化学气相沉积.ppt分析
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化学气相沉积 PPT
一、化学气相沉积的原理
化学气相沉积反应的物质源
1、气态物质源
如H2、N2、CH4、O2、SiH4等。这种物质源对CVD工艺技术最为方 便 ，涂层设备系统比较简单，对获得高质量涂层成分和组织十分有 利。
2、液态物质源
此物质源分两种：（1）该液态物质的蒸汽压在相当高的温度下 也很低，必须加入另一种物质与之反应生成气态物质送入沉积室，才 能参加沉积反应。(2)该液态物质源在室温或稍高一点的温度就能得 到较高的蒸汽压，满足沉积工艺技术的要求。如：TiCl4、CH3CN、 SiCl4、VCl4、BCl3。
要保证各个基体物件都能够得到充足的反应气体。（3）
生成的附加产物能够迅速离开基体表面。这样就能使
每一个基体和同一个基体各个部分的涂层厚度和性能
均匀一致。
卧式开管CVD装置
特点：具有高的生产能力，但沿气流方向存 在气体浓度、膜厚分布不均匀性问题。
立式CVD装置
特点： 膜厚均匀性好， 但不易获得高 的生产力。
视不同反应温度， 选择不同的加热方式 要领是对基片局部加热
二、化学气相沉积的工艺方法
• 3、沉积室及结构
•
沉积室有立式和卧式两种形式。设计沉积
室时首先考虑沉积室形式、制造沉积室材料、沉积室
有效容积和盛料混气结构。
•
一个好的沉积室结构在保证产量的同时还
应做到：（1）各组分气体在沉积室内均匀混合。（2）
1300～1400℃
ZrI4(g)
二、化学气相沉积的工艺方法
不同的涂层，其工艺方法一般不相同。但他们有一些共性，即每一 个CVD系统都必须具备如下功能： ①将反应气体及其稀释剂通入反应器，并能进行测量和调节； ②能为反应部位提供热量，并通过自动系统将热量反馈至加热源， 以控制涂覆温度。 ③将沉积区域内的副产品气体抽走，并能安全处理。 此外，要得到高质量的CVD膜，CVD工艺必须严格控制好几个主要参 量： ①反应器内的温度。 ②进入反应器的气体或蒸气的量与成分。 ③保温时间及气体流速。 ④低压CVD必须控制压强。
化学气相沉积法PPT课件
CVD不同于PVD，PVD是利用蒸镀材料或溅射材料来制备 薄膜的。
CVD法是一种化学反应法，应用非常广泛，可制备多种物 质的薄膜，如单晶、多晶或非晶态无机薄膜，金刚石薄膜， 高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能的薄膜。
2020/10/13
3
化学气相沉积薄膜的特点：
• 由于CVD法是利用各种气体反应来组成薄膜，所以可 以任意控制薄膜的组成，从而制得许多新的膜材。
化学气相沉积法
2020/10/13
姓名：尤凤霞 08材成
1
• 一.化学气相沉积的概念 • 二.化学气相沉积薄模的特点 • 三.化学气相沉积的分类 • 四.化学气相沉积的基本工艺流程 • 五.化学气相沉积的工艺方法
2020/10/13
2
ห้องสมุดไป่ตู้ 化学气相沉积的概念:
化学气相沉积（英文：Chemical Vapor Deposition，简称 CVD）是通过气相物质的化学反应的基材表面上沉积固态薄 膜的一种工艺方法。是一种用来产生纯度高、性能好的固 态材料的化学技术。各种化学反应，如分解、化合、还原、 置换等都可以用来沉积于基片的固体薄膜，而反应多余物 （气体）可以从反应室排出。
1.气溶胶辅助气相沉积 (AACVD)：使用液体/气体的气溶胶的 前驱物成长在基底上，成长速非常快。此种技术适合使用 非挥发的前驱物。
2.直接液体注入化学气相沉积 (DLICVD)：使用液体 (液体或固 体溶解在合适的溶液中) 形式的前驱物。
等离子技术分类
20203/1.0/微13 波等离子辅助化学气相沉积, (MPCVD)
6
4.等离子增强化学气相沉积 (PlECVD)：利用等离 子增加前驱物的反应速率。PECVD技术允在低 温的环境下成长，这是半导体制造中广泛使用 PECVD的最重要原因。
CVD法是一种化学反应法，应用非常广泛，可制备多种物 质的薄膜，如单晶、多晶或非晶态无机薄膜，金刚石薄膜， 高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能的薄膜。
2020/10/13
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化学气相沉积薄膜的特点：
• 由于CVD法是利用各种气体反应来组成薄膜，所以可 以任意控制薄膜的组成，从而制得许多新的膜材。
化学气相沉积法
2020/10/13
姓名：尤凤霞 08材成
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• 一.化学气相沉积的概念 • 二.化学气相沉积薄模的特点 • 三.化学气相沉积的分类 • 四.化学气相沉积的基本工艺流程 • 五.化学气相沉积的工艺方法
2020/10/13
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ห้องสมุดไป่ตู้ 化学气相沉积的概念:
化学气相沉积（英文：Chemical Vapor Deposition，简称 CVD）是通过气相物质的化学反应的基材表面上沉积固态薄 膜的一种工艺方法。是一种用来产生纯度高、性能好的固 态材料的化学技术。各种化学反应，如分解、化合、还原、 置换等都可以用来沉积于基片的固体薄膜，而反应多余物 （气体）可以从反应室排出。
1.气溶胶辅助气相沉积 (AACVD)：使用液体/气体的气溶胶的 前驱物成长在基底上，成长速非常快。此种技术适合使用 非挥发的前驱物。
2.直接液体注入化学气相沉积 (DLICVD)：使用液体 (液体或固 体溶解在合适的溶液中) 形式的前驱物。
等离子技术分类
20203/1.0/微13 波等离子辅助化学气相沉积, (MPCVD)
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4.等离子增强化学气相沉积 (PlECVD)：利用等离 子增加前驱物的反应速率。PECVD技术允在低 温的环境下成长，这是半导体制造中广泛使用 PECVD的最重要原因。
化学气相沉积法ppt课件
MOCVD是常规CVD技术的发展，它用容易分 解的金属有机化合物作初始反应物，因此沉积 温度较低。
优点：可以在热敏感的基体上进行沉积；
缺点：沉积速率低，晶体缺陷密度高，膜中杂质 多。
原料输送要求：把欲沉积膜层的一种或几种组分 以金属烷基化合物的形式输送到反应区，其他 的组分可以氢化物的形式输送。
精选ppt
(A)CVD的原理
CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。
基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。
图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析出 过程可以理解如下：
精选ppt
7
⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。
⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。
⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。
⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
精选ppt
8
（2）CVD的方法
LCVD技术的优点：沉积过程中不直接加热整块 基板，可按需要进行沉积，空间选择性好，甚 至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内；避 免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速度
比2
(D)超声波化学气相沉积(UWCVD)
定义：是利用超声波作为CVD过程中能源的一种 新工艺。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
精选ppt
14
(C)CVD的流程与装置
优点：可以在热敏感的基体上进行沉积；
缺点：沉积速率低，晶体缺陷密度高，膜中杂质 多。
原料输送要求：把欲沉积膜层的一种或几种组分 以金属烷基化合物的形式输送到反应区，其他 的组分可以氢化物的形式输送。
精选ppt
(A)CVD的原理
CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。
基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。
图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析出 过程可以理解如下：
精选ppt
7
⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。
⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。
⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。
⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
精选ppt
8
（2）CVD的方法
LCVD技术的优点：沉积过程中不直接加热整块 基板，可按需要进行沉积，空间选择性好，甚 至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内；避 免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速度
比2
(D)超声波化学气相沉积(UWCVD)
定义：是利用超声波作为CVD过程中能源的一种 新工艺。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
精选ppt
14
(C)CVD的流程与装置
化学气相沉积(CVD)PPT演示课件
growth of Si films.（歧化反应）
16
6）可逆输运
采用氯化物工艺沉积GaAs单晶薄膜，InP，GaP， InAs，(Ga, In)As, Ga(As, P)
As 4(g) As 2(g) 6GaCl(g) 3H2(g) 87 5500 oo CC 6GaAs(s) 6HCl (g)
5
Schematic diagram of the chemical, transport, and geometric6 al complexities involved in modeling CVD processes.
一、反应类型
主要反应类型：
热分解反应（Pyrolysis）
还原反应（Reduction）
11
3) 氧化反应(Oxidation)
SiH4(g) +O2(g) 450oCSiO2(s) +2H2(g) 2AlCl3(g) 3H2(g) +3CO2(g) 1000oC Al2O3(s) +3CO(g) +6HCl(g) SiCl4(g) +O2(g) +2H2(g) 1500oCSiO2(s) +4HCl(g)
当挥发性金属可以形成具有在不同温度范围内 稳定性不同的挥发性化合物时，有可能发生歧 化反应。
2GeI
2
(
g
)
300 oC 600 oC
Ge
(
s)
GeI
4
(
g
)
金属离子呈现两种价态，低价化合物在高温下 更加稳定。
15
Байду номын сангаас
Early experimental reactor for epitaxial
化学气相沉积ppt课件
四、CVD的现状和展望
➢气相沉积膜附着力强，厚度均匀，质量好， 沉积速率快，选材广，环境污染轻，可以 满足许多现代工业、科学发展提出的新要 求，因而发展相当迅速。它能制备耐磨膜、 润滑膜、耐蚀膜、耐热膜、装饰膜以及磁 性膜、光学膜、超导膜等功能膜，因而在 机械制造工业电子、电器、通讯、航空航 天、原子能、轻工等部门得到广泛的应用。
1〕足够高的温度：气体与机体表面作用、反应沉积时 需要一定的激活能量，故CVD要在高温下进行。当然， 以等离子体、激光提过激活能量，可降低反应的温度。
2〕反应物必须有足够高的蒸气压。 3〕除了要得到的固态沉积物外，化学反应的生成物都 必须是气态。
4〕沉积物本身的饱和蒸气压应足够低。
2、CVD过程 反应气体向基体表面扩散 反应气体吸附于基体表面
微波等离子体
脉冲等离子体
直流等离子体法(DCPCVD)
• 利用直流电等离子体激活化学反应，进行气相沉 积的技术。
1-真空室 2-工作台 3-电源和控
制系统 4-红外测温仪
5-真空计 6-机械泵
DCPCVD装置示意图
射频等离子体法(RFPCVD)
• 利用射频辉光放电产生的等离子体激活化 学反应进行气相沉积的技术。
• 绝缘薄膜的PCVD沉积 在低温下沉积氮化硅、 氧化硅或硅的氮氧化物一类的绝缘薄膜，对于超 大规模集成芯片〔VLSI〕的生产是至关重要的。
• 非晶和多晶硅薄膜的PCVD沉积 • 金刚石和类金刚石的PCVD沉积 • 等离子体聚合 等离子体聚合技术正越来越广泛
的应用于开发具有界电特征、导电特性、感光特 性、光电转换功能或储存器开关功能的等离子体 聚合膜和一些重要的有机金属复合材料。
活体粒子在基体表面发 生化学反应，形成膜 层
第七章气相沉积技术ppt课件
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
定义：等离子体是指存在的时间和
空间均超过某一临界值的电离气体
产生途径——宇宙、天体、上层气
体、放射线及同位素、X射线、粒子 加速器、反应堆、场致电离、冲击波、 燃烧、激光、真空紫外光、发电等， 在气相沉积中广泛采用的是气体放电 产生等离子体。
等离子体特征
让 优
秀
成 为
一
种
惯
离子镀膜的应用
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
①首先，离子镀是各种刀具的保护神。可 以在各种齿轮、模具或刀具上离子镀氮化 钛、碳化钛、氮碳化钛、碳化钨、氮化锆 等多种硬质膜。 ②其次，离子镀技术还是美化人民生活的 得力工具。从我们手上带的手表表壳、表 带，到手机外壳，鼻梁上的眼镜，再到我 们衣服上的扣子、领带夹，腰上别的钥匙 扣、链子及腰带头。这些都是离子镀的杰 作。颜色也是多种多样。 ③离子镀膜还广泛应用于耐腐蚀、耐热、 润滑及电子工业的集成电路等中。
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
化学气相沉积
什么东西最硬？（钻石、铬钴） 沉积原理？
外延
让 优
秀
成 为
一
种
习
外延的概念：外延是指在单晶基片上生长出位向 相同的同类单晶体（同质外延），或者生长出具 有共格或半共格联系的异类单晶体（异质外延）。
外延分为——气相外延、液相外延和分子束外延
气相外延就是化学气相沉积在单晶表面的沉积过 程。
有基体支撑：依附于固体表面并得到 其支撑而存在，并具有与支撑固体不 同结构和性能的二维材料
手机贴膜
手机贴膜
塑料膜
让 优
薄膜的化学气相沉积ppt课件
化 学 气 相 淀 积 ， 简 称 CVD(Chemical Vapor Deposition) 把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的 单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激 光等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分 解或化学合成）生长要求的薄膜。
化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。 CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源
所有固体（C、Ta、W困难 ）、卤化物和热稳定化合物
材料精制，装饰，表面保护 ，电子材料
碱及碱土类以外的金属（Ag、Au困 难）、碳化物、氮化物、硼化物、 氧化物、硫化物、硒化物、碲化物 、金属化合物、合金
10
1.3 化学气相沉积的发展历程
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
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）
12
2 化学气相沉积的原理
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。
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。
4
1 基本概念
化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、 等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气 态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化 学反应形成固态沉积物的技术。
从气相中析出的固体的形态主要有下列几种： 在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒 在气体中生成粒子
5
1 基本概念
3
引言
Hardest mat.Damaged the hardness sensor
化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。 CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源
所有固体（C、Ta、W困难 ）、卤化物和热稳定化合物
材料精制，装饰，表面保护 ，电子材料
碱及碱土类以外的金属（Ag、Au困 难）、碳化物、氮化物、硼化物、 氧化物、硫化物、硒化物、碲化物 、金属化合物、合金
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1.3 化学气相沉积的发展历程
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
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）
12
2 化学气相沉积的原理
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。
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。
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1 基本概念
化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、 等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气 态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化 学反应形成固态沉积物的技术。
从气相中析出的固体的形态主要有下列几种： 在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒 在气体中生成粒子
5
1 基本概念
3
引言
Hardest mat.Damaged the hardness sensor
第四章 化学气相沉积讲解
设在生长中的薄膜表面形成了界面层，其厚度为，cg和cs分别为 反应物的原始浓度和其在衬底表面的浓度，则
扩散至衬底表面的反应物的通量为： 衬底表面消耗的反应物通量与Cs成正比
平衡时两个通量相等，得
F1 hg (Cg Cs )
F2 ksCs
F1 F2
Cs
Cg 1 ks
hg
hg为气相质量输运系数，Ks为表面化学反应速率常数
第四章 化学气相沉积----4.2 化学气相沉积
1. 歧化反应
大多数歧化反应，源区只有在高温下才能生成可进行歧化反 应的中间产物，源区的反应器壁也要处于高温下，以避免在 反应器上进行沉积，如生成SiI2中间产物需要1150℃：
Si(s) + 2I2(g) → SiI4 (g) SiI4 (g) + Si(s) → 2SiI2 (g) 衬底区生成硅外延层的歧化反应只需900℃：
第四章 化学气相沉积----4.2 化学气相沉积
3. 热解反应 某些元素的氢化物和金属有机化合物高温下不稳
定，发生分解，产物可沉积为薄膜，反应是不可逆的。 如：
SiH4(g) = Si(s) + 2H2(g) Ni(CO)4(g) = Ni(s) + 4CO(g)
TiI(g) = Ti(s) + 2I 多晶硅沉积的生长温度可低至600℃；单晶硅则需850。 当需要低温工艺时，硅烷可作为理想的硅源来使用。
4. 氧化反应 利用氧气作为氧化剂促进反应：
SiH4(g) + O2 = SiO2(s) + H2O(g) (450℃) Si(C2H5O)4 + 8O2 = SiO2 + 10H2O + 8CO2
（Si(C2H5O)4是正硅酸乙酯 简称TEOS）
化学气相沉积(中文版)2016
岛状物合并
连续薄膜
CVD制程
• APCVD：常压化学气相沉积法 • LPCVD：低压化学气相沉积法 • PECVD ：等离子体增强型化学气相沉 积法
APCVD反应器示意图
N2 制程气体 N2
晶圆
晶圆
加热器
输送带清洁装置
输送带 排气
常压化学气相沉积法(APCVD)
• APCVD制程发生在大气压力常压下,适合在开放 环境下进行自动化连续生产. • APCVD易于发生气相反应,沉积速率较快,可超 过1000Å/min,适合沉积厚介质层. 但由于反应速度较快,两种反应气体在还 未到达硅片表面就已经发生化学反应而产生生 成物颗粒,这些生成物颗粒落在硅片表面,影响 硅片表面的薄膜生长过程,比较容易形成粗糙 的多孔薄膜,使得薄膜的形貌变差.
硅烷分子结构
H
H
Si
H H
H
Si H
H
H
CVD源材料吸附: 硅烷
• 硅烷分子完全对称的四面体 • 不会形成化学吸附或物理吸附 • 但硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎 片, SiH3, SiH2, or SiH, 很容易与基片表面形 成化学键，黏附系数大 • 表面迁移率低, 通常会产生悬突和很差的阶 梯覆盖
副产品被 泵浦抽走
加热板
保形覆盖
• 保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的 倾斜图形,在所有图形的上面都能沉积有 相同厚度的薄膜
到达角度
180° B A
270° 90°
C
薄膜的厚度正比于到达角的取值范围
阶梯覆盖性与保形性
CVD 薄膜
c
a
结构
h d
b
w
基片
严重时会形成空洞
金属 介电质
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气相沉积技术分类及解释
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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气相沉积技术分类及解释
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。
Ni(CO)4 Ni 4CO
②化学合成反应 主要用于绝缘膜的沉积，如沉积 Si3 N4 反应过程： 850 900 0C
3SiCl4 4 NH 3 Si3 N 4 12HCl
③化学传输反应
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化学气相沉积基本理论
主要用于稀有金属的提纯和单晶生长，如ZnSe单晶生长 1 反应过程：
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气相沉积技术分类及解释
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)
II.金属有机化合物分解 ,沉积 Al2O3
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化学气相沉积基本理论
反应过程: 2Al (OC3 H 7 )3 Al2O3 6C3 H 6 3H 2O 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： 1402400C
420 0C
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化学气相沉积基本理论
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：
2 AsCl 3 3H 2
850 0 C
1 As 4 6 HCl 2
1 1 GaAs (壳) HCl GaCl As 4 H 2 4 2
化学气相沉积技术 -----研究和材料制备
凝聚态专业研究生 指导教师 郝永皓 赵建伟副教授
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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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化学气相沉积基本理论
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。 以ZnSe为例进行说明该方法，其中涉及到的反应过程
1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2 1 T1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2
6GaCl As4 4GaAs 2GaCl （歧化反应） 3
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化学气相沉积基本理论
0
C
AsCl3
图1
砷化镓气相外延装置示意图
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化学气相沉积基本理论
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 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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气相沉积技术类及解释
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：
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)
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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反应,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： 800 1000 0 C SiH 4 g Si g 2 H 2
ZnSe ( s ) I 2 ( g ) ZnI 2 ( g ) 2 Se2 ( g )
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 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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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。
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气相沉积技术分类及解释
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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气相沉积技术分类及解释
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。
Ni(CO)4 Ni 4CO
②化学合成反应 主要用于绝缘膜的沉积，如沉积 Si3 N4 反应过程： 850 900 0C
3SiCl4 4 NH 3 Si3 N 4 12HCl
③化学传输反应
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化学气相沉积基本理论
主要用于稀有金属的提纯和单晶生长，如ZnSe单晶生长 1 反应过程：
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气相沉积技术分类及解释
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)
II.金属有机化合物分解 ,沉积 Al2O3
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化学气相沉积基本理论
反应过程: 2Al (OC3 H 7 )3 Al2O3 6C3 H 6 3H 2O 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： 1402400C
420 0C
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化学气相沉积基本理论
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：
2 AsCl 3 3H 2
850 0 C
1 As 4 6 HCl 2
1 1 GaAs (壳) HCl GaCl As 4 H 2 4 2
化学气相沉积技术 -----研究和材料制备
凝聚态专业研究生 指导教师 郝永皓 赵建伟副教授
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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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化学气相沉积基本理论
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。 以ZnSe为例进行说明该方法，其中涉及到的反应过程
1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2 1 T1 ZnSe I 2 ( g ) ZnI2 ( g ) Se2 ( g ) 2
6GaCl As4 4GaAs 2GaCl （歧化反应） 3
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化学气相沉积基本理论
0
C
AsCl3
图1
砷化镓气相外延装置示意图
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化学气相沉积基本理论
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 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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气相沉积技术类及解释
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：
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)
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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反应,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： 800 1000 0 C SiH 4 g Si g 2 H 2
ZnSe ( s ) I 2 ( g ) ZnI 2 ( g ) 2 Se2 ( g )
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 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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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。