化学气相沉积分析

LOGO 二、化学气相沉积基本理论
1. CVD含义
2. CVD基本原理
CVD 是利用气态物质在固体表面进行化学SiH反Cl3H2 应,生成 固态沉积物的工艺过程。
最常见的化学气相沉积反应有:热分解反应、化学合成 反应和化学传输反应。举例如下：
① 热分解反应：
I. 氢化物分解 ,沉积硅
反应过程：
No
图2 碘封管化学输运生长晶体硒化锌单晶
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由上述分析，可以归纳出封管法的优点： I. 可降低来自外界的污染 II.不必连续抽气即可保持真空 III.原料转化率高
封官法也有其自身的局限性，有如下几点： I. 材料生长速率慢,不利于大批量生产 II.有时反应管只能使用一次,沉积成本较高 III.管内压力测定困难,具有一定的危险性
反应过程：Ti、 C Ti和 N A2 O l3
③化学传输反应
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主要用于稀有金属的提纯和单晶生长，如ZnSe单晶生长
反应过程：N b 3 G a 、 V 3 G a 、 N b 3 G a
3.CVD技术
CVD 技术分为开管气流法和封管气流法两种基本类型。 ①开管气流法
同时，反应器的类型多种多样，按照不同划分标准可 以有不同的类型： I.开管法的反应器分为三种，分别为水平式、立式和筒式 II.由反应过程的要求不同，反应器可分为单温区、双温区 和多温区
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②封管气流法
这种反应系统是把一定量的反应物和适当的基体分别 放在反应器的两端 ,管内抽真空后充入一定量的输运气体 , 然后密封 ,再将反应器置于双温区内 ,使反应管内形成一温 度梯度。
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物理气相沉积 在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料
气化成原子、分子，直接沉积基体表面上的方 法。
物理气相沉积主要包括真空蒸镀、溅射镀 膜、离子镀膜等。
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化学气相沉积 把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单
1.金属有机化学气相沉积技术 (Metalorganic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD) 2.等离子增强化学气相沉积 （Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition，简称PECVD） 3.激光化学气相沉积 (Laser Chemical Vapor Deposition，简称 LCVD)
以ZnSe为例进行说明该方法，其中涉及到的反应过程
3Si4C4Nl3H859000C0S3Ni41H2Cl
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ZnSe
2
1
H2 SiHCl3 2(AO3H7)3lC40C20A2O3l6C3H63H2O (a) 装料和封管 （b） 炉温分布和晶体生长
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II. 金属有机化合物分解 ,沉积
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反应过程: Nb3 Sn
III.羰基氯化物分解,沉积贵金属及其他过渡族金属
反应过程：
2As3 C 3 H l2 8 5 0 C 0 1 2A4 s6 HCl
②化学合成反应 主要用于绝缘膜的沉积，如沉积 GaAs1xPx
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4.真空化学气相沉积 (Ultraviolet High Void/Chemical Vapor Deposition，简称 UHV/ CVD)
5.低压化学气相沉积 (Low Press Chemical Vapor Deposition简称 LPCVD)
6.射频加热化学气相沉积 (Radio Frequency /Chemical Vapor Deposition ,简称 RF/ CVD)
7.紫外光能量辅助化学气相沉积 (Ultraviolet Void/ Chemical Vapor Deposition ,简称 UV/ CVD)
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质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上 的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方 法。
化学气相沉积法主要包括常压化学气相沉积 低压化学气相沉积和兼有CVD和PVD两者特点的
等 离子化学气相沉积等。
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如今，CVD 的趋向是向低温和高真空两个方 向发展，出现了新方法包括：
化学气相沉积分析
LOGO 化学气相沉积内容总览
➢ 气相沉积的分类、解释 ➢化学气相沉积的含义、基本原理、技术、生长
机制及制备材料的一般步骤 ➢化学气相沉积与无机材料的制备 ➢化学气相沉积的5种新技术 ➢化学气相沉积技术在其他领域的应用
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LOGO 一、气相沉积技术分类及解释
气相沉积
物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition，简称PVD）
化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition，简称 CVD)
气相沉积
一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利 用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积 单层或多层膜，从而使材料或制品获得所需的各 种优异性能。
特点是反应气体混合物能够连续补充,同时废弃的反应 产物不断排出沉积室。
其主要由双温区开启式电阻炉及控温设备、反应管、 载气净化及载带导入系统三大部分构成。
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以砷化镓的气相外延为例，说明开管法的工作流程 ，该例子涉及的化学反应：
Z
n
S e I2(g) T2 Z
1 n2I (g)2S
e 2(g)
Z
n
S e I2(g) T 1Z
1 n2I (g)2S
e 2(g)
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0CAsCl3 图1 砷化镓气相外延装置示意图 Your site here
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由上述分析，可以归纳出开管法的优点： I.式样容易放进和取出 II.同一装置可以反复多次使用 III.沉积条件易于控制，结果易于重现