化学气相沉积技术的应用与发展
微波等离子化学气相沉积 and 金刚石
微波等离子化学气相沉积and 金刚石摘要：一、微波等离子体化学气相沉积的基本概念二、金刚石的特性及应用三、微波等离子体化学气相沉积在金刚石制备中的应用四、我国在该领域的研发进展五、展望微波等离子体化学气相沉积的发展前景正文：微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，简称MPCVD）是一种采用微波等离子体技术在材料表面制备金刚石薄膜的方法。
近年来，随着科技的不断发展，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域得到了广泛应用。
金刚石，作为碳的同素异形体之一，具有极高的硬度、热导率、抗磨损和化学稳定性，使其在工业领域具有广泛的应用。
然而，天然金刚石的储量有限，价格昂贵，因此，利用微波等离子体化学气相沉积技术制备人造金刚石成为了研究的热点。
微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备过程中的优势在于其高产率、高质量和可控性。
通过精确控制反应气体种类、流量和微波功率等参数，可以在各种基材上制备出不同厚度、结构和性质的金刚石薄膜。
此外，MPCVD法制备金刚石的过程能耗低，环保无污染，具有较高的经济效益。
我国在微波等离子体化学气相沉积技术研发方面已取得了显著成果。
众多科研团队和企业致力于优化工艺参数，提高金刚石薄膜的质量和性能，拓展其在各个领域的应用。
目前，我国已成功研发出应用于电子、光学、力学和生物医学等领域的金刚石薄膜产品。
展望未来，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有巨大的发展潜力。
随着技术的进一步发展和优化，金刚石薄膜的应用范围将进一步扩大，有望替代传统材料，成为未来产业的重要支撑。
此外，随着我国在微波等离子体化学气相沉积技术研究的深入，我国在该领域的国际竞争力也将不断提升。
总之，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有广泛的应用前景，我国在这一领域的研究取得了显著成果。
化学气相沉积
缓且不明显。
4.2 化学气相沉积原理
CVD反应的进行涉及到能量、动量及质量的传递。反应气体是 借着扩散效应来通过主气流与基片之间的边界层，以便将反学气相沉积合成方法发展
20世纪50年代 主要用于道具
涂层
古人类在取暖 或烧烤时在岩 洞壁或岩石上
的黑色碳层
近年来PECVD 、LCVD等高
速发展
20世纪60-70 年代用于集成
电路
80年代低压 CVD成膜技术 成为研究热潮
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4.2 化学气相沉积原理
一、基本概念
化学气相沉积（CVD）：
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4.2 化学气相沉积原理
二、化学气相沉积法原理
2、CVD技术的热动力学原理
CVD反应结构分解：
不同物质状态的边界层对CVD沉积至关重要。所谓边界层，就是流体及物 体表面因流速、浓度、温度差距所形成的中间过渡范围。 (a)反应物已扩散通过界面边界层； (b)反应物吸附在基片的表面； (c)化学沉积反应发生； (d) 部分生成物已扩散通过界面边界层； (e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统 。
流速与流向均 平顺者称为 “层流”；
流动过程中产 生扰动等不均 匀现象的流动 形式，则称为
其中，d为流体流经的管径，ρ为流体的密度，
“湍流”。
ν为流体的流速，μ则为流体的粘度
两种常见的流体流动方式
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4.2 化学气相沉积原理
假设流体在晶座及 基片表面的流速为 零，则流体及基片 （或晶座）表面将 有一个流速梯度存 在，这个区域便是 边界层。
其中：hc为“对流热传系数”
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4.2 化学气相沉积原理
二、化学气相沉积法原理 2、CVD技术的热动力学原理
CVD
H-H键能小，热分解温度低，产物无腐蚀性
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（2）金属有机化合物
M-C键能小于C-C键，广泛用于沉积金属和氧化物薄膜。 金属有机化合物的分解温度非常低，扩大了基片选择范围以及避免了 基片变形问题。 （3）氢化物和金属有机化合物系统 广泛用于制备化合 物半导体薄膜。 （4）其它气态络合物、复合物
CVD基本原理包括：反应化学、热力学、动力学、输运过 程、薄膜成核与生长、反应器工程等学科领域。
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5.最常见的几种CVD反应类型有：热分解反应、化学合成反应、 化学输运反应等，分别介绍如下：
• 热分解反应（吸热反应）
通式：
主要问题是源物质的选择（固相产物与薄膜材料相同）和确定分解温度。 （1）氢化物
• CVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体的化学反应。
• CVD完全不同于物理气相沉积（PVD）
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2.CVD和PVD
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3.CVD
• CVD法实际上很早就有应用，用于材料精制、装饰涂层、耐氧化涂层、 耐腐蚀涂层等。 • 在电子学方面PVD法用于制作半导体电极等。 • CVD法一开始用于硅、锗精制上，随后用于适合外延生长法制作的材 料上。 • 表面保护膜一开始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ 族元素构成的新的氧化膜，最近还开发了金属膜、硅化物膜等。 • 以上这些薄膜的CVD制备法为人们所注意。CVD法制备的多晶硅膜在 器件上得到广泛应用，这是CVD法最有效的应用场所。
• 应用于半导体和其他材料
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2.低压化学气相沉积(LPCVD)
化学气相沉积(CVD)技术及应用
CVD的应用－半导体
➢低介电常数薄膜—布线间绝缘用的SiO2系薄膜 (F的加入)
➢微小电容器—铁电体的CVD，良好的台阶涂敷， 适合微细加工，保证高介电常数
➢高容量电容—半球形晶粒多晶Si-CVD
CVD的应用－半导体
➢对高密度LSI的超微细孔（连接孔或通孔）进行 处理—金属CVD，膜层纯度高，深孔埋入和孔 底涂敷效果好
➢高纯度单晶—有机金属CVD
CVD的其他应用
➢TFT（thin film transistor,薄膜晶 体管）
➢大面积且性能一致的低成本薄膜 ➢PCVD温度低，适合连续化生产
S.M. Han, J.H. Park, S.G. Park et al.,Thin Solid Films, 515 (2007) 7442-7445
源瓶 载带 气体
MFC 纯化
MFC 纯化
真空泵
气 瓶
源 气体
气 瓶
置换 气体
排气 处理装置
基板进出
废气排放 （或储存）
热CVD法成膜原理
原料气体 热分解 化学反应
排气
成膜过程:
二次生成物
未反应气体 1.反应气体被基体表面吸附;
2.反应气体向基体表面扩散;
抽取
3.在基体表面发生反应;
吸附 表面反应
脱离 沉积
类金刚石薄膜： 理想的刀具材料，国 内外研究热点，已经 有相关产品。
胡如夫, 孙方宏，制造工艺与制造技术 ，1 （2007）74-76
CVD的应用－半导体
➢LSI（large scale integrated circuit） 大规模集成电路
➢多层布线的层间绝 缘膜，金属布线， 电阻及散热材料等
Y. Akasaka, Thin Solid Films, in press
气相沉积法
气相沉积法气相沉积法是一种非常重要的现代分析技术，它被广泛应用于化学、分子生物学、材料科学等领域。
它的基本原理是以物质的质量分数为基础，利用气相技术使其分离、净化和收集。
它是分析信息和数据收集的重要工具，也是加强化学测量和改进技术的有效方法。
气相沉积法最初是由Jügen Geigle在1909年发明的。
他发明了一种装置，它可以用于将微量气体从空气中分离出来。
由于他的发明，气相沉积法得以发展，并且得到广泛的应用。
气相沉积法的原理是以气态物质的质量分数为基础，以蒸气压、分子量和溶解性为主要参数，利用条件选择性地分离、净化和收集获得物质，从而获得纯净的物质的收集。
在气相沉积过程中，会将原有的物质按照不同的特性分成两类，一类是蒸气压高的，另一类是蒸气压低的。
这两类物质会被不同的装置分开，最后得到清洁的物质。
在气相沉积过程中，会使用多种方法来分离、净化和收集微量物质。
其中最常用的方法是蒸发过程，即将蒸发的物质收集在某一容器中，使其分离出来。
另外，也可以使用吸附法和冷凝法来收集物质。
气相沉积法通常用于化学分析、材料科学、分子生物学等领域。
在化学分析中，气相沉积法可用于分离和收集有机物、稀有气体、氯气等，以及测定这些物质的活度、稳定性、溶解度等特性。
在材料科学中，它可以用于测定原料中包含的各种元素、分子结构和各种反应物的构型等。
此外，气相沉积法在分子生物学研究中也得到广泛的应用，如用于分离和测定细胞内的小分子物质，如蛋白质、核酸等。
气相沉积法不仅广泛应用于上述领域，它还可以用于污染物的测定、食品的质量控制和安全监测以及生物体检测等。
它可以使用多种仪器，如气体质谱仪、气体-液相色谱仪、质谱仪等，以实现快速、准确的分析和检测。
综上所述，气相沉积法是一种重要且应用广泛的现代分析技术。
它不仅用于化学分析、材料科学、分子生物学研究，还可用于污染物检测、食品质量控制等。
通过巧妙运用气相沉积法，可以快速、准确地获取需要的物质和结果，从而帮助我们更好地理解自然界的微小细节。
CVD技术
化学气相沉积技术及在难熔金属材料中的应用蔡兆机硕113班030110455摘要：难熔金属由于其独特的性能，在当今科学领域的应用越来越重要。
化学气相沉积法成功制取高纯致密难熔金属有利于其应用的推广。
采用化学气相沉积法在难熔金属材料表面制备铂族金属薄膜作为高温抗氧化涂层，更扩展了难熔金属材料在高科技领域的应用。
关键词：难熔金属；CVD；化学气相沉积；1引言难熔金属材料的制备方法主要是粉末冶金、电弧熔炼和电子束熔炼等。
经过几十年的发展，许多制备加工新技术已应用到难熔金属材料工业中，包括粉末注射成形(PIM)、放电等离子体烧结(SPS)、定向凝固、热机械加工、电磁共振技术、单晶技术及化学气相沉积技术等[1,2,3,4]。
化学气相沉积(Chemical V apor Deposition，简称CVD)是在热、光和等离子体等的激活和驱动下使气态物质在气相或气固界面上发生化学反应，从而制得稳定固态沉积物(或赋予固体材料表面某种特性)的一项材料制备技术。
沉积反应可分为均相反应和多相反应，它们分别在气相和气/固界面上发生，前者形成粉末，后者形成薄膜。
CVD是一种原子或原子集团沉积过程，过程本身具有提纯作用，因而其沉积层亦具有高纯高致密特征。
由于化学反应的多样性，使得CVD作为一种材料制备技术具有灵活多样的特点，构成了CVD制备多种材料的化学工艺基础。
从理论上讲，几乎所有的纯金属材料均可以采用CVD技术制备，CVD已成为材料制备技术的一个重要分支。
与其他制备方法相比，CVD技术具有适应性强、可选择性多及设备相对简单等特点：①是一种静成型技术，特别适合外形复杂器件(如喷管、坩埚等)的制备成型；②大幅降低了材料成型温度，对制备高熔点材料特别具有优势；③CVD制备的材料致密度高、纯度高。
CVD技术应用于贵金属及难熔金属的制备历史并不长，20世纪70年代，前人采用金属无机物为前驱体沉积的贵金属薄膜质量难以令人满意。
80年代，采用贵金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法制备贵金属薄膜或涂层材料，薄膜的纯度和致密性得以解决。
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。
2024年CVD设备市场发展现状
2024年CVD设备市场发展现状引言化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的物质薄膜生长技术，已广泛应用于半导体、电子、材料科学等领域。
本文将探讨2024年CVD设备市场发展现状，并分析其趋势与前景。
市场概况CVD设备市场在过去几年里取得了快速增长。
2019年，全球CVD设备市场规模达到XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元，年复合增长率预计为XX%。
CVD 设备的需求主要来自电子、半导体、能源、化工等行业。
目前，亚太地区是CVD设备市场的最大消费地区，占据全球市场份额的XX%。
市场驱动因素1.电子行业的发展：随着电子消费品市场的不断扩大，对高性能电子元件的需求也在增加，这推动了CVD设备市场的增长。
2.半导体行业的稳步增长：半导体在通信、计算机、医疗设备等领域的应用广泛，CVD设备在半导体制造过程中的关键角色，因此半导体行业的发展对CVD设备市场起到推动作用。
3.材料科学研究的需求：材料科学领域对新材料的研究需求不断增加，CVD设备作为一种重要的材料生长技术，得到了广泛应用。
市场挑战1.高成本：CVD设备的价格较高，使得中小型企业难以承受，限制了市场规模的进一步扩大。
2.技术复杂性：CVD技术涉及复杂的化学反应和工艺控制，对操作人员的技术能力要求较高，这增加了设备的运营成本和风险。
3.环保要求的提高：CVD过程中产生的废气和废液对环境造成一定的影响，随着环保要求的提高，需要对CVD设备进行改进和优化。
市场趋势1.技术进步：CVD设备市场将受益于新技术的不断推出，例如低温CVD、原子层沉积等技术的发展将提高设备的性能和效率。
2.自动化和智能化：随着自动化和智能化技术在制造业的应用，CVD设备也将向自动化和智能化方向发展，降低设备的操作和维护成本。
3.绿色环保：在环保要求的推动下，CVD设备的绿色化技术得到了越来越多的关注，例如废气处理系统的改进，废液的回收利用等。
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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：
反应温度较高，沉积速率较低，难以局部沉积；(1)．
(2)参与沉积反应的气源和反应后的余气都有一定的毒性；
(3)镀层很薄，已镀金属不能再磨削加工，如何防止热处理畸变是一个
很大的难题，这也限制了CVD法在钢铁材料上的应用, 而多用于硬
质合金。
四、化学气相沉积技术的应用
1、制备超细陶瓷材料
超细粉表面积大, 烧结温度降低，可以使其成为一种有效的烧结添加
剂。如氮化铝是一种非常重要的高导热陶瓷，做成集成元件的基板取
代现有的基板材料，可以提高导热率，从而可以解决当集成元件的集
成度提高时所带来的热难以迅速散发出去的问题。但是，氮化铝的稠
密烧结非常困难，需靠添加氧化物烧结剂来使氮化铝稠密烧结，大量
添加氧化物会使氮化铝中第二相增多，反而降低整体的导热率。添加
5%～10%的氮化铝超细粉，一方面可以利用烧结驱动力大的特点促
进氮化铝烧结，另一方面也可以减少第二相，对提高氮化铝的导热率
有较好的效果。除此之外。像碳化钨，碳化硅，氮化硅等都可以通过
添加这些物质的纳M粉的方法来促进烧结。
2、制备晶体或晶体薄膜
由于现代科学技术对无机新材料的迫切需求，晶体生长领域的发展十
分迅速。化学气相沉积法不仅能极大改善某些晶体或晶体薄膜的性能，
而且还能制备出许多其他方法无法制备的晶体，由于化学气相沉积法
具有设备相对简单，操作方便，适应性强的特点， 因而成为无机新
晶体主要的制备方法之一，广泛应用于新晶体的研究．
与探索。CVD最主要的应用之一是在一定的单晶基体上沉积外延单
晶层。最早的气相外延工艺是硅外延生长，其后又制备出外延化合物
半导体层。气体外延技术亦广泛用于制备金属单晶薄膜及一些化合物
单晶薄膜。
3、制备梯度功能材料
梯度功能材料是为了适应未来新技术、新设备发展的需要，在80年
代后期发展起来的一类组成、结构与性能呈连续变化的高性能材料。
首先在航空、航天领域中获得了系统的研究和实际应用。随着科学技
术的进步及相关工业的发展，在机械工程的设计、制造中也普遍采用
了梯度功能材料。目前的梯度功能材料制备方法有粉末铺层法、薄膜
沉积法、CVD法、等离子喷涂法、自蔓延燃烧法等。在这些方法中，
由于CVD 能按设计要求精确地控制材料的组成、结构和形态，并能
使组成、结构与形态从一种组分到另一种组分连续变化，无需烧结等
处理即可制备出致密的、性能优异的梯度功能材料，因而倍受人们的
重视。目前，已用CVD方法成功地制备出碳—碳化硅、碳—碳化钛、
碳化钛—碳化硅等体系的梯度功能材料。
五、几种新型化学气相沉积技术
1、金属有机化合物化学沉积技术(MOCVD)
MOCVD的发展是半导体外延沉积的需要。它是把金属烷基化合物或
配位化合物与其它组分(主要是氢化物)送入反应室，然后金属有机化
合物分解沉积出金属或化合物。MOCVD的主要优点是沉积温度的高
温基体是很有用的，如可以沉CVD低，这对某些不能承受常规．
积在钢这样一类的基体上；其缺点是沉积速率低，晶体缺陷度高，膜
中杂质多；且某些金属有机化合物具有高度的活性，必须加倍小心。
2、激光化学气相沉积技术(LCVD)
LCVD是一种在化学气相沉积过程中利用激光束的光子能量激发和
促进化学反应的薄膜沉积方法。激光作为一种强度高、单色性好和方
向性好的光源，在CVD中发挥着热效应和光效应。一方面激光能量
对基体加热，可以促进基体表面的化学反应，从而达到化学气相沉积
的目的；另一方面高能量光子可以直接促进反应物气体分子的分解。
利用激光的上述效应可以实现在基体表面的选择性沉积，即只在需要
沉积的地方才用激光光束照射，就可以获得所需的沉积图形。另外，
利用激光辅助CVD沉积技术，可以获得快速非平衡的薄膜，膜层成
分灵活，并能有效地降低CVD过程的衬底温度。如利用激光，在衬
底温度为50 ℃时也可以实现二氧化硅薄膜的沉积。目前，LCVD技
术广泛用于激光光刻、大规模集成电路掩膜的修正、激光蒸发—沉积
以及金属化等领域。LCVD法氮化硅薄膜已达到工业应用的水平，其
平均硬度可达2200HK；氮化钛、碳化硅 及碳化钛膜正处于研发阶段。
3、等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)
近年来发展的等离子体增强化学气相沉积法也是一种很好的方法，最
早用于半导体材料的加工，即利用有机硅在半导体材料的基片上沉积
二氧化硅，该方法利用等离子中的电子动能来激发化学气．
相反应。PECVD将沉积温度从1000℃降低到600℃以下，最低的只
有300℃左右。因为PECVD利用了等离子体环境诱发载体分解形成
沉积物，这样就减少了对热能的大量需要，从而大大扩展了沉积材料
及基体材料的范围。目前，等离子增强化学气相沉积技术除了用于半
导体材料外，在刀具、模具等领域也获得成功的应用。如利用PECVD
在钢件上沉积出氮化钛等多种薄膜不仅提高了模具的工作温度，也使
模具的寿命大大提高。
六、化学气相沉积技术的发展趋势
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。与此同时交
叉、综合地使用复合的方法，不仅启用了各种新型的加热源，还充分
运用了各种化学反应、高频电磁( 脉冲、射频、微波等) 及等离子体
等效应来激活沉积离子，成为技术创新的重要途径。但是，目前CVD
工艺中常用的NH、HS等气体，或有毒性、23腐蚀性，或对空气、湿
度较为敏感。因此，寻找更为安全、环保的生产工艺以及加强尾气处
理的研究在环境问题日益突出的今天有着尤其重要的意义。