等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃_英文_

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石英玻璃等离子化学气相沉积法制备工艺

石英玻璃等离子化学气相沉积法制备工艺

石英玻璃等离子化学气相沉积法制备工艺(武汉理工大学材料学院武汉430070 )摘要:本文研究开发了以高频等离子体作为热源,用化学气相沉积法合成高纯石英玻璃的实验装置。

液滴生长凝聚动力学的分析表明,等离子体化学气相沉积过程中的颗粒沉积过程分为三个阶段:化学反应阶段,成核阶段,粘附沉积阶段。

合成的石英玻璃光谱性能优越,羟基低,紫外透过率高,波长在188~3200nm之间的光透过率均在84%以上。

能够满足高技术领域对宽波段光透过材料的需求。

关键词:石英玻璃;等离子体化学气相沉积;紫外光学玻璃Research On Synthetic Silica Glass by PlasmaChemical Vapor DepositionHou wei(Wuhan University of Technology Institute of Materials ,Wuhan 430070,China )Abstract: High frequency plasma chemical vapor deposition(PCVD)was proved a good method as a clean ambience with high temperature thermal resource which used in synthesizing high pure silica glass.According to the growth and coacervation kinetics of the liquid drop, deposition of the particle was divided into three steps:chemical reaction, nucleation period, conglutinating and growing period.The high pure silica glass had the characters of low hydroxyl group (OH) content and spectrum transmission high optical homogeneity,with excellent spectral transmittance.Key words : silica glass,PVCD, plasma efficiency,ultraviolet learn glass1 背景介绍:单一组分玻璃,具有优越的物理、化学性能,高纯度、化学稳定、石英玻璃是Si02光谱透过波长宽、抗热冲击、耐高温变形、耐射线辐射、电绝缘等。

化学气相合成石英玻璃制造技术开发与生产方案(二)

化学气相合成石英玻璃制造技术开发与生产方案(二)

化学气相合成石英玻璃制造技术开发与生产方案一、实施背景随着科技的不断发展,高纯度、高质量的石英玻璃在光学、电子、航空等领域的需求日益增长。

传统石英玻璃制造方法主要包括高温熔融法和化学气相沉积法。

然而,高温熔融法在制备高纯度石英玻璃时,容易引入杂质,且生产过程能耗大。

化学气相沉积法虽然可以在相对较低的温度下制备石英玻璃,但反应过程难以控制,且容易生成不稳定的中间相。

因此,开发一种新型的化学气相合成石英玻璃制造技术,以提高产品质量、降低能耗并实现工业化生产,具有重要的实际意义。

二、工作原理本技术采用化学气相沉积法,通过控制反应参数,实现石英玻璃的低温合成。

主要原理是将SiCl4和O2作为原料,在高温下进行热解反应,生成SiO2颗粒。

这些颗粒在炉内悬浮生长,最终形成石英玻璃。

关键技术在于控制反应温度、压力和原料配比,以实现石英玻璃的优质、高效合成。

三、实施计划步骤设备准备:搭建化学气相沉积炉,包括炉体、加热器、压力控制系统、气体输送系统等。

原料准备:准备SiCl4和O2,并进行纯化处理,以确保原料的纯度。

实验操作:将SiCl4和O2按一定比例引入炉内,控制反应温度、压力和时间,进行化学气相沉积反应。

产品收集与处理:收集生成的SiO2颗粒,进行高温熔融处理,制备石英玻璃。

性能检测:对制备的石英玻璃进行物理性能(如透光性、硬度)和化学性能(如纯度)的检测。

四、适用范围本技术适用于光学、电子、航空等领域的高纯度、高质量石英玻璃的制备。

与传统方法相比,本技术具有能耗低、产品质量高、生产过程易于控制等优点。

五、创新要点采用化学气相沉积法合成石英玻璃,降低了生产过程中的能耗。

通过控制反应参数,实现了石英玻璃的高效、优质合成。

引入纯化处理技术,提高了原料的纯度,从而提高了产品的质量。

采用高温熔融处理技术,进一步提高了产品的物理和化学性能。

六、预期效果提高产品质量:通过控制反应参数和引入纯化处理技术,预计产品纯度可达到99.99%以上,同时透光性优良,硬度高。

等离子体增强化学气相沉积(一)2024

等离子体增强化学气相沉积(一)2024

等离子体增强化学气相沉积(一)引言概述:等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术是一种用于制备薄膜材料的重要方法。

通过在化学气相沉积过程中引入等离子体以增强反应活性,PECVD具有优异的控制性能和广泛的应用领域。

本文将介绍PECVD的原理、工艺条件、材料特性以及其在半导体、光电子、光伏等领域的应用。

一、PECVD技术原理1.等离子体的定义和性质2.化学气相沉积与PECVD的区别3.PECVD工艺的基本原理4.PECVD反应过程中的等离子体产生机制5.PECVD原理的研究进展二、PECVD的工艺条件1.反应器设计与选择2.沉积气体选择与流量控制3.沉积压力与温度的控制4.等离子体功率与频率的控制5.衬底表面准备与预处理三、PECVD材料特性1.薄膜厚度与均匀性2.表面质量与界面特性3.薄膜成分与化学组成4.电学性能与光学性能5.薄膜的结构与晶化性能四、PECVD在半导体领域的应用1.薄膜晶体硅的制备2.硅氮化薄膜的制备与应用3.高介电常数薄膜的制备与应用4.电子学器件的制备与优化5.半导体封装材料的制备与应用五、PECVD在其他领域的应用1.光电子材料的制备与应用2.光伏电池的制备与优化3.薄膜传感器的制备与应用4.生物材料的制备与表征5.其他领域中的PECVD应用总结:等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术具有广泛的应用领域和优异的控制性能。

通过引入等离子体,PECVD可以实现高质量薄膜材料的制备与优化,并在半导体、光电子、光伏和生物材料等领域发挥重要作用。

但是,该技术仍然面临一些挑战和问题,如等离子体的稳定性、控制性和薄膜的可伸缩性等。

未来的发展中,我们需要进一步研究PECVD的机理,探索新的工艺条件和材料特性,以实现更广泛的应用和性能优化。

高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD) 工艺

高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD) 工艺

高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD)工艺随着半导体技术的飞速发展,单个芯片上所能承载的晶体管数量以惊人的速度增长,与此同时,半导体制造商们出于节约成本的需要迫切地希望单个晶圆上能够容纳更多的芯片。

这种趋势推动了半导体器件特征尺寸的显著减小,相应地也对芯片制造工艺提出了更高的要求,其中一个具有挑战性的难题就是绝缘介质在各个薄膜层之间均匀无孔的填充,以提供充分有效的隔离保护,包括浅槽隔离(Shallow-Trench-Isolation),金属前绝缘层(Pre-Metal-Dielectric),金属层间绝缘层(Inter-Metal-Dielectric)等等。

本文所介绍的高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD)工艺自20世纪90年代中期开始被先进的芯片工厂采用以来,以其卓越的填孔能力、稳定的淀积质量、可靠的电学特性等诸多优点而迅速成为0.25微米以下先进工艺的主流。

图1所示即为在超大规模集成电路中HDP CVD工艺的典型应用。

图1 HDP CVD工艺在超大规模集成电路中的典型应用1. HDP CVD的工艺原理在HDP CVD工艺问世之前,大多数芯片厂普遍采用等离子体增强化学气相沉积(PE CVD)进行绝缘介质的填充。

这种工艺对于大于0.8微米的间隔具有良好的填孔效果,然而对于小于0.8微米的间隔,用PE CVD工艺一步填充具有高的深宽比(定义为间隙的深度和宽度的比值)的间隔时会在间隔中部产生夹断(pinch-off)和空洞(图2)。

图2 PE CVD工艺填孔中产生的夹断和空洞为了解决这一难题,淀积-刻蚀-淀积工艺被用以填充0.5微米至0.8微米的间隙,也就是说,在初始淀积完成部分填孔尚未发生夹断时紧跟着进行刻蚀工艺以重新打开间隙入口,之后再次淀积以完成对整个间隙的填充。

图3即为淀积-刻蚀-淀积工艺流程的示意图。

随着半导体器件特征尺寸的不断减小,这种淀积-刻蚀-淀积的工艺流程被循环使用以满足填充更小间隙的要求。

等离子体增强化学气相沉积法

等离子体增强化学气相沉积法

PECVDPECVD ( 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。

特种玻璃》专业英文词汇

特种玻璃》专业英文词汇

91,耐磨性 92,高强度复合材料 93,热处理 94,粘度 95,应力消除 96,键能 97,稀土元素 98,坩埚 99,失透,反玻璃化 100,熔融状,玻璃状的
wearability high strength composite heat treatment viscosity stress release bond energy rare-earth element crucible devitrification vitreous
21,石英玻璃 22,多孔玻璃 23,烧结玻璃 24,泡沫玻璃 25,钢化玻璃 26,玻璃熔制 27,硅酸盐 28,磷酸盐 29,硼酸盐 30,铝酸盐
vitreous silica porous glass sintered glass foam glass tempered glass glass melting silicate phosphate borate aluminate
11,硫属玻璃 chalcogenide glass 12,光敏(感光)玻璃 photosensitive glass 13,特殊功能玻璃 specific function glass 14,超低膨胀微晶玻璃 extra low expansion glass-ceramic 15,非晶态(无定形态) amorphous state 16,化学气相沉积 chemical vapor deposition (CVD) 17,物理气相沉积 physical vapor deposition (PVD) 18,基板,基底 substrate 19,幅照 irradiation 20,离子导电 ionic conduction
41,离子扩散 42,磁控溅射 43,溶胶凝胶法 44,偏振光 45,非线性光学材料 46,窑炉 47,云母 48,胶粒,胶态离子 49,折射率 50,色散

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜3胡海天 邬钦崇(中国科学院等离子体物理研究所,合肥 230031)盛 奕 建(中国科学技术大学无线电电子学系,合肥 230026)摘 要 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是制备金刚石膜的一个重要方法,能制备出表面光滑平整的大面积均匀金刚石膜.文章概述了MPCVD制备金刚石膜的情况,介绍了MPCVD制备金刚石膜装置的典型类型及其特点.在国内研制成功天线耦合石英钟罩式MPCVD制备金刚石膜装置,并在硅片上沉积出大面积均匀的优质金刚石膜.这种MPCVD装置对金刚石膜的开发应用具有重要意义.关键词 微波等离子体,化学气相沉积,金刚石膜Abstract Microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD)is an important method for diamond film preparation and the diamond films which have excellent surface flatness and large2scale uniformity.The typical types and features of MPCVD set2ups for preparing diamond films are described.An antenna coupled quartz immersion bell MPCVD set2up has been developed in china for the first time and excellent diamond films of large2 scale uniformity have been deposited on silicon wafers.K ey w ords microwave plasma,chemical vapor deposition,diamond film1 引言金刚石具有很多优异性能,如高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、载流子的高迁移率以及良好的化学稳定性等[1],因此金刚石膜在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景.近年来,在低气压和低温度下沉积金刚石膜已越来越受到人们的重视.热丝法、等离子体炬法、微波等离子体法和燃烧火焰法等被用来制备金刚石膜.这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长.这就是化学气相沉积(CVD)过程.微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)有许多特点:无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽;能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等.所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.美国ASTEX公司在1992年已经有MPCVD制备金刚石膜的商品装置(微波功率1.5kW和5kW)和全透明金刚石膜商品.West2 inghouse电气公司用MPCVD法在ZnS或ZnSe等高速航空器的红外传感器窗口表面沉积高质量的金刚石膜光学表面来防止雨、灰尘和风沙的侵蚀.他们在1991年已经制出直径为40mm的窗口.Crystallume公司在1990年用MPCVD法沉积金刚石膜,开发出直径为6mm、可经受105Pa的大气压差、可透过低能X 射线的窗口.这种窗口可探测到原子序数为5的B的低能X射线,从而可以取代只能通过原子序数为11的Na的X射线的Be窗.他们还3 1995年12月14日收到.在开发可用于集成电路的X射线光刻的更大直径的X射线窗.该公司在1993年开发了一个专利工艺.他们用MPCVD法在WC-6wt%Co的硬质合金刀具上沉积了有很好粘附性的金刚石膜,用于含高硅的铝合金工件的加工.Norton公司与Wavemat公司一起发展了一种MPCVD沉积金刚石膜装置和工艺,用来镀复杂曲面.他们沉积的金刚石膜具有良好的微观结构和与基体的粘附性.还有不少报道用MPCVD法实现了金刚石膜的同质和异质外延生长.很多研究者都认为MPCVD法是制备电子学应用的金刚石膜的最适当的方法[2].这些商业上的应用和高技术研究已充分表明MPCVD法是制备金刚石膜的一个重要方法,有巨大的商业应用前景.2 微波等离子体CVD法制备金刚石膜的装置类型和特点MPCVD装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分.微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表.微波频率通常选用工业用加热频段的2.45GHz.真空系统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器)组成.供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成.这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD装置和其他用途的实验装置中.等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等.不同类型的MPCVD装置的区别在于等离子体反应室形式的不同.从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式.从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.目前最常用、最简单也是最早出现的装置是表面波耦合石英管式装置.它是由石英管在微波矩形波导的强电场区垂直穿过宽边构成,如图1所示.石英钟罩式有两类:直接耦合式,如美国Califonia大学的钟罩式MPCVD装置;天线耦合式,如美国Pennsylvania州立大学的钟罩式MPCVD装置和美国Michigan州立大学的MPDR(microwave plasma dish reactor)装置.带有微波窗的金属腔体式亦有两类:直接耦合式,如澳大利亚Sydney大学的不锈钢圆筒腔式MPCVD装置,图2为此类装置的示意图;天线耦合式,如ASTEX公司商售的HPMS等离子体沉积系统和英国Heriot-Watt大学的U HV 反应室沉积系统等.这些MPCVD装置都是专为制备金刚石膜而设计和建立的.典型的沉积条件为气压1.3×103—10.7×103Pa,基片温度500—900℃,气源为氢气中混入0.1%—5.0%的含碳气体.这时输入2.45GHz的微波,则可以在与反应室器壁不相接触的有限区域中产生等离子体,并在与等离子体相接触的基片上沉积出金刚石膜.用这种方法可以制备出没有器壁物质污染的纯净的金刚石膜.图1 石英管式装置示意图图2 带微波窗的金属腔体式装置示意图微波在满足电子回旋共振条件的磁场(2.45GHz时为875G)和真空条件(10-3—10-1 Pa)下会放电产生微波电子回旋共振(ECR)等离子体.这种等离子体在各种薄膜工艺中已有广泛的应用.当气压较高或磁场较弱时,则产生磁增强微波等离子体.日本Osaka大学、美国Cincinnati大学、Argonne国家实验室、海军研究实验室等已经用微波ECR等离子体或磁增强微波等离子体来沉积大面积高质量金刚石膜.其特点是生长速率较低,但能在较低温度下形成晶粒细、表面均匀光滑的纯净的金刚石膜.3 天线耦合石英钟罩式微波等离子体CVD装置的研制虽然表面波耦合石英管式MPCVD装置是最简单、最早出现而且现在仍是最广泛应用的微波等离子体沉积金刚石膜实验装置,但由于受到微波传输的截止波长的限制,石英放电管的直径一般不超过50mm,因此沉积的金刚石膜尺寸一般小于直径30mm.同时由于受到微波与等离子体耦合方式的限制,石英放电管内难以产生较大范围的均匀等离子体,因此难以实现较大面积均匀的金刚石膜沉积.所以此类装置只能作为实验研究装置,很难在制备大面积均匀金刚石膜的高技术应用中发挥作用.虽然国外已发展了各种类型的MPCVD装置,从而制备大面积均匀的金刚石膜以应用于研究和商业开发,但在国内由于科研投入较少和其他条件的限制,进展不大.中国科学院等离子体物理研究所从1991年起承担863计划材料领域项目,自行研制MPCVD制备金刚石膜装置,并于1993年底在国内研制成功天线耦合石英钟罩式MPCVD装置,图3为装置示意图.该装置的微波系统包括800W微波功率源、环行器、水负载、三探针微波反射测量系统、三螺钉匹配调节器和耦合天线.我们自行研制成功的三探针微波反射测量系统不仅可以用来测量微波传输线中的复反射系数,而且可以测量等离子体负载的微波阻抗,进而获得等离子体内部参数变化的信息.等离子体反应室由内径122mm的多孔圆柱形微波腔及内径为112mm的真空石英钟罩、直径80mm 的石英基片台、矩形80mm×37mm的基片装卸摇门等组成.由2XZ-4型机械泵、挡油阱、流导调节阀及真空计等组成真空系统.图3 石英钟罩式装置示意图通入H2和CH4,在一定的气压范围与微波输入功率条件下,在基片台上方形成轴对称的椭球状等离子体.等离子体球的半径随微波入射功率的增大而增大,随气压的升高而减小.调节气压、微波功率、耦合天线的长度、基片台的位置、气体组分等,可以形成与器壁不接触而只与基片台上基片相接触的有一定大小的等离子体球,从而实现大面积金刚石膜的沉积.4 金刚石膜的沉积应用该天线耦合石英钟罩式MPCVD装置,在微波功率600W、H2流量407SCCM、CH4含量1.4%、气压6400Pa、基片温度830℃的条件下在Si基片上沉积出金刚石膜.XRD测量表明确为金刚石的晶体结构.SEM观察表明晶粒大小约为2—4μm,横断面SEM观察测得膜厚为13.5μm.膜中心部位和距中心20mm的边缘部位的Raman谱十分相似,在1332cm-1处有一强峰,在1550cm-1处只有一个宽的很弱的峰.膜的平均生长速率为0.6μm/h.这表明沉积的膜是大面积均匀的优质金刚石膜[3].多次实验都证明该装置可以沉积出大面积均匀的优质金刚石膜,它填补了国内空白.经过一年多的实验运行,表明这种天线耦合石英钟罩MPCVD 装置性能稳定,可以作为一种换代式设备,逐步取代国内目前还在广泛使用的表面波耦合石英管式MPCVD沉积金刚石膜装置.按照国家863计划任务要求,天线耦合带有微波窗的不锈钢反应沉积室式MPCVD制备金刚石膜装置的研制正在进行中.5 结论MPCVD法是制备优质金刚石膜的重要方法.为实现大面积金刚石膜的沉积需要精心设计微波与等离子体的耦合方式和反应沉积室中微波与等离子体的分布.用研制成功的天线耦合石英钟罩式MPCVD装置能制备大面积均匀的优质金刚石膜.该装置可作为换代设备来逐步取代表面波耦合石英管式MPCVD制备金刚石膜装置.参 考 文 献[1] K.E.Sperar,J.A m.Ceram.Soc.,72(1989),171.[2] G.S.G ildenblat et al.,Proc.I EEE,79(1991),647.[3] 王建军等,高技术通讯,No.11(1994),14.低能扫描电子显微术的进展3廖 乾 初(冶金工业部钢铁研究总院,北京 100081)摘 要 工作电压低于5kV的扫描电镜分析技术称为低能扫描电子显微术,它是场发射扫描电镜仪器及其应用技术的发展方向之一.文中综述了这种分析技术的近年发展概况,阐明了它的物理基础和有关仪器技术的进展,并概述了它在各种应用中所推荐的工作电压及其开拓新应用领域的前景.关键词 场发射扫描电镜,低能扫描电子显微术,物理基础,应用前景 扫描电子显微术是以光栅状扫描方式的电子束作为微束激发源,利用入射电子和试样相互作用所产生的同表面物质有关的各种信息,从而研究试样表面的微观形态、成分和结晶学性质的一种分析技术.其所用的仪器称为扫描电镜,常用的工作电压为20—30kV.在扫描电子显微术的发展过程中,曾从两方面去努力:(1)发展工作电压高于40kV的扫描电子显微术;(2)发展工作电压低于5kV的扫描电子显微术.由于40kV以上的扫描电子显微术未能开拓出新的应用领域,因此在这方面没有得到发展.低于5kV的扫描电子显微术简称为低能扫描电子显微术,从原理上它有以下优越性:(1)可以防止或减轻非导体试样的表面充电;(2)可以避免表面敏感试样(包括生物试样)的高能电子的辐照损伤;(3)可兼作显微分析和极表面分析;(4)入射电子与物质相互作用所产生的二次电子发射强度是随着工作电压的降低而增加,且对被分析试样的表面状态和温度更敏3 1996年2月17日收到初稿,1996年4月8日收到修改 稿.。

PECVD沉积

PECVD沉积

TCO镀膜玻璃的特性及种类
• 在太阳能电池中,晶体硅片类电池的电极是焊接 在硅片表面的导线,前盖板玻璃仅需达到高透光 率就可以了。薄膜太阳能电池是在玻璃表面的导 电薄膜上镀制p-i-n半导体膜,再镀制背电极。
• 透明导电氧化物的镀膜原料和工艺很多,通过科 学研究进行不断的筛选,目前主要有以下三种 TCO玻璃与光伏电池的性能要求相匹配。
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。
PECVD的特点
PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工 艺的低温化(<450℃)。因此带来的好处:
➢节省能源,降低成本 ➢提高产能 ➢减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减
PVD定义
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。
• TCO玻璃首先被应用于平板显示器中,现在ITO类型 的导电玻璃仍是平板显示器行业的主流玻璃电极产品。 近几年,晶体硅价格的上涨极大地推动了薄膜太阳能 电池的发展,目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场份 额已超过10%,光伏用TCO玻璃作为电池前电极的必 要构件,市场需求迅速增长,成为了一个炙手可热的 高科技镀膜玻璃产品。
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朱洪波等:矿渣粉、高钙灰及其改性材料对水泥早期水化进程的影响· 531 ·第36卷第4期等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃宋学富1,孙元成2,钟海2,王宏杰2,顾真安2(1. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150001;2. 中国建筑材料科学研究总院,北京 100024)摘要:用高频等离子体作为热源,采用化学气相沉积法合成了石英玻璃样品。

实验分别使用O2和空气作为等离子体电离气体和冷却保护气体,改变等离子体电离工作气体种类时,等离子体火焰长度和石英玻璃沉积温度变化较大,而灯具冷却保护气体的改变对等离子火焰长度和石英玻璃沉积温度的影响不大。

当等离子体电离气体和灯具保护气体均为O2时,等离子体火焰长度为12cm,石英基体温度为1300℃,当等离子体电离气体和灯具保护气体均为空气时,等离子体火焰长度可达24cm,石英基体温度升高到1840℃,可确保气相沉积过程进行,合成的石英玻璃在波长190nm处光透过率达84%,羟基含量3.5×10–6,可达到全光谱透过的要求。

关键词:等离子火焰;化学气相沉积;石英玻璃中图分类号:TQ171;O643 文献标识码:A 文章编号:0454–5648(2008)04–0531–04SYNTHESIS OF SILICA GLASS BY PLASMA CHEMICAL V APOR DEPOSITION METHODSONG Xuefu1,SUN Yuancheng2,ZHONG Hai2,WANG Hongjie2,GU Zhen’an2(1. School of Material Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001;2. China Building Materials Academy, Beijing 100024, China)Abstract: Silica glass was synthesized by plasma chemical vapor deposition method, which uses inductively coupled plasma as the heat source. Air and oxygen were separately used as ionized gas and protecting gas. The influence of ionized gases on the length of plasma flame and the temperature of substrate is more significant than that of the protecting gases. A length of 24cm plasma flame and a deposition temperature of 1300℃were obtained when oxygen was used as both ionized gases and protecting gases, but in the case of air, the length of plasma flame was 24cm and the deposition temperature was 1840℃. Both of the longer plasma flame and the higher deposition temperature offered a good condition to deposit high quality silica glass. The silica glass has 84% transmittance at a wavelength of 190nm and 3.5 10–6 of the hydroxyl group, which is the glass of full-spectrum transmittance.Key words: plasma flame; chemical vapor deposition; silica glassSilica glass has the low thermal expansion coefficient, low conductivity, good thermal shock resistance, corro-sion resistance and excellent spectrum transmittance, because of the high bond energy and compactness of the network structure. Thus it has become the fundamental material of the high-tech field and has been widely used in optics, photoelectrons and dielectric materials.[1–2] Higher properties of silica glass are required with the development of space technology, and the silica glass prepared by common chemical vapor deposition (CVD) method does not meet these requirements, because it contains a large quantity of hydroxy groups. Recently, the plasma chemical vapor deposition (PCVD) method has been widely used to prepare optical fiber, nanomaterials and thin films, and in heat treatment of materials.[3–4] The cleanliness of its heat source ensures the purity of materials and avoids secondary pollutant. In this paper, silica glass was synthesized by PCVD.1 Experimental procedureA high frequency current was obtained by a modified收稿日期:2007–10–01。

修改稿收到日期:2008–01–30。

第一作者:宋学富(1978—),男,博士研究生。

通讯作者:顾真安(1936—),男,中国工程院院士。

Received date:2007–10–01. Approved date: 2008–01–30.First author: SONG Xuefu (1978–), male, postgraduate student for doctor degree.E-mail: songxuefu@Correspondent author: GU Zhen’an (1936–), male, academician of theChinese Academy of Engineering.E-mail: guzha@第36卷第4期2008年4月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 36,No. 4April,2008硅 酸 盐 学 报· 532 ·2008年oscillator coupled with gas in the burner by a water- cooled copper induction coil. The gas was ionized and generated a plasma torch,[5–7] which was used to heat the silica substrate. Gaseous SiCl 4 was ejected into the flame carried by the carrier gas, and the chemical reaction took place as follows:SiCl 4+O 2=SiO 2+2Cl 2 (1) The reaction product, SiO 2, was deposited onto the silica substrate and silica glass was prepared. The ex-perimental facility is shown in Fig.1.Fig.1 Experimental equipment schematic of PCVDpreparation silica glassDifferent kinds of gas were used respectively as working gases 1 and 2, and the influence of gas on the plasma flame was analyzed. Working gases 1 and 2 were O 2 and O 2, O 2 and air, air and O 2, and air and air, respec-tively. The length of flame and the substrate temperature were both measured under the above conditions. The gases were controlled by a glass rotameter, and the gas-flow rates of working gases 1 and 2 were 5 m 3/h and 9 m 3/h separately. During temperature measurement, the silica substrate was 80 mm away from the induction coil, meanwhile, the flow of SiCl 4 was turned off and the input power of the plasma generator was 100 kw. Silica glass 1 was synthesized using O 2 as working gases 1 and 2 for 15 h, and silica glass 2 was synthesized using air as working gases 1 and 2 for 19 h. The transmittance prop-erty of the prepared silica glass was tested by a UV3101- PC UV-Visible-IR spectrophotometer.2 Results and discussion2.1 Influence of working gasIn this experiment, the induction coil received energy from the oscillator and generated a high frequency elec-tromagnetic field, which ionized the gas in the burner. Finally inductively coupled plasma was obtained. Plasma generated by different gases under the same conditions had different properties as a result of the different ioniza-tion energy. The length of the plasma torch changed when changing working gases 1 and 2, because the place andflow state of them were different. The length of the plasma flame and temperature of the silica glass substratewere measured and shown in Figs.2 and 3.Fig.2Length of plasma flame with different working gasesFig.3 Temperature of silica substrates with different workinggases宋学富 等:等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃· 533 ·第36卷第4期According to Fig.2, the flame length of experiments was 12–24 cm. The influence of working gas 2 on flame length was slight compared with working gas 1, and the flame length was the longest when working gas 1 and 2 were both air. The variation of plasma flame indicates the different degree of ionization. Air is a mixed gas. Besides its main gases N 2 and O 2, there are other trace gases. The first ionization energies of these gases are shown in Table 1. The dewpoint of air and O 2 is –67 ℃, so the influences of water is the same. The first ionization energy of O 2 was lower than Ar, and the length of the Ar plasma flame was longer than the O 2 plasma flame. So it is not accurate to judge the discharge ability of gas in plasma according to the first ionization energy alone. This is because dia-tomic molecules will break up into atoms before ioniza-tion and absorb energy. In air plasma flames, the raregases, which are monoatomic molecules, will be ionized first, and the electrons generated will collide with other molecules, and then more gas molecules will be ionized. As a result, when gas was used as both working gases 1 and 2, the degree of ionization was the highest and the plasma flame was the longest. Working gas 1 mainly per-formed as ionization gas, while working gas 2 took the function of cooling the burner and kept it from being fused. So the influence of working gas 1 on the plasma flame was greater than that of working gas 2. The surface temperature of silica glass substrate rose from 1 300 ℃ to 1 840 ℃ when the working gases were changed from O 2 to air, which ensured good condition for vapor deposi-tion.Table 1 First ionization energies of gas-phase molecules in airGas Ar H 2O He N 2O 2 CO CO 2 Xe Ne Kr RnFirst ionization energy/eV 15.75 11.35 24.59 15.05 12.07 14.01 13.77 12.13 21.56 14.00 10.752.2 Spectrum analysisThe appearances of silica glasses 1 and 2 are shown in Fig.4. Silica glass 1 was deposited at a lower temperature, and the reaction product SiO 2 could not be deposited onto the substrate uniformly and form high quality silica glass,so only subtransparent glass was prepared. Silica glass 2Fig.4 Appearance of silica glasseswas deposited at a higher temperature, and SiO 2 could be deposited onto the substrate in a fused state, so transpar-ent silica glass of high quality was obtained. The spectra transmittance curves of silica glass 2 are shown in Fig.5. According to Fig.5, the transmittance of light with a wavelength of 190nm was 84%(Fig.5(a)). And there wasFig.5 Spectra transmittance curves of silica glass硅 酸 盐 学 报· 534 ·2008年an absorption peak at a wavelength of 2 730 nm(Fig.5(b)), which took place due to the vibration of O —H radicals in the structure network, and its content can be calculated as follow:0196.5lg I C d I ⎛⎞=⎜⎟⎝⎠ (2)Where, C is the content of hydroxyl group content; d is the thickness of the silica glass sample;0I is the distance from the base line at 2 730 nm to the zero line;I is the distance from the peak at 2 730 nm to the zero line.According to Formula(2), the hydroxyl group content was 3.5×10–6, which meets the requirements for full- spectrum transmittance.3 Conclusions(1) The plasma torch length reached 24cm and the silica glass substrate temperature was 1 840 ℃with air used as working gases 1 and 2. In these conditions, the vapor deposition proceeded well and silica glass with high quality was prepared.(2) Using air as both working gases, the deposited sil-ica glass has a transmittance of 84% at 190 nm wave-length light, and the hydroxyl group content is 3.5×10–6, which meets the requirements of space technology.References:[1] WEN Guangwu, LEI Tingquan, ZHOU Yu. Progress in research onfused silica matrix composites [J]. J Mater Eng, 2002, 1: 40–43. [2] XUE Siwen, PROULX Pierre, BOULOS M I. Effect of the coil anglein an inductively coupled plasma torch: a novel tow-dimensional model [J]. Plasma Chem Plasma Process, 2003, 23(2): 245–263. [3] TSANTILIS S, BRIESEN H, -PRA TSINIS.S.E.Sintering time for silicaparticle growth.Aerosol Sci and Tech [J]. 2001, 34: 237–246.[4] CANNAS M, COSTA S, BOSCAINO R, et al. Post UV irradiationannealing of E’ centers in silica controlled by H 2 diffusion [J]. J Non- Crystal Solids, 2004, 337(1): 9–14.[5] WANG Yufen, ZHONG Hai, SONG Xuefu, et al. 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