薄膜制备技术(CVD)
CVD分类及简介-PECVD-MOCVD
CVDCVD(Chemical Vapor Deposition）原理CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积），指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生成薄膜的过程。
在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。
经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。
CVD特点淀积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。
CVD制备的必要条件1）在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室；2）反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的；3）沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。
编辑本段何为cvd？CVD是Chemical Vapor Deposition的简称，是指高温下的气相反应，例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。
这种技术最初是作为涂层的手段而开发的，但目前，不只应用于耐热物质的涂层，而且应用于高纯度金属的精制、粉末合成、半导体薄膜等，是一个颇具特征的技术领域。
其技术特征在于：⑴高熔点物质能够在低温下合成；⑵析出物质的形态在单晶、多晶、晶须、粉末、薄膜等多种；⑶不仅可以在基片上进行涂层，而且可以在粉体表面涂层，等。
特别是在低温下可以合成高熔点物质，在节能方面做出了贡献，作为一种新技术是大有前途的。
例如，在1000℃左右可以合成a-Al2O3、SiC，而且正向更低温度发展。
CVD工艺大体分为二种：一种是使金属卤化物与含碳、氮、硼等的化合物进行气相反应；另一种是使加热基体表面的原料气体发生热分解。
CVD的装置由气化部分、载气精练部分、反应部分和排除气体处理部分所构成。
目前，正在开发批量生产的新装置。
薄膜制备技术CVD
（3）采用某种基底材料，沉积物达到一定厚度以后又容易 与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积 物器具。
（4）在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状物质， 或者使沉积反应发生在气相中而不是在基底表面上，这 样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米 尺度的超细粉末。
p CVD技术的分类
n其中Gi0为物质i 标准状态下的自由能，ai为物质的活度，多数情况下可 用物质的浓度代替 。
n 整个反应自由能的变化为：
n其中
为标准状况下的自由能变化
n 平衡时，各物质活度的函数
称为该化学反应平衡常数
n平衡时 G =0 所以 Go=-RTlnK; 或 K=exp(- Go/RT);
• 其他各种能源，例如利用火焰燃烧法，或热丝法都可以 实现增强反应沉积的目的。
•2. CVD过程的热力学原理
热力学理论可以帮助我们预测某个CVD反应是否有可能发生，但不能 确保反应一定发生，即从热力学角度被认为是可以进行的过程，实际中 由于受动力学因素的影响而有时不会发生。
化学反应的自由能变化
n 化学反应： n自由能变化： n 根据最大功原理，每种物质自由能可表示为：
(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。
p CVD技术的特点
CVD技术是原料气或蒸汽通过气相反应沉积出固态物质 ，因此把CVD技术用于无机合成和材料制备时具有以下 特点： （1）沉积反应如在气固界面上发生则沉积物将按照原有 固态基底的形状包覆一层薄膜。 （2）涂层的化学成分可以随气相组成的改变而改变，从 而可获得梯度沉积物或得到混合镀层
1. CVD技术的反应原理 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
5 第五讲 CVD技术
(c)卧式开管CVD装臵
• 开管系统一般由反应器、气体净化系统、气体计 量控制、排气系统及尾气处理等几部分组成。 • 其主要特点是:能连续地供气和排气，整个沉积过 程气相副产物不断被排出，有利于沉积薄膜的形成； 而且工艺易于控制，成膜厚度均匀，重现性好，工 件容易取放，同一装臵可反复使用。
• 开管法通常在常压下进行，但也可在真空下进行。
(4) CVD工艺的特点和应用
• CVD制备薄膜的优点突出，既可以沉积金属薄膜， 又可以制取非金属薄膜，且成膜速率快，同一炉中 可放臵大量基板或工件； • CVD的绕射性好，对于形状复杂的表面或工件的深 孔、细孔等都能均匀覆膜；由于成膜温度高，反应 气体、反应产物和基体的相互扩散，使膜的残余应 力小，附着力好，且膜致密，结晶良好；
（3）重要的工艺参数
• CVD中影响薄膜质量的主要工艺参数有反应气体 的组成、工作气压、基板温度、气体流量及原料 气体的纯度等。其中温度是最重要的影响因素。
• 由于不同反应体系沉积机制不同，沉积温度对不 同沉积反应影响的程度是不同的。而对于同一反 应体系，不同的沉积温度将决定沉积材料是单晶、 多晶、无定形物，甚至不发生沉积。一般说来， 沉积温度的升高对表面过程的影响更为显著。
（1）热分解反应沉积： 在加热基片上进行的热分解反应而形成的固态膜。 SiH4(气) → Si(固) + 2H2(气)
△
CH4(气) → C(固) + 2H2(气) GeH4(气) → Ge(固) + 2H2(气)
△
△
（2）由金属产生的还原反应
• 这种反应是还原卤化物，用其他金属臵换硅的反 应。在半导体器件制造中还未得到应用，但已用 于硅的精制上。
SiC l 4 2 Z n Si 4 Z nC l 2
碳化硅外延cvd法-概述说明以及解释
碳化硅外延cvd法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述碳化硅外延化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的制备高质量碳化硅薄膜的技术。
该方法通过在高温下将气态前驱体降解分解，使其原子重新组合并在基底表面形成固态薄膜。
碳化硅具有优异的热导性、尺寸稳定性和化学稳定性，在高温、高功率及特殊工况下具有广泛的应用前景。
本文将介绍碳化硅外延CVD法的原理、工艺和应用。
首先，将对CVD 法的基本原理进行阐述，包括分解反应机理、气相热化学反应和沉积动力学等方面。
其次，会详细介绍碳化硅外延CVD法在制备晶态碳化硅薄膜方面的应用，包括各种衬底材料的使用、反应温度和气氛的选择，以及前驱体选择等方面的优化。
最后，我们将对碳化硅外延CVD法的优势进行总结，并展望其在未来的发展前景。
通过本文的阐述，读者可以全面了解碳化硅外延CVD法的研究现状和应用前景，以及该技术在能源、光电子、半导体和化学等领域的潜在应用价值。
同时，本文还将提供一些可供参考的研究方向和问题，以促进碳化硅外延CVD法的进一步发展和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要介绍了碳化硅外延CVD法的技术和应用。
具体内容包括以下几个方面：第二部分将详细介绍碳化硅外延技术。
首先会对碳化硅外延的基本概念进行解释，并介绍其在半导体工业中的重要性。
然后会介绍CVD法在碳化硅外延中的应用，包括其原理、工艺流程和实验设备等。
第三部分将对碳化硅外延CVD法的优势进行总结。
这一部分将重点探讨CVD法在碳化硅外延制备中的优点，如高晶体质量、可控性和制备效率等。
最后，第四部分将展望碳化硅外延CVD法在未来的发展前景。
这一部分将分析当前碳化硅外延CVD法存在的挑战和问题，并提出改进和发展思路，以期实现碳化硅外延技术的进一步发展和应用。
通过对碳化硅外延CVD法的全面介绍和分析，本文旨在为读者提供全面了解碳化硅外延CVD法的基础知识，以及认识和认识碳化硅外延技术在半导体工业中的应用前景。
cvd技术原理
cvd技术原理CVD技术原理CVD技术，即化学气相沉积技术（Chemical Vapor Deposition），是一种常用的薄膜制备技术。
它通过在高温下使气体反应生成固态产物，并在基底表面上沉积出所需的薄膜。
CVD技术在微电子、光电子、材料科学等领域有着广泛的应用。
CVD技术的原理基于气相反应。
一般来说，CVD过程需要满足以下几个条件：合适的气相反应物、合适的反应温度、合适的反应压力以及合适的基底材料。
基于这些条件，CVD技术可分为热CVD 和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）两种。
热CVD是最常见的CVD技术。
它利用热源提供反应所需的能量，使气相反应物在表面上发生化学反应并沉积。
在热CVD过程中，反应物质会通过扩散从气相转移到基底表面。
这个过程需要满足一定的反应温度和压力，以保证反应物质能够在基底表面上扩散并反应。
PECVD是一种利用等离子体激发反应的CVD技术。
它通过加入外部能量，如辐射或电场，将反应物质激发成等离子体态，从而提高反应速率和降低反应温度。
PECVD技术在低温下就能实现薄膜的沉积，从而避免了基底材料的热损伤。
CVD技术的核心是反应机理。
在CVD过程中，反应物质通过提供能量激发为活性物种，这些活性物种在基底表面上发生化学反应并沉积。
具体的反应机理因不同的材料而异。
以石墨烯的CVD制备为例，常用的反应物为甲烷（CH4），其在高温下分解生成碳原子，然后这些碳原子在基底表面上重新排列并形成石墨烯薄膜。
除了反应机理，反应条件也对CVD技术的薄膜性能有着重要影响。
例如，反应温度会影响薄膜的结晶度和晶粒尺寸，高温下有利于晶粒长大，但过高的温度可能导致杂质的掺入。
反应压力则会影响薄膜的致密度和表面平整度，较高的压力有助于提高薄膜的致密性，但过高的压力可能导致薄膜的开裂和应力增大。
CVD技术还可以通过控制反应气氛、引入掺杂气体以及改变基底表面的形貌等手段来调控薄膜的性质。
例如，通过在反应气氛中引入硼烷（B2H6）可以在沉积的硅薄膜中引入硼元素，从而改变硅薄膜的导电性能。
CVD沉积技术
4. 等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 4.1 MPECVD 金刚石具体生长条件一般为： 温度：700－1000℃ 压力：几个－几十个Pa 功率：几百－几千VA 时间：视膜厚而定 检测：X-射线，SEM，Raman，等
微 米 金 刚 石 薄 膜
纳米金刚石薄膜
光 学 级 金 法 刚 生 石 长 膜 的
4. 等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 4.1 MPECVD 3） 氢原子同固相基片表面形成吸附层，降低气相碳 源－固相基片的界面能，有利于固相基片表面吸附气相碳 源，加速气相碳源脱氢和碳原子从气相—固相的转变。 4） 氢原子实际上成了输送具有sp3型及其过渡型杂化 状态的碳原子到气相－固相碳原子的悬键或带氢原子的松 动键上脱氢、键合、成核、长大。 5） 氢原子同非金刚石结构的固相碳（如石墨）和气 相碳（如多碳烃）转化为甲烷，增大气相碳的浓度。
现代分析技术
薄膜制备技术－ CVD沉积技术
1. 化学气相沉积（CVD） 1.1 化学气相沉积 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）是 一种薄膜化学制备技术，与物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）相对应。在半导体、氧化物、氮化物、 碳化物等薄膜制备中得到了广泛应用。 CVD是把含有构成薄膜元素的化合物和反应所必需的 单质气体（如沉积 Si 膜，化合物 SiH4 ， 单质气体 H2 ；如沉 积 C膜，化合物 CH4 、单质气体 H2 ）供给至基片，借助外 界供给的能量在基片表面发生化学反应和相变生成要求的 薄膜。
4. 等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 4.1 MPECVD ②它可以在很宽的气压范围内获得。因而等离子体温 度变化范围很大。低压时，对有机反应、表面处理等尤为 有利，人们称之为冷等离子体；高压时其性质类似于直流 弧，人们称之为热等离子体。 ③微波等离子体发生器本身没有内部电极，从而消除 了污染和电极腐蚀，有利于高纯化学反应和薄膜的纯度。
cvd石墨烯薄膜规格
cvd石墨烯薄膜规格CVD石墨烯薄膜规格引言：化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的制备石墨烯薄膜的方法。
CVD石墨烯薄膜具有许多独特的性质和潜在应用，因此对其规格进行详细了解是非常重要的。
本文将介绍CVD石墨烯薄膜的规格，包括厚度、晶体结构、晶格常数、石墨烯片层数以及尺寸控制等方面。
一、厚度：CVD石墨烯薄膜的厚度通常在单层至几层之间，常见的厚度范围为0.3至3纳米。
这种薄膜厚度的控制是通过控制沉积时间和碳源的流量来实现的。
此外，CVD方法还可以实现厚度均匀性的控制，从而获得具有一致性的石墨烯薄膜。
二、晶体结构：CVD石墨烯薄膜通常具有六方晶体结构。
这种结构的石墨烯由六个碳原子构成一个环状结构，并以六边形排列。
这种晶体结构使得石墨烯具有许多独特的性质，如高导电性、高热导率和高拉伸强度等。
三、晶格常数：CVD石墨烯薄膜的晶格常数与传统的石墨烯晶体相比略有差异。
CVD 石墨烯薄膜的晶格常数约为0.246纳米，而传统的石墨烯晶体的晶格常数为0.246纳米。
这种差异可能是由于沉积过程中的应力和缺陷引起的。
四、石墨烯片层数：CVD石墨烯薄膜通常是由单层或多层石墨烯片组成的。
通过调节CVD 过程中的参数，可以控制石墨烯薄膜的片层数。
在实际应用中，石墨烯薄膜的片层数直接影响其性质和应用。
单层石墨烯薄膜具有最好的电学和热学性能，而多层石墨烯薄膜则更适合用于柔性电子器件。
五、尺寸控制：CVD方法可以实现对石墨烯薄膜尺寸的精确控制。
通过控制基底尺寸和碳源的流量，可以获得具有不同尺寸的石墨烯薄膜。
此外，还可以通过纳米压印、激光刻蚀等方法对石墨烯薄膜进行局部尺寸调控，从而满足不同应用的需求。
六、应用前景：CVD石墨烯薄膜由于其独特的性质和可控的制备方法，具有广泛的应用前景。
例如，可以将CVD石墨烯薄膜应用于柔性电子器件、传感器、储能材料等领域。
此外，CVD石墨烯薄膜还可以作为载体用于生物医学、催化剂和合成化学等方面的研究。
化学气相沉积(CVD)原理及其薄膜制备
H.W. Zheng, X.G. Li et al. / Ceramics International 34 (2008) 657–660
LPCVD制备非晶RuP合金超薄膜
Microelectronics applications：Cu diffusion barrier and Cu seed layer The first CVD grown binary transition metal phosphorus amorphous alloys
切削工具，模具，半导体工业，耐磨机械，耐氧化、耐腐蚀，光学，新材料 王豫，水恒勇，热处理，16（2001）1-4 王福贞 马文存，气相淀积应用技术，北京：机械工业出版社，2006
氯硅烷氢还原(SiHCl3+H2=Si+3HCl)生产多晶硅装置简图
徐如人 庞文琴，无机合成与制备化学，北京：高等教育出版社，2001
输运流量的计算
实例：热分解反应 ABn(g)+C(g)=A(s)+nB(g)+C(g)
粒子流密度:
物料守恒:
0 J ABn hABn (PAB PABn ) n
J B hB (PB0 PB ) hB PB
J ABn
1 JB n
气固界面热力学平衡：
KPABn (
nhABn hB
N.D. Boscher, I.P. Parkin et al. / Chem. Vap. Deposition 12 (2006) 692–698
LPCVD制备立方SiC薄膜
high crystallinity
Reactor: LPCVD (1.3×103 Pa) Substrate: one-polished Si (110) (1300 ℃) Precursor: SiH4, C3H8 Carrier gas: H2