂,或放在平面上,或沉没在粉末的流化床中,或本身就是流化床中的颗粒。化学反应器中发生,产物就会沉积到被涂物表面,废气(多为HCl或HF)被导向碱性吸收或冷阱。除了需要得到的固态沉积物外,化学反应的生成物都必须是气态沉积物本身的饱和蒸气压应足够低,以保证它在整个反应、沉积过程中都一直保持在加热的衬底上。反应过程:(1)反应气体向衬底表面扩散(2)反应气体被吸附于衬底表面(3)在表面进行化学反应、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。所选择的化学反应通常应该满足:①反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态,或有很高的蒸气压,且有很高的纯度:②通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层:③反应易于控制在沉积温度下,反应物必须有足够高的蒸气压 主要设备 生长设备分为开管和闭管两种。闭管外延是将源材料,衬底,输运剂一起放在一密闭容器中,容器抽空或充气。开管系统是用载气将反应物蒸汽由源区输运到衬底区进行化学反应和外延生长,副产物被载气携带排出系统。常压CVD反应中有立式反应器,水平式反应器,圆盘式反应器,和圆桶式反应器等。超高真空设备有UHV/CVD反应系统。还有等离子增强CVD外延生长装置,光增强外延生长装置,氯化物VPE系统和MOCVD生长系统。 技术特点 每一个CVD系统都必须具备如下功能:①将反应气体及其稀释剂通入反应器,并能进行测量和调节; ②能为反应部位提供热量,并通过自动系统将热量反馈至加热源,以控制涂覆温度。 ③将沉积区域内的副产品气体抽走,并能安全处理。

化学气相沉积法CVD

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术,包括大范围的绝缘材料,大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说,它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子,它是由硅烷和氮 反应形成的。 概述 反应室中的反应是很复杂的,有很多必须考虑的因素,沉积参数的变化范围是很宽的:反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程(如图所示)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。额外能量来源诸如等离子体能量,当然会产生一整套新变数,如离子与中性气流的比率,离子能和晶片上的射频偏压等。 然后,考虑沉积薄膜中的变数:如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖),薄膜的化学配比(化学成份和分布状态),结晶晶向和缺陷密度等。当然,沉积速率也是一个重要的因素,因为它决定着反应室的产出量,高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会沉积在晶片上,也会沉积在反应室的其他部件上,对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。 化学家和物理学家花了很多时间来考虑怎样才能得到高质量的沉积薄膜。他们已得到的结论认为:在晶片表面的化学反应首先应是形成“成核点”,然后从这些“成核点”处生长得到薄膜,这样淀积出来的薄膜质量较好。另一种结论认为,在反应室内的某处形成反应的中间产物,这一中间产物滴落在晶片上后再从这一中间产物上淀积成薄膜,这种薄膜常常是一种劣质薄膜。 化学气相沉积法是传统的制备薄膜的技术,其原理是利用气态的先驱反应物,通过原子、分子间化学反应,使得气态前驱体中的某些成分分解,

气相沉积综述

气相沉积技术研究现状及应用 任强,吴玉萍 (河海大学,南京) 摘要:本文主要阐述了气相沉积技术的研究现状,介绍了化学气相沉积技术和物 理气相沉积技术,分析并展望了其未来的发展趋势。 关键词:材料表面工程;气相沉积;薄膜技术; The Recent Research andApplication of Vapor Deposition Technology REN Qiang,Wu Yuping (College of Mechanical and Eletronic Engineering ,Hohai University, Nanjing,China) Abstract:This article mainly expounds the research status quo of vapor deposition tec hnology, introduces the chemical vapor deposition technology and physical vapor de position technology, analyses and prospects its development trend of the future. Keywords: Material Surface Engineering; Vapor deposition; Thin film technology 0 前言 涂层材料近十几年来的迅速发展和应用,无疑是和各种气相沉积技术的发展有着密切的关系。气相沉积技术是一种获得薄膜的技术,它不仅可以用来制备各种特殊力学性能(如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等)的薄膜涂层,而且还可以用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层。它是在真空中产生待沉积材料的蒸汽,然后将其冷凝于基体材料上,而产生所需要的膜层。主要有物理气相沉积(PV D)和化学气沉积(CVD),以及在此基础上发展的物理化学气相沉积(PCVD)。在物理气相沉积情况下,膜层材料由熔融或固体状态经蒸发或溅射得到,而在化学气相沉积情况下,沉积物由引人到高温沉积区的气体离解所产生[1]。 由于气相沉积获得的膜层具有结构致密、厚度均匀、与基材结合力好等优点,尤其是可以制备多种功能性薄膜,因此作为一种新的表面改性技术,它引起了极大的关注和研究,得到了迅速的发展。已成功地应用于机械加工(如各种刀具等)、建筑装修、装饰、汽车、航空、航天、食品包装、微电子光学等各个领域中。 1化学气相沉积 化学气相沉积(CVD)是新发展的一种表面热处理方法,对于提高机械零件和工具的耐磨性及使用寿命有明显的效果。目前,此种工艺在国外发展较快,在国内有些单位也开始注意研究,如航空部天义电工厂已做了不少工作,取得一定进展。化学气相沉积法的普遍定义是:在任一压力的气相中,输入热能或辐射能以进行一定的化学反应,其结果可能形成经济而实用的固态物质和挥发性副产

实验指导书-化学气相沉积

实验十五化学气相沉积技术实验 一、实验目的 1.了解化学气相沉积制备二硫化钼的基本原理; 2.了解化学气相沉积方法制备二硫化钼薄膜材料的基本流程及注意事项; 3.对实验数据进行合理正确的分析。 二、实验仪器 该实验中用到的主要实验仪器设备以及材料有:干燥箱、CVD系统、电子天平、超声清洗机,去离子水机等,现将主要设备介绍如下: 1.CVD生长系统 本实验所用CVD生长系统由生长设备,真空设备,气体流量控制系统三部分组成,简图如下 图1 CVD设备简图 2.电子天平 本实验所用电子天平采用电磁力平衡被称物体重力原理进行称量,特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。在本实验中电子天平主要用于精确称量药品,称量精度可精确到小数点后第五位。 三、实验原理 近年来,各国科学工作者对化学气相沉积进行了大量的研究,并取得一定的显著成果。例如,从气态金属卤化物(主要是氯化物)还原化合沉积制取难熔化合物粉末及各种涂层(包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物)的方法。其中化学沉积碳化钛技术已十分成熟。化学气相沉积还广泛应用于薄膜制备,主要为Bchir等使用钨的配合物Cl4 (RCN)W(NC3H5)作为制备氮化钨或者碳氮共渗薄

膜的原料—CVD前驱体;Chen使用聚合物化学气相沉积形成的涂层提供了一个有吸引力的替代目前湿法化学为主的表面改善方法。同时,采用CVD方法制备CNTS的研究也取得很大的进展和突破,以及通过各种实验研究了不同催化剂对单壁纳米碳管的产量和质量的影响,并取得了一定的成果。 一、化学气相沉积法概述 1、化学沉积法的概念 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法,它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室,借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。 2、化学气相沉积法特点 (1) 在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 (2) 可以在常压或者真空条件下负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好 (3) 采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行 (4) 涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。 (5) 可以控制涂层的密度和涂层纯度。 (6) 绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好,所以可涂覆带有槽、沟、孔,甚至是盲孔的工件。 (7) 沉积层通常具有柱状晶体结构,不耐弯曲,但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动,以改善其结构。 (8) 可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

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