合成方法ppt教学课件

SiO2(s) + 2H2(g) (450°C)
4PH3(g) + 5O2(g) 2P2O5(s) + 6H2(g) (450°C)
SiCl4(g)+2H2(g)+O2 (g) SiO2(g)+4HCl(g) (1500°C)
反应类型
4. 化学合成反应(Compound Formation)
两种或两种以上的反应原料气在沉积反应器中作用。 要求：反应的前躯体挥发性强，气态反应性强。
反应类型
5. 歧化反应(Disproportionation)
Disproportionation reactions are possible when metals can form volatile compounds having different valence states depending on the temperature.
SiCl4(g)+ CH4(g) TiCl4(g)+ CH4(g) BF3(g) + NH3(g) 3SiCl2H2+4NH3(g) (750°C)
SiC(s)+ 4HCl(g) (1400°C) TiC(s)+ 4HCl(g) (1000°C) BN(s) + 3HF(g) (110°C)
Si3N4 (s)+6H2(g度
例如，氢化物(Hydrides)、羰基化合物(Carbonyl)、
有机金属化合物(Organometallic compounds)
SiH4(g)
Si(s)+2H2(g) (650°C)
Ni(CO)4(g)
Ni(s)+4CO(g) (180°C)
Ga(CH3)3+AsH3
GaAs+3CH4 (630°C)
CVD技术的热动力学原理
化学气相沉积的五个主要的机构
(a)反应物已扩散通过界面边界层；(b)反应物吸 附在基片的表面；(c)化学沉积反应发生； (d) 部分生成物已扩散通过界面边界层；(e)生成物 与反应物进入主气流里，并离开系统
CVD反应是由这五个 主要步骤所构成的。 因为进行这五个的发 生顺序成串联，因此 CVD反应的速率取决 于步骤，将由这五个 步骤里面最慢的一个 来决定。
（3）如果采用某种基底材料，在沉积物达到一定厚度以 后又容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的 游离沉积物器具；
（4）在CVD技术中可以生成晶体或者粉末状物质，甚至 是纳米超粉末或者纳米线。
CVD 基本要求
基本要求：
（1）反应物最好是气态，或在不太高的温度就有相当的 蒸气压，且容易获得高纯品； （2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥 发； （3）沉积装置简单，操作方便，工艺上具有重现性，适 于批量生产，成本低廉。
CVD 应用
• 切削工具方面的应用 • 模具方面的应用 • 耐磨涂层机械零件方面的应用 • 微电子技术方面的应用 • 超导技术方面的应用 • 其他领域的应用
CVD 特点
（1）沉积反应如在气-固界面上发生则沉积物将按照原 有的固态基底的形状包覆一层薄膜；
（2）采用CVD技术也可以得到单一的无机合成物质，并 用以作为原材料制备；
CVD 装置
• 气源控制部件、沉积反应室、沉积温控 部件、真空排气和压强控制部件等
CVD 装置
超真空化学气相沉积系统 金属有机化学气相沉积系统
CVD样品
CVDZnS
CVDZnSe
CVD 反应类型
1. 热分解反应(Pyrolysis)
加热底物至所需温度，通入反应物气体使之发生 分解，在底物上沉积出固体材料。
300°C
2GeI2(g)
Ge(s) + GeI4 (g)
600°C
• Ge, Al, B, Ga, In, Si, Ti, Zr, Be, Cr 的卤化物
• lower-valent state (stable at high T)
反应类型
6. 可逆的化学输送反应(Reversible Transfer)
把所需要的沉积物质作为反应源物质，用适当的气体介 质与之反应，形成一种气态化合物，这种气态化合物借 助载气输送到与源区温度不同的沉积区，再发生可逆反 应，使反应源物质重新沉积出来。
For Metals, Semiconductors, Compound Films & Coatings
CVD发展
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 的黑色碳层
20世纪60-70 年代用于集成
电路
近年来PECVD 、LCVD等高
速发展
80年代低压 CVD成膜技术 成为研究热潮
SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) (1200°C)
——工业制备半导体超纯硅的基本方法
反应类型
3. 氧化反应 (Oxidation)
元素的氢化物或有机烷基化合物常常是气态或
易于挥发的液体或固体，同时通入氧气，反应后沉 积出相应于该元素的氧化物薄膜。
SiH4(g) + O2(g)
反应类型
2. 还原反应 (Reduction)
元素的卤化物、羰基卤化物或含氧化合物在 还原性气体氢气的存在下，还原得到金属单质。
SiCl4(g)+2H2(g)
Si(s)+4HCl(g) (1200°C)
WF6(g) + 3H2(g)
W(s) + 6HF(g) (300°C)
MoF6(g)+ 3H2(g) Mo(s) + 6HF(g) (300°C)
3.1 化学气相沉积
Chemical Vapor Deposition (CVD)
• 化学气相沉积法是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固 界面上发生化学反应，生成固态沉积物的技术。
CVD is the process of chemically reacting a volatile compound of a material to be deposited, with other gases, to produce a nonvolatile solid that deposits automatically on a substrate. • 高压化学气相沉积（HP-CVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子化学气相沉积（P-CVD）、激光化学气相 沉积（L-CVD）、金属有机化学气相沉积（MO-CVD）、 高温化学气相沉积（HT-CVD）、低温化学气相沉积（LTCVD）等 • 氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等