第二章 薄膜制备的化学方法
薄膜化学溶液制备
薄膜化学溶液制备薄膜化学溶液制备是一种常见的方法，用于制备具有特定性质的薄膜材料。
薄膜材料具有很多应用领域，例如电子器件、光学器件和生物医学领域等。
在这篇文章中，我们将探讨薄膜化学溶液制备的原理、方法和应用。
一、原理薄膜化学溶液制备是通过控制化学反应的条件和过程，使得溶液中的溶质在特定的基底表面上形成薄膜。
通常情况下，溶液中的溶质是一种化合物或材料的前体，通过化学反应转化为薄膜材料。
这种制备方法的优点是制备过程简单、灵活性高，可以制备出不同性质的薄膜材料。
二、方法薄膜化学溶液制备的方法主要包括溶液法和气相法。
溶液法是最常用的方法之一，它包括溶胶-凝胶法、旋涂法、浸渍法等。
溶胶-凝胶法是一种将溶胶转化为凝胶，再将凝胶转化为薄膜的方法。
旋涂法是将溶液倒在旋转的基底上，通过离心力使溶液均匀分布，并形成薄膜。
浸渍法是将基底浸泡在含有溶质的溶液中，通过溶质的扩散和沉积形成薄膜。
气相法主要包括化学气相沉积法和物理气相沉积法。
化学气相沉积法是通过将气体中的前体物质在基底表面上发生化学反应，形成薄膜。
物理气相沉积法则是通过蒸发或溅射的方式，将前体材料沉积在基底表面上，形成薄膜。
三、应用薄膜化学溶液制备的薄膜材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子器件方面，薄膜材料可以用于制备晶体管、光电二极管和太阳能电池等。
光学器件中，薄膜材料可以用于制备反射镜、透镜和滤光片等。
在生物医学领域，薄膜材料可以用于制备人工血管、药物缓释系统和组织工程材料等。
薄膜化学溶液制备的优点是制备过程简单、成本低廉，并且可以制备出具有特定性质的薄膜材料。
但是，它也存在一些挑战，例如控制薄膜的厚度和均匀性、提高薄膜的质量和稳定性等。
总结起来，薄膜化学溶液制备是一种常用的制备薄膜材料的方法，通过控制化学反应的条件和过程，使得溶液中的溶质在基底表面上形成薄膜。
薄膜化学溶液制备方法灵活且成本低廉，具有广泛的应用前景。
随着科技的进步，薄膜化学溶液制备的技术将会得到进一步的发展和应用。
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
薄膜制备方法
薄膜制备方法薄膜制备方法是一种将材料制备成薄膜状的工艺过程。
薄膜是指厚度在纳米至微米级别的材料，具有特殊的物理、化学和电学性质，在许多领域具有重要的应用价值。
薄膜制备方法有多种，包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、物理溅射法、溶液法等。
一、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用高温或高能粒子束使材料原子或分子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的物理气相沉积方法有热蒸发法、电子束蒸发法和磁控溅射法等。
其中，热蒸发法是通过加热材料使其蒸发，并在基底上沉积形成薄膜；电子束蒸发法则是利用电子束的热能使材料蒸发并沉积在基底上；磁控溅射法是通过在真空室中加入惰性气体，并利用高能电子束轰击靶材使其溅射出原子或离子，从而沉积在基底上形成薄膜。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气相反应在基底表面沉积材料的方法。
常见的化学气相沉积方法有化学气相沉积法、低压化学气相沉积法和气相扩散法等。
其中，化学气相沉积法是通过将反应气体在基底表面分解或氧化生成薄膜的方法；低压化学气相沉积法则是在较低的气压下进行反应，以控制薄膜的成分和结构；气相扩散法是通过将反应气体在基底表面进行扩散反应，使材料沉积在基底上。
三、物理溅射法物理溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材使其原子或分子从靶表面溅射出来，并沉积在基底上形成薄膜的方法。
物理溅射法包括直流溅射法、射频溅射法和磁控溅射法等。
其中，直流溅射法是利用直流电源加电使靶材离子化并溅射出来；射频溅射法则是利用射频电源产生高频电场使靶材离子化并溅射出来；磁控溅射法则是在溅射区域加入磁场，利用磁控电子束使靶材离子化并溅射出来。
四、溶液法溶液法是一种利用溶液中的材料分子或离子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的溶液法包括浸渍法、旋涂法和喷雾法等。
其中，浸渍法是将基底放置在溶液中，使其吸附溶剂中的材料分子或离子，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；旋涂法是将溶液倒在旋转的基底上，通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；喷雾法则是将溶液喷雾到基底上，通过蒸发或热处理使其形成薄膜。
第二章薄膜制备的化学方法
第二节 化学气相沉积
（3）氧化反应制备氧化物：含薄膜元素的化合物与氧气一同进入 反应器，形成氧化反应在衬底上沉积薄膜。 SiH4 （气）+O2（气） → SiO2（固）+ 2H2（气 ） GeCl4 （气）+O2（气） → GeO2（固）+ 2Cl2（气 ） SiCl4 （气）+O2（气） → SiO2（固）+ 2Cl2（气 ）
❖ 优点： （1）可以准确地控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化配比； （2）可在复杂形状的基片上沉积成膜； （3）由于许多反应可以在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空设备； （4）化学气相沉积的高沉积温度会大幅度改善晶体的结晶完整性； （5）可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其它方法无法
第二节 化学气相沉积
❖ 化学气相沉积CVD（chemical vapor deposition）
化学气相沉积技术： 利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽
状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬 底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。CVD反应指 反应物为气体，生成物之一为固体的化学反应。
❖ 中温CVD的典型反应温度大约500～800 ℃，它通常是采用金属有机 化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合物CVD。
第二节 化学气相沉积
❖ 化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂 层纯度高、工艺简单易行等一系列的特点，化学气相沉积成为一种非 常灵活、应用极为广泛的工艺方法，可以用来制备各种涂层、粉末、 纤维和成型元器件。
第二节 化学气相沉积
第二节 化学气相沉积
薄膜制备方法
薄膜制备方法1.物理气相沉积法PVD：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法CVD：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD;一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜,是制备薄膜最一般的方法;这种方法是把装有基片的真空室抽成真空,使气体压强达到10ˉ2Pa以下,然后加热镀料,使其原子或者分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到温度较低的基片表面,凝结形成固态薄膜;其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成;保证真空环境的原因有防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应,生成化合物而使蒸发源劣化;防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面,以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等在基片上形成薄膜的过程中,防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物;蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源;通常适用于熔点低于1500℃的镀料;对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定,在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性,功率密度变化小;⑵、电子束蒸发源;热电子由灯丝发射后,被电场加速,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上,使蒸发材料加热气化,而实现蒸发镀膜;特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料;优点有a、电子束轰击热源的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能量密度,可以使高熔点可高达3000℃以上的材料蒸发,并且有较高的蒸发速率;b、镀料置于冷水铜坩埚内,避免容器材料的蒸发,以及容器材料与镀料之间的反应,这对于提高镀膜的纯度极为重要;c、热量可直接加到蒸发材料的表面,减少热量损失;⑶、高频感应蒸发源;将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央,使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失铁磁体,从而将镀料金属加热蒸发;常用于大量蒸发高纯度金属;分子束外延技术molecularbeamepitaxy,MBE;外延是一种制备单晶薄膜的新技术,它是在适当的衬底与合适条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法;外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”,两者不同的称为“异质外延”;10—Pa的超真空条件下,将薄膜诸组分元素的分子束流,在严格监控之下,直接喷射到衬底MBE是在8表面;其中未被基片捕获的分子,及时被真空系统抽走,保证到达衬底表面的总是新分子束;这样,到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响,仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定;二、离子镀是在真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物质离化,在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时,把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上;常用的几种离子镀：（1）直流放电离子镀;蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极,利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速,离化和离子加速一起进行;（2）空心阴极放电离子镀HCD,hollowcathodedischarge;等离子束作为蒸发源,可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化,0至数百伏的加速电压;离化和离子加速独立操作;（3）射频放电离子镀;电阻加热或电子束加热,真空,Ar,其他惰性气体或反应气体；利用射频等离子体放电离化,0至数千伏的加速电压,离化和离子加速独立操作;（4）低压等离子体离子镀;电子束加热,惰性气体,反应气体;等离子体离化,DC或AC50V离子镀是一个十分复杂过程,一般来说始终包括镀料金属的蒸发,气化,电离,离子加速,离子之间的反应,中和以及在基体上成膜等过程,其兼具真空蒸镀和真空溅射的特点;三、溅射镀膜是在真空室中,利用荷能粒子轰击靶表面,使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术;用带有几十电子伏特以上动能的粒子或粒子束照射固体表面,靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中逸出,这种现象称为溅射;应用于现在工业生产的主要溅射镀膜方式：1射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术;由于交流电源的正负性发生周期交替,当溅射靶处于正半周时,电子流向靶面,中和其表面积累的正电荷,并且积累电子,使其表面呈现负偏压,导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材,从而实现溅射;由于离子比电子质量大,迁移率小,不像电子那样很快地向靶表面集中,所以靶表面的点位上升缓慢,由于在靶上会形成负偏压,所以射频溅射装置也可以溅射导体靶;射频溅射装置的设计中,最重要的是靶和匹配回路;靶要水冷,同时要加高频高压;2磁控溅射高速低温溅射;其沉积速率快、基片温度低,对膜层的损伤小、操作压力低;磁控溅射具备的两个条件是：磁场和电场垂直；磁场方向与阴极靶表面平行,并组成环形磁场;电子在电场E的作用下,在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar和新的电子；新电子飞向基片,Ar在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射;在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场和磁场作用,产生E电场×B磁场所指的方向漂移,简称E×B漂移,其运动轨迹近似于一条摆线;若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率;随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基片上;由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低;（3）反应溅射;反应溅射是指在存在反应气体的情况下,时,靶材会与反应形成化合物如氮化物或氧化物,在惰性气体溅射化合物靶材时由于化学不稳定性往往导致薄膜较靶材少一个或更多组分,此时如果加上反应气体可以补偿所缺少的组分,这种溅射也可以视为反应溅射;化学气相沉积chemicalvapordepositionCVD一、热CVD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;原理：利用挥发性的金属卤化物和金属的有机化合物等,在高温下发生气相化学反应,包括热分解、氢还原可制备高纯度金属膜、氧化和置换反应等,在基板上沉积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜;制备条件：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;二、等离子体CVD plasmachemicalvapordeposition是在高频或直流电场作用下,将原料气体电离形成等离子体,利用低温等离子体作为能量源,通入适量的反应气体,利用等离子体放电,使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术;在保持一定压力的原料气体中,输入直流、高频或微波功率,产生气体放电,形成等离子体;在气体放电等离子体中,由于低速电子与气体原子碰撞,故除产生正、负离子外,还会产生大量的活性基激发原子、分子等,从而可大大增强反映气体的活性;这样就可以在较低的温度下,发生反应,产生薄膜;PCVD可以在更低的温度下成膜;可减少热损伤,减低膜层与衬底材料间的相互扩散及反应多用于太阳能电池及液晶显示器等;三、有机金属CVD MOCVD是将反应气体和气化的有机物通过反应室,经过热分解沉积在加热的衬底上形成薄膜;它是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反应室,受热分解后沉积到加热的衬底上形成薄膜;其特点是：1.较低的衬底温度；2.较高的生长速率,可生长极薄的薄膜；3.精确的组分控制可进行多元混晶的成分控制,可实现多层结构及超晶格结构；4.易获得大面积均匀薄膜；其缺陷是：1.残留杂质含量高2.反应气体及尾气一般为易燃、易爆及毒性很强的气体;。
液相材料制备薄膜的方法
液相材料制备薄膜的方法液相材料制备薄膜的方法是指使用液相化学方法制备一定厚度的薄膜。
液相材料制备薄膜的具体方法有很多种，常见的方法有溶液旋涂法、自组装法、凝胶法等。
其中，溶液旋涂法是最常见的一种液相材料制备薄膜的方法。
在这个方法中，先将需要制备薄膜的材料溶解在适当的溶剂中制成溶液，然后将溶液倒在旋转的衬底上，靠着旋转的力量使液体均匀地铺在衬底上，形成一层薄膜。
该方法需要精确控制溶液的浓度、旋转速度、喷涂位置等参数，才能得到均匀、致密的薄膜。
自组装法是另一种常用的液相材料制备薄膜的方法。
在这个方法中，使用特定的化合物在衬底上自组装生成薄膜。
这个化合物通常是有机大分子，可以通过物理化学方法调节其结构和性质。
自组装法可以制备非常薄的薄膜，而且可以控制薄膜的厚度、表面形貌等性质，因此具有广泛的应用前景。
凝胶法是另一种较为特殊的液相材料制备薄膜的方法。
该方法中，先将所需的材料与透明胶体结构材料混合，形成凝胶，然后通过超声波或离心等方法将凝胶形成薄膜。
这种方法可以制备均匀且具有良好形貌的薄膜，而且可以制备非常大的薄膜。
液相材料制备薄膜的优点是可以制备导电性、光学性、光电性、磁性等特性的薄膜，且可以制备非常薄的薄膜，对于微电子设备和光电器件等领域具有重要的应用价值。
总之，液相材料制备薄膜的方法多种多样，其中最常用的是溶液旋涂法和自组装法。
无论采用哪种方法，都需要准确控制制备条件，并且要依据实际需求来调节薄膜的特性。
随着新型材料的不断涌现，液相材料制备薄膜的方法也会不断改进和完善，为各领域的应用提供更加高效、优质的薄膜制备技术。
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜是一种在各种领域都有广泛应用的材料，其制备方法多种多样。
本文将介绍薄膜的制备方法，希望能够对您有所帮助。
首先，薄膜的制备方法可以分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括蒸发法、溅射法、激光热解法等，而化学方法则包括溶液法、化学气相沉积法等。
接下来，我们将逐一介绍这些方法的具体步骤和特点。
蒸发法是一种常用的物理方法，其制备步骤为首先将原料物质加热至其汽化温度，然后使其在基底上凝结形成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，但是成本较高，且只适用于高蒸发温度的材料。
溅射法是另一种常用的物理方法，其制备步骤为将原料物质置于真空室中，通过离子轰击或者电子轰击的方式使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备多种材料的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
激光热解法是一种新型的物理方法，其制备步骤为使用激光热解原料物质，使其在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备成本高，且只适用于特定材料。
溶液法是一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质溶解在溶剂中，然后将溶液涂覆在基底上，通过溶剂挥发使其形成薄膜。
这种方法成本低，适用范围广，但是薄膜质量较低。
化学气相沉积法是另一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质的化合物气体在基底表面发生化学反应，形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
总的来说，薄膜的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优点和局限性。
在选择制备方法时，需要根据具体的应用需求和材料特性进行综合考虑。
希望本文能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜的制备方法是指将材料制备成薄膜的工艺方法，主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法、激光烧结法等多种方法。
下面将对这些方法进行详细介绍。
首先，物理气相沉积是一种常用的薄膜制备方法，其主要原理是通过物理手段将原料气体转化为固态薄膜。
常见的物理气相沉积方法包括蒸发沉积、溅射沉积和激光烧结法。
其中，蒸发沉积是通过加热原料使其蒸发，然后在基底上凝结成薄膜；溅射沉积是通过离子轰击原料使其溅射到基底上形成薄膜；激光烧结法则是利用激光束将原料烧结成薄膜。
其次，化学气相沉积是另一种常用的薄膜制备方法，其原理是通过化学反应使气态原料在基底上沉积成薄膜。
常见的化学气相沉积方法包括化学气相沉积、原子层沉积和气相沉积等。
其中，化学气相沉积是通过将气态原料与化学反应气体在基底上反应生成薄膜；原子层沉积是通过将气态原料分别按照周期性的顺序吸附在基底上形成单层原子膜，然后重复多次形成薄膜；气相沉积是通过将气态原料在基底上沉积成薄膜。
此外，溶液法也是一种常用的薄膜制备方法，其原理是将材料溶解在溶剂中，然后通过溶液的挥发或化学反应在基底上形成薄膜。
常见的溶液法包括旋涂法、喷涂法和浸渍法等。
其中，旋涂法是将溶液滴在旋转基底上，通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上形成薄膜；喷涂法是通过将溶液喷洒在基底上，然后通过干燥使溶液挥发形成薄膜；浸渍法是将基底浸入溶液中，然后通过溶液的挥发或化学反应在基底上形成薄膜。
最后，激光烧结法是一种利用激光束将材料烧结成薄膜的方法。
其原理是通过激光束的照射使材料在基底上烧结成薄膜。
这种方法适用于高能激光烧结材料，可以制备高质量的薄膜。
综上所述，薄膜的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法和激光烧结法等多种方法。
每种方法都有其特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的方法进行薄膜制备。
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第二章 薄膜制备的化学方法薄膜制备的化学方法需要一定的化学反应，这种化学反应可以由热效应引起或者由离子的电致分离引起。
在化学气相沉积和热生长过程中，化学反应是靠热效应来实现，而在电镀和阳极氧化沉积过程中则是靠离子的电致分离实现的。
与物理气相沉积相比，尽管化学方法中的沉积过程较为复杂，也较为困难，但是薄膜沉积所使用的设备一般比较简单，价格也较为便宜。
第一节 热氧化生长在充气条件下，大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜可以通过加热基片的方式获得。
如：室温下Al 基片上形成氧化铝膜。
图2-1 氧化铝薄膜热生长热生长制备薄膜虽然不是一种常见技术，但是热生长在金属、半导体氧化物的研究比较广泛，特别是在电子器件的氧化物层的钝化作用。
1-热电偶 2-窄玻璃管 3-加热线圈 4-玻璃管 5-样品 6-出气口 8-进气口图2-2 在空气和超热水蒸气下，薄Bi 膜氧化实验装置AirAlAl 2O 3第二节化学气相沉积一、一般化学气相沉积反应化学气相沉积过程主要有三个过程：在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运；气相反应产生新的反应物（前驱体）和副产物；初始反应的反应物和生成物输运到衬底表面，这些组分在衬底表面的吸附；衬底表面的异相催化反应，形成薄膜；表面反应产生的挥发性副产物的脱附；副产物通过对流或扩散离开反应区域直至被排出。
图2-3 CVD技术沉积薄膜中的气体输运和反应过程在薄膜沉积过程中可控制的变量有气体流量、气体组分、沉积温度、气压、真空几何构型。
图2-4CVD技术沉积薄膜中的可控变量分类：CVD技术可按照沉积温度、反应器内的压力、反应器壁的温度和沉积反应的激活方式进行分类。
（1）按沉积温度：高温CVD>500℃ 广泛用来沉积Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体低温CVD<500℃主要用于基片或衬底不宜在高温下进行沉积的某些场合，如沉积平面硅和MOS 集成电路的钝化膜。
（2）按反应器内的压力 常压CVD(NPCVD)~1atm; 低压CVD(LPCVD)10~100PaLPCVD 具有沉积薄膜均匀性好，台阶覆盖及一致性较好、针孔较小、膜结构完整性优良、反应气体利用率高等优点，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜如SiO 2和Si 3N 4以及多晶硅薄膜。
（3）按反应器壁的温度可分为热壁方式和冷壁方式CVD 。
（4）按反应激活方式可分为热激活和等离子体激活CVD 等。
（5）按反应器构型：水平型：生产量较高，但沿气流方向膜厚及浓度分布不均；垂直型：膜均匀性好，但产量不高；圆筒型：兼顾上面两者优点。
图2-5 CVD 技术沉积薄膜的反应器在化学气相沉积过程中常遇到的一些典型的化学反应• 利用化合物加热分解，在基体（基片或衬底）表面得到固态膜层的技术。
现在热分解法制备薄膜的典型应用是半导体中的外延薄膜制备、多晶硅薄膜制备等。
• 氢还原反应：氢还原反应的典型应用是半导体技术中的外延生长。
使用氢还原反应可以从相应的卤化物制作出硅、锗、钼、钨等半导体和金属薄膜。
氢还原反应不同于热分解反应，是可逆的。
因而，反应温度、氢与反应气体的浓度比、压力等都是很重要的反应参数。
• 氧化反应：主要用于在基片上制备氧化物薄膜。
氧化物薄膜有SiO 2、Al 2O 3、TiO 2、Ta2O5等。
一般使用这些膜材料的相应卤化物、氧氯化物、氢化物、有机化合物等与各种氧化剂反应制作薄膜。
制备SiO 2薄膜一般采用氧化SiH 4的方法。
其他的氧化反应：↑+−−→−↑+−−−−→−↑+−−−−→−↑+−−−−→−---2421200900424019042120080042)()(2)()(4)()()(2)()(I Ti TiI H C CH CO Ni CO Ni H Si SiH CC CC CC o o o o oo 固气固气固气固气加热HClSi H SiCl 4224+−→−+∆22450240H SiO O SiH C+−−→−+22242224Cl GeO O GeCl Cl SiO O SiCl +−→−++−→−+ 1. Precursor2. Substrates3. Heater or furnace4. Exhaust制备氧化硅的反应：水解反应沉积:• 氮化反应和碳化反应：制备碳化物和氮化物薄膜，氮化硅和氮化硼是两个最为重要的例子。
在氮氢气体存在条件下，可以得到TiC 、BC 和SiC热分解生成SiC• 化合物制备：有机化合物沉积制备Ⅲ-Ⅴ化合物若系统中存在温度差则可能产生输运反应这种反应在高温区被置换的物质构成卤化物或者与卤素反应生成低价卤化物。
它们被输送到低温区域，在低温区域由非平衡反应在基片上形成薄膜。
发生逆反应在反应器另一头出现源材料，此时材料出现高纯态。
• 补充：由基片产生的还原反应，发生在基片表面上，反应气体被基片表面还原生成薄膜。
典型的反应是钨的氟化物与硅。
在硅表面上与硅发生如下反应，钨被硅置换，沉积在硅上，这时如有氢存在，反应也包含有氢还原：二、化学气相沉积制备薄膜的传统方法CVD 最理想的源物质是气态源物质， 在没有合适气态源的情况下，可采用高蒸气压的液态物质。
如AsCl 3、PCl 3、SiCl 4等，用载气体（如H 2、He 、Ar ）流过液体表面或在液体内部鼓泡，携带其饱和蒸气进入反应系统。
在既无合适的气态源又无具有较高蒸气压的液态源的情况下，就只得采用固体或低蒸气压的液体为源物质。
CVD 中影响薄膜质量的主要工艺参数有沉积温度、反应气体组成、工作气压、基板温度、气体流量等。
其中温度是最重要的影响因素，随着温度升高，沉积速度增加；反应气体的配比和气流速度；基片的影响。
CO HCl O Al H CO Cl Al 3632322263++−→−++HCl TiC CH TiCl 444+−→−+HCl BN NH BCl H HCl N Si NH Cl SiH H N Si NH SiH 3664312433324332224334+→+++−→−++−→−+229002222228502422222200N HCl SiO O N Cl SiH N H SiO O N SiH C C++−−→−+++−−→−+HCl SiC SiCl CH 333+−→−43334)(CH GaAs AsH CH Ga +−→−+2243666H GaCl As As HCl GaAs tt +++−−→←+≠-WSiF Si WF 323246+→+1-加热器2-基片3-热电偶4-B10H14气阀5-NH3气阀6-电极7-电离计8-热压力计9-真空泵图2-6 制备非晶BN膜的化学气相沉积系统示意图除了BN薄膜外，立式冷壁低压系统还可以用来制备WSi2薄膜。
1-工作室2-电控制炉3-基片4-Ar气入口5-容器6-细粉图2-7 用于沉积金属氧化膜的热分解实验装置示意图反应源以气体为佳，其次是高蒸气压的液态物质。
反应源可以由多入口引入，也可以单向反应气体注入。
见书本例子硼酸硅玻璃薄膜制备、Nb3Ge薄膜制备1-基片架2-热电偶3-红外热测温仪器4-窗口5-喷嘴6-加热催化器7-真空室8-基片图2-8 由催化化学气相沉积低温沉积总体而言化学气相制备优点较多，如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，同一炉中可放置大量基板或工件；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；在高饱和度下进行的，成核密度高，且沉积中分子或原子的平均自由程大，这些都有利于形成均匀平滑的薄膜。
其缺点在于反应温度太高，一般在1000℃左右，而许多基材难以承受这样的高温，因而限制了它的应用范围。
三、激光化学气相沉积Laser chemical vapor deposition (LCVD)利用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法（激光加热非常局域化），从触发机制上来分可以分成光致化学反应、热致化学反应。
四、光化学气相沉积photo chemical vapor deposition(PCVD)用光束来激活反应物，促进生成物形成化学反应。
PCVD(Photo-chemical vapor deposition)借助于光能使反应气体分子分解（但不电离）而进行化学气相沉积的工艺过程。
沉积可以在低温下进行，且光子能量不足以使反应物电离。
1-汞灯2-石英玻璃3-Ar气入口4-SiH4入口5-汞6-废气7-基片图2-9 大气压下汞敏化光化学气相制备1-真空泵2-加热器3- Si2H6入口4-微波源5-H2入口6-石英管7-真空计8-基片图2-10 由Si2H6直接光致分解沉积高质量的ɑ-Si-H 的实验装置示意图相比汞催化，直接光致分解没有汞污染，反应温度较低，且光束可聚焦实现局部反应。
其中激光光致化学反应最有应用前景。
1-Ar入口2-多孔板3-激光束4-石英窗5-真空泵6- 源气体入口图2-11 用激光器制备ɑ-SiO2膜的激光致光化学气相反应的实验装置示意图1-炉2-基片架3-石英管4-激光束5-真空泵6-窗口7-He气入口8-SiH4、NH3气图2-11Si=N膜的激光致光化学气相反应的实验装置示意图五、等离子体增强化学气相沉积（Plasma assisted (enhanced) chemical vapor deposition (PACVD, PECVD)一种高频辉光放电物理过程和化学反应相结合的技术可有效解决普通CVD基体温度高，沉积速度慢的不足。
可以降低沉积物质的温度，提高沉积速度，成膜质量较好，不容出现龟裂等现象，但是等离子体的轰击容易让薄膜出现缺陷。
1-等离子体2-接地电极3-基片架4-基片5-电极6-真空泵图2-12 交错立式电极组态示意图1-进气口2-石英管3-射频线圈4-气环5-硅烷入口6-基片加热块7-真空泵图2-13 远等离子体增强CVD沉积室示意图1-基片架2-辉光等离子体3-石英管4-感应加热等离子体5-氮气入口6-硅烷入口7-射频线圈8-真空紫外光谱仪9-真空泵图2-14 在Si片上，利用感应加热等离子助CVD沉积SiN实验装置示意图1-基片2-加热器3-石英管4-等离子体5-波导管6-磁体7-真空泵图2-15 沉积介电薄膜的微波受激等离子体增强CVD沉积室示意图1-等离子体室2-沉积室3-长方形波导体4-微波源5-石英窗6-气体入口7-冷却水8-磁线圈9-等离子气体流10-气体入口11-基片12-进气口图2-16 电子回旋共振等离子体系统示意图1，3-进水口2-基片4-气体入口图2-17 制备金刚石薄膜的直流等离子体化学气相沉积实验装置示意图(a) 1-基片2-阴极3-气体(b) 1-基片2-阳极3-气体4-气体5-阴极图2-18中空阴极沉积薄膜的电极构造示意图1-气阀2-线圈3-放电管4-加热器5-基片6-底座7-真空泵图2-19 用于沉积碳膜的脉冲感应电磁感应系统实验装置示意图1-石英管2-基片3-可调电容器图2-20 用于a-SiC:H 的电场增强PECVD装置示意图第三节电镀化学溶液镀膜法：在溶液中利用化学反应或电化学原理在集体材料表面上沉积成膜的一种技术。