等离子体增强化学气相沉积法
纳米硅的制备及其应用研究
纳米硅的制备及其应用研究随着科技的不断进步和发展，人类对材料的需求也在不断地增加。
近年来，纳米技术得到了广泛的关注和研究，纳米硅因其特殊的物理化学性质和潜在的应用价值，成为了研究的热点之一。
本文将着重探讨纳米硅的制备方法以及在不同领域的应用研究。
一、纳米硅的制备方法1. 等离子体化学气相沉积法等离子体化学气相沉积法是一种常用的制备纳米硅的方法，它利用高温等离子体反应室中的化学反应，沉积在基板上。
该方法可以制备出单晶纳米硅。
它的优点是产量高，纯度高，但是制备过程需要高温和高真空环境。
2. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种将有机或无机前驱体在溶液中进行水解缩聚，形成胶体体系并进行热处理制备纳米硅的方法。
该方法制备出来的纳米硅具有较高的度规整和纯度，但是制备时间长，部分溶剂可能对环境不利。
3. 水热合成法水热合成法是一种利用热量和压力条件下特定化学反应生成纳米硅的方法。
该方法对操作条件要求不高，制备速度较快，但是制备的纳米硅容易受到杂质的污染，产物不容易控制。
二、纳米硅的应用研究1. 生物医学应用纳米硅因其特殊的物理化学性质和生物相容性，在生物医学领域中得到了广泛的应用。
例如，将纳米硅导入生物体内，可以在细胞膜上显示出强烈的荧光信号，并成为生物荧光探针的发展方向。
纳米硅还可以作为抗菌剂、药物载体用于生物医学材料中。
2. 电子信息领域纳米硅在电子信息领域中也具有潜在的应用价值。
如在显示器材料中加入纳米硅，可以优化显示器的性能，提高显示质量。
还可以将纳米硅作为纳米级的半导体材料用于微电子学器件加工中。
3. 能源材料纳米硅在能源领域应用较广。
在太阳能电池中，纳米硅可以作为光敏剂，通过光电转化将光能转化为电能。
同样在储能领域，纳米硅也可以作为超级电容器和锂离子电池等高性能电池的材料。
三、结论纳米技术是时下研究的热点之一，而纳米硅作为其中的一员，在不同领域拥有着广泛的应用前景。
本文对纳米硅制备和应用方面的研究进行了探讨，并简单介绍了纳米硅在生物医学、电子信息和能源材料等领域中的应用，但是纳米材料的研究需要付出大量的时间和金钱代价，因此我们也需要进行精益求精、保持谨慎的态度，更好地实现其应用价值。
等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺尾气危害性解析
在基 片上 沉积 出所 期望 的薄 膜 。图 １ Ｐ Ｃ Ｄ装 置 是 ＥＶ 的示 意 图 。其技 术 原理是 利用 低温 等离 子体做 能量
源 ，样 品置 于低气 压 下辉光 放 电的阴极上 ，利 用辉 光 放 电 （ 另加 发热 体 ） 样 品升温 到预 定 的温度 ， 或 使 然后 通入 适量 的反 应气 体 ，气 体经 一系 列 的化 学 反 应 和 等离 子体 反应 ，在 样 品表 面 形成 固态 薄膜 。
Ｔｈ ａ ｙ ｉ ｆＰｒ ｅ ｓ Ｅｘ ａ ｓ ｚ ｒ ｎ ｓ ｅＡｎ ｌｓ ｓ ｏ ｏｃ ｓ ｈ ｕ ｔＨａ ａ ｄ ｅ ｓ
ｆ ｍ Ｐａ ｍａＥ ｆ ｒ ｅ ｈ ｍｉ ｌ ａ ｏ ｅ ｏ ｉｏ Ｐ Ｃ Ｄ ｒ ｌｓ ｎｏ ｃ ｄＣ ｅ ｃ ｐ ｒ ｐ ｓｔ ｎ（ Ｅ Ｖ ） ｏ ａＶ Ｄ ｉ
廖 雪 江 ， 男 ， １ 年 ８ 月 生 ， 本 型 化 学 气 相 沉 积 装 置 不 意 图
１２ Ｐ Ｃ Ｄ工艺尾 气 成分 及 其对 人体 健康 的影 响 ． Ｅ Ｖ 在 将 Ｔ Ｏ玻 璃基 板 转 化 为薄 膜硅 玻 璃 的过 程 Ｃ 中 ，ＰＥＣＶＤ 设 备 同 时 通 入 氧 气 、 氢 气 、 甲烷 、 三 氟 化 氮 、 氩 、 氦 、 硅 烷 、磷 烷 、 三 甲 基 硼 等 气 体 。 其 中 ，氢 气 、 甲烷 、 甲 硅 烷 、 三 甲基 硼 均 为 高 度 易 燃 气 体 ，而氧 气 、三 氟 化 氮 为 强 氧 化 剂 。 上 述 气 体 混 合 易 形 成 爆 炸 性 混 合 气 体 。 因 此 ，严 格 控制上 述气 体 的 比例 使其 不 能够形 成爆 炸
Ｌａ Ｘ ｅａｇ ｉ ｕｊ ｎ ｏ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ｈｅｈ ｚ ｒ ｎｅ ｓａ ｏ ｅ ｔｖ ｅ ｎ ｏ ｒ ｃ ｓ ｘ ａ ｓ ｒ ＰＥＣＶ Ｄ ｓｅ ｐ ａｎ ｄ． ｔ ａ ｔ Ｔ ａ ａ ｄ ｓ ｎｄｐｒ ｔｃｉ ｅｍ ａ ｓｆ ｒｐ ｏ ｅ ｓｅ ｈ ｕ ｔ ｍ ｏ ｆ ｗａ ｘ ｌｉ ｅ
CVD工艺原理
CVD⼯艺原理第⼀章，薄膜⼯艺原理介绍在超⼤规模集成电路(ULSI)技术中，有很多沉积薄膜的⽅法，⼀般⽽⾔这些⽅法可以分类为两个不同的反应机构：化学⽓相沉积(Chemical vapor deposition，CVD) 和物理⽓相沉积(Physical vapor deposition，PVD),在此我们仅对化学⽓相沉积进⾏介绍。
化学⽓相沉积法(CVD)化学⽓相沉积法定义为化学⽓相反应物，经由化学反应，在基板表⾯形成⼀⾮挥发性的固态薄膜。
这是最常在半导体制程中使⽤的技术。
通常化学⽓相沉积法包含有下列五个步骤：1. 反应物传输到基板表⾯2. 吸附或化学吸附到基板表⾯3. 经基板表⾯催化起异质间的化学反应4. ⽓相⽣成物脱离基板表⾯5. ⽣成物传输离开基板表⾯在实际的应⽤中，化学反应后所⽣成的固态材料不仅在基板表⾯(或⾮常靠近)发⽣(即所謂的异质间反应)，也会在⽓相中反应(即所谓的同质反应)。
⽽异质间反应，是我们所想要的，因为这样的反应只会选择性在有加热的基板上发⽣，⽽且能⽣成品质好的薄膜。
相反的，同质反应就不是我们想要的，因为他们会形成欲沉积物质的⽓相颗粒，造成很差的粘附性及拥有很多的缺陷，且密度低的薄膜。
此外，如此的反应将会消耗掉很多的反应物⽽导致沉积速率的下降。
因此在化学⽓相沉积法的应⽤中，⼀项很重要的因素是异质间反应远⽐同质反应易于发⽣。
最常⽤的化学⽓相沉积法有常压化学⽓相沉积法(Atmospheric-pressure CVD，APCVD)、低压化学⽓相沉积法(Low-pressure CVD，LPCVD)和等离⼦增强化学⽓相沉积法(Plasma-enhanced CVD，PECVD)，⽽这三种化学⽓相沉积法的均有各⾃的优、缺点及应⽤的地⽅。
低压化学⽓相沉积法拥有很均匀的阶梯覆盖性、很好的組成成份和结构的控制、很⾼的沉积速率及输出量、及很低的制程成本。
再者低压化学⽓相沉积法並不需要载⼦⽓体，因此⼤⼤降低了颗粒污染源。
等离子体化学气相沉积技术
等离子体化学气相沉积技术newmaker1．技术内容及技术关键等离子体化学气相沉积技术原理是利用低温等离子体（非平衡等离子体）作能量源，工件置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使工件升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在工件表面形成固态薄膜。
它包括了化学气相沉积的一般技术，又有辉光放电的强化作用。
由于粒子间的碰撞，产生剧烈的气体电离，使反应气体受到活化。
同时发生阴极溅射效应，为沉积薄膜提供了清洁的活性高的表面。
因而整个沉积过程与仅有热激活的过程有显著不同。
这两方面的作用，在提高涂层结合力，降低沉积温度，加快反应速度诸方面都创造了有利条件。
等离子体化学气相沉积技术按等离子体能量源方式划分，有直流辉光放电、射频放电和微波等离子体放电等。
随着频率的增加，等离子体强化CVD过程的作用越明显，形成化合物的温度越低。
PCVD的工艺装置由沉积室、反应物输送系统、放电电源、真空系统及检测系统组成。
气源需用气体净化器除去水分和其它杂质，经调节装置得到所需要的流量，再与源物质同时被送入沉积室，在一定温度和等离子体激活等条件下，得到所需的产物，并沉积在工件或基片表面。
所以，PCVD工艺既包括等离子体物理过程，又包括等离子体化学反应过程。
PCVD工艺参数包括微观参数和宏观参数。
微观参数如电子能量、等离子体密度及分布函数、反应气体的离解度等。
宏观参数对于真空系统有，气体种类、配比、流量、压强、抽速等；对于基体来说有，沉积温度、相对位置、导电状态等；对于等离子体有，放电种类、频率、电极结构、输入功率、电流密度、离子温度等。
以上这些参数都是相互联系、相互影响的。
1.直流等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）DC-PCVD是利用高压直流负偏压（-1～-5kV），使低压反应气体发生辉光放电产生等离子体，等离子体在电场作用下轰击工件，并在工件表面沉积成膜。
直流等离子体比较简单，工件处于阴极电位，受其形状、大小的影响，使电场分布不均匀，在阴极附近压降最大，电场强度最高，正因为有这一特点，所以化学反应也集中在阴极工件表面，加强了沉积效率，避免了反应物质在器壁上的消耗。
等离子体增强化学气相沉积
等离子体增强化学气相沉积1、等离子体增强化学气相沉积的主要过程等离子体增强化学气相沉积（pecvd）技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术。
由于pecvd技术是通过应气体放电来制备薄膜的，有效地利用了非平衡等离子体的反应特征，从根本上改变了反应体系的能量供给方式。
一般说来,采用pecvd技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；最后，到达生长表面的各种初级和次级反应产物被吸附并与表面反应，伴随着气体分子的重新释放。
具体说来，基于辉光放电方法的pecvd技术，能够使得反应气体在外界电磁场的激励下实现电离形成等离子体。
在辉光放电的等离子体中，电子经外电场加速后，其动能通常可达10ev 左右，甚至更高，足以破坏反应气体分子的化学键，因此，通过高能电子和反应气体分子的非弹性碰撞，就会使气体分子电离（离化）或者使其分解，产生中性原子和分子生成物。
正离子受到离子层加速电场的加速与上电极碰撞，放置衬底的下电极附近也存在有一较小的离子层电场，所以衬底也受到某种程度的离子轰击。
因而分解产生的中性物依扩散到达管壁和衬底。
这些粒子和基团（这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团）在漂移和扩散的过程中，由于平均自由程很短，所以都会发生离子-分子反应和基团-分子反应等过程。
到达衬底并被吸附的化学活性物（主要是基团）的化学性质都很活泼，由它们之间的相互反应从而形成薄膜。
2、等离子体内的化学反应由于辉光放电过程中对反应气体的激励主要是电子碰撞，因此等离子体内的基元反应多种多样的，而且等离子体与固体表面的相互作用也非常复杂，这些都给pecvd技术制膜过程的机理研究增加了难度。
等离子体增强化学气相沉积原理1
CVD镀膜机自动化控制
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
CVD镀膜机自动化控制
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
质 量 流 量 控 制 器
质 量 流 量 控 制 器
质 量 流 量 控 制 器
传感执行机构
2
3
4
分布式DCS控制系统示意图
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
1
CVD镀膜机自动化控制
SB9
真空计
原系统电气原理图
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
CVD镀膜机自动化控制
问题
RF-500型CVD镀膜机原电气控制系统的开关量 控制是以继电器、交流接触器等电气元件为核心, 采用传统的控制方法,控制逻辑用硬件实现，结构 简单。 原系统的缺点是: 控制逻辑不能改变,不便于升级和优化,并且器 件长期工作后容易失效。 中间数据无法管理和存储
CVD镀膜机自动化控制
主回路-机械泵、主电源系统 主电源控制 加热控制 机械真空泵控制 进气阀、放气阀和真空计控制
三相四线 C B A QF G
KM1 FU SB2 SB1 KM1
KM2 KM1 SB4 SB3 KM2
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（MPCVD）技术制备高质量金刚石薄膜微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种制备高质量、高纯度金刚石薄膜的方法。
这种技术利用微波激发反应气体，在低压环境下形成等离子体，从而实现金刚石薄膜的沉积。
一、微波等离子化学气相沉积微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种先进的金刚石沉积技术。
它利用微波能量激发反应气体，产生等离子体，这些等离子体在微波的作用下，与衬底表面相互作用，形成金刚石薄膜。
MPCVD技术的优点在于它可以在较低的温度下实现金刚石薄膜的沉积，同时可以获得高质量、高纯度的金刚石薄膜。
此外，MPCVD技术还可以实现大面积、均匀的沉积，这使得它在工业应用中具有广泛的前景。
二、金刚石的制备在MPCVD技术中，金刚石的制备通常是在微波作用下进行的。
反应气体中的碳源和氢源在微波的作用下被激发为等离子体，这些等离子体中的碳原子在衬底表面沉积下来，形成金刚石薄膜。
在金刚石的制备过程中，反应气体的选择和流量控制是非常重要的。
通常使用的反应气体包括甲烷、丙烷、乙烯等碳氢化合物，以及氨气、氢气等气体。
这些气体的选择和流量控制直接影响金刚石薄膜的质量和性能。
三、MPCVD技术在金刚石制备中的应用MPCVD技术在金刚石制备中有着广泛的应用。
例如，可以利用MPCVD技术制备大尺寸、高质量的金刚石单晶，用于制造高精度、高效率的机械加工工具。
同时，还可以利用MPCVD技术制备厚度可控、均匀的金刚石薄膜，用于制造高效散热器件、高频电子器件等高技术产品。
四、结论综上所述，微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术在金刚石制备中具有广泛的应用前景。
该技术可以在较低的温度下实现高质量、高纯度金刚石薄膜的沉积，同时可以实现大面积、均匀的沉积。
这使得它在工业应用中具有广泛的前景，为制造高精度、高效率的机械加工工具和高频电子器件等高技术产品提供了新的途径。
然而，尽管MPCVD技术具有许多优点，但其在实际应用中仍存在一些挑战和问题。
PECVD沉积
ZnO
• 氧化锌基薄膜的研究进展迅速，材料性能 已可与ITO相比拟，结构为六方纤锌矿型。 其中铝掺杂的氧化锌薄膜研究较为广泛， 它的突出优势是原料易得，制造成本低廉， 无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳 定性好。预计会很快成为新型的光伏TCO 产品。目前主要存在的问题是工业化大面 积镀膜时的技术问题。
ITO
• ITO(IndiumTinOxide)镀膜玻璃是一种非常成熟 的产品，具有透过率高，膜层牢固，导电性好等 特点，初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着 光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必须具备提高 光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且 激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素，在自然界 中贮存量少，价格较高。ITO应用于太阳能电池时 在等离子体中不够稳定，因此目前ITO镀膜已非光 伏电池主流的电极玻璃。
• 有机金属化学气相沉积（metal organic chemical vapor deposition，MOCVD）
• 激光化学气相沉积（laser chemical vapor deposition，LCVD）
PECVD 定义
PECVD ：是借助微波或射频等使含有薄膜组 成原子的气体电离，在局部形成等离子体， 而等离子化学活性很强，很容易发生反应， 在基片上沉积出所期望的薄膜。
• (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。
TCO
• TCO（Transparent conducting oxide）玻璃，即透明 导电氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或 者化学镀膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄 膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多 元氧化物薄膜材料。
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PECVD
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD).
实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
优点：
基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。
缺点如下：
1.设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高；
2.涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害；
3.对小孔孔径内表面难以涂层等。
例子：在PECVD工艺中由于等离子体中高速运动的电子撞击到中性的反应气体分子，就会使中性反应气体分子变成碎片或处于激活的状态容易发生反应。
衬底温度通常保持在350℃左右就可以得到良好的SiOx或SiNx薄膜，可以作为集成电路最后的钝化保护层，提高集成电路的可靠性。
几种PECVD装置
图（a）是一种最简单的电感耦合产生等离子体的PECVD装置，可以在实验室中使用。
图（b）它是一种平行板结构装置。
衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。
图（c）是一种扩散炉内放置若干平行板、由电容式放电产生等离子体的PECVD装置。
它的设计主要为了配合工厂生产的需要，增加炉产量。