化学气相沉淀法分析
物理气相沉淀和化学气相沉积法
液相制备纳米材料的原理、方法和形成机理液相法实在液体状态下通过化学反应制取纳米材料方法的总称，又称为湿化学法或溶液法。
现在，有各种各样的制备方法，文献中无公认一致的分类方法，相反还有些凌乱。
为清晰醒目，特点明显，便于理解。
这里将液相材料的纳米制备方法分为：沉淀法、溶胶-凝胶（sol-gel）法、水热法、化学还原法、化学热分解法、微乳胶法、声化学法、电化学法和水中放电法等9中。
本章就沉淀法、溶胶-凝胶（sol-gel）法加以讨论。
沉淀法沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂，进行化学反应，生成难容性的反应物，在溶液中沉淀下来，或将沉淀物加热干燥和煅烧，使之分解得到所需要的纳米材料的方法。
沉淀法又主要分为共沉淀（CP），分布沉淀（SP），均匀沉淀（HP）等几种。
下面对这几种沉淀法做一简要分析。
含1种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称共沉淀法。
（包括:单项共沉淀发和混合共沉淀法）下图给出共沉淀法的典型工艺流程。
沉淀物为单一化合物或单相固溶体时，称为单相共沉淀，亦称化合物沉淀法。
其原理为溶液中的金属离子是以具有与配比组成相等的化学计量化合物形式沉淀的，因而，当沉淀颗粒的金属元素之比就是产物化合物的金属元素之比时，沉淀物具有在原子尺度上的组成均匀性。
但是，对于由二种以上金属元素组成的化合物，当金属元素之比按倍比法则，是简单的整数比时，保证组成均匀性是可以的。
然而当要定量的加入微量成分时，保证组成均匀性常常很困难，靠化合物沉淀法来分散微量成分，达到原子尺度上的均匀性。
如果是形成固溶体的系统是有限的，固溶体沉淀物的组成与配比组成一般是不一样的，则能利用形成固溶体的情况是相当有限的。
要得到产物微粒，还必须注重溶液的组成控制和沉淀组成的管理。
为方便理解其原理以利用草酸盐进行化合物沉淀的合成为例。
反应装置如图：图 利用草酸盐进行化合物沉淀的合成装置实验原理：在Ba 、Ti 的硝酸盐溶液中加入草酸沉淀剂后，形成了单相化合物BaTiO3（C2H4）2•4H2O 沉淀；BaTiO3（C2H4）•4H2O 沉淀由于煅烧，分解形成BaTiO3微粉。
化学气相沉积
历史的简短回顾
→古人类取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层 →中国古代炼丹术中的“升炼”（最早的记载） →20世纪50年代，现代CVD技术用于刀具涂层（碳化钨 为基材经CVD氧化铝、碳化钛、氮化钛） →20世纪60、70年代，半导体和集成电路技术、超纯多 晶硅。 →1990年以来我国王季陶，提出激活低压CVD金刚石生 长热力学耦合模型。第一次真正从理论和实验对比上定 量化地证实反自发方向的反应可以通过热力学反应耦合 依靠另一个自发反应提供的能量推动来完成。
化学气相沉积的反应类型 简单热分解和热分解反应沉积
通常ⅢA,ⅣA，ⅤA族的一些低周期元素的氢化物如CH4、 SiH4、GeH4、B2H6、PH3、AsH3等都是气态化合物，而且加 热后易分解出相应的元素。因此很适合用于CVD技术中作 为原料气。其中CH4，SiH4分解后直接沉积出固态的薄 膜，GeH4也可以混合在SiH4中，热分解后直接得Si—Ge 合金膜。例如：
简单热分解和热分解反应沉积
通常金属化合物往往是一些无机盐类．挥发性很低，很 难作为CVD技术的原料气；而有机烷基金属则通常是气体 或易挥发的物质，因此制备金属或金属化合物薄膜时， 常常采用这些有机烷基金属为原料，应地形成了一类金 属有机化学气相沉积(Metal—Organic Chemical Vapor Deposition简称为MOCVD)技术。 其它一些含金属的有机化合物，例如三异丙醇铝 [Al(OC3H7)3] 以及一些β—丙酮酸(或β—二酮)的金属配 合初等不包含C—M键(碳一金属键)．并不真正属于金属 有机化合物，而是金属的有机配合物或含金属的有机化 合物。这些化合物也常常具有较大的挥发性，采用这些 原料的CVD技术，有时也被包含在MOCVD技术之中。
CVD的沉积反应室内部结构及工作原理变化最大，常常根 据不同的反应类型和不同的沉积物要求来专门设计。但 大体上还是可以把不同的沉积反应装置粗分为以下一些 类型。
第四章化学气相沉积
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
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）
SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 = GeO2 + 2Cl2
1) 反应物的
质量传输 气体传送
2) 薄膜先驱 物反应
3) 气体分 子扩散
4) 先驱物 的吸附
CVD 反应室
副产物
7) 副产物的解吸附作用
8) 副产物去除
排气
5) 先驱物扩散 到衬底中
6) 表面反应
连续膜
衬底
第四章 化学气相沉积----4.2 化学气相沉积
二、CVD动力学分析 1、CVD模型（Grove模型）
薄膜的生长过程取决于气体与衬底间界面的相互作用， 可能涉及以下几个步骤： （1）反应气体从入口区域流动到衬底表面的淀积区域 （2）气相反应导致膜先驱物（组成膜最初的原子或分
子）和副产物的形成 （3）膜先驱物附着在衬底表面
第四章 化学气相沉积----4.2 化学气相沉积
论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点
论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点物理气相沉积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。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。
如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。
磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。
因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。
离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。
这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。
物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤：(1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。
(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。
化学气相沉积法
化学气相沉淀法摘要：化学气相沉积Chemical vapor deposition,简称CVD；是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
CVD技术可以生长高质量的单晶薄膜，能够获得所需的掺杂类型和厚度，易于实现大批量生产，因而在工业上得到广泛的应用。
工业上利用CVD制备的外延片常有一个或多个埋层可用扩散或离子注入的方式控制器件结构和掺杂分布;外延层的氧和碳含量一般很低。
但是CVD外延层容易形成自掺杂，要用一定措施来降低自掺杂。
CVD生长机理很复杂，反应中生成多种成分，也会产生一些中间成分，影响因素有很多，如:先躯体种类:工艺方法Levi,Devi,Pend;反应条件温度，压力，流量;触媒种类:气体浓度;衬基结构;温度梯度;炉内真空度等外延工艺有很多前后相继，彼此连贯的步骤。
关键词：化学气相沉淀积，薄膜，应用，工艺正文：原理：将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成--种新的材料，沉积到基体表面上。
反应物多为金属氯化物，先被加热到一定温度，达到足够高的蒸汽压，用载气一般为Ar或H2送入反应器。
如果某种金属不能形成高压氯化物蒸汽，就代之以有机金属化合物。
在反应器内，被涂材料或用金属丝悬挂，或放在平面上，或沉没在粉末的流化床中，或本身就是流化床中的颗粒。
化学反应器中发生，产物就会沉积到被涂物表面，废气多为HC1或HF被导向碱性吸收或冷阱。
除了需要得到的固态沉积物外，化学反应的生成物都必须是气态沉积物本身的饱和蒸气压应足够低，以保证它在整个反应、沉积过程中都一直保持在加热的衬底上。
反应过程:1反应气体向衬底表面扩散2反应气体被吸附于衬底表面3在表面进行化学反应、表面移动、成核及膜生长4生成物从表面解吸5生成物在表面扩散。
所选择的化学反应通常应该满足:①反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或有很高的蒸气压，且有很高的纯度:②通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层:③反应易于控制在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压。
白炭黑常见制备方法
白炭黑常见制备方法摘要：本文介绍了白炭黑的常见制备方法及其产品应用。
关键词：白炭黑；气相法；沉淀法；解离法基金项目：黑龙江工程学院大学生创新训练项目（202211802211）白炭黑常见的制备方法主要有三种：气相法、沉淀法和离解法。
工业上制备方法一般是这三种方法，或者是这三种方法的组合或改良。
1.气相法气相法通常称为化学气相沉积法，又被称为热解法。
一般是在高温条件下加入氧气、四氯化硅和氢气进行反应从而制备出烟雾状的白炭黑[1]。
具体步骤为：将空气和氢气通过增加压力、分离、采用冷却的方式进行脱水、再放入硅胶中进行干燥、最后经过除尘过滤等一系列的步骤后送入合成的水解炉中。
将原料SiCl4送至精馏塔精馏后，在蒸发器中使之蒸发，并用干燥、过滤后的空气用作载体，将处理后的产物送至合成水解炉中。
在高温下SiCl4被气化，将其与一定量的氢气和氧气的混合气体在高温下进行气相水解。
生成的气相SiO2颗粒非常小，与气体很容易形成气溶胶，从而不容易被捕集，因此需要使其先在聚集器中先聚集成较大颗粒，然后用旋风分离器进行收集，最后送入脱酸炉中进行脱酸处理，通过含氨空气吹洗气相二氧化硅至pH为4～6便可得到最终产品。
用这种方法生产制备的白炭黑产品，其比表面积、粒径大小、结构性能和表面性质都和三种气体的配制比例、二氧化硅核在燃烧室中处理的时间、燃烧温度等因素有关。
得到的产品一般是球形颗粒，粒径在10-40nm之间，化学纯度大，比较面积高。
气相法的优点是所得的产品纯度非常高，分散性非常好，颗粒小并呈球形，白炭黑表面具有较少的羟基，补强性能十分优异。
缺点是技术设备要求比较高，所用的原料也相对比较贵，制备工艺也比较复杂。
2.沉淀法我国市场上生产白炭黑的主要方法就是采用沉淀法来生产白炭黑[2]。
沉淀法又被称为硅酸钠酸化法，沉淀法一般是将硫酸或盐酸与水玻璃作用,第一步先生成硅酸,然后生成的硅酸进一步分解而制得白炭黑。
沉淀法之所以在我国能作为白炭黑的主要生产方法是因为沉淀法的生产技术和设备相对来说都比较简单。
化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展
化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展摘要：SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。
其制备方法多种多样其中化学气相沉积法（CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。
近年来在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。
采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。
目前,未添加催化剂时利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差;制备温度较高和产率相对较低的问题。
而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度提高反应速率以及产率但易在SiC 纳米线中引入杂质。
将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构以拓宽SiC纳米线的应用领域。
本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。
引言：SiC纳米线因具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等而表现出独特的电、磁、光、热等物理和化学性质。
同时SiC纳米线还具有优异的力学性能、抗腐蚀性、耐热性以及耐高温氧化性等，使其在复合材料和陶瓷材料的强化增韧中起重要作用调以及吸收性能好，可有效改善材料的场发射性能、催化性能、电化学性能及微波吸收性能等l1。
多功能性的SiC纳米线成为极具广泛应用潜力的理想新型材料。
激光诱导化学气相沉积法(LCVD)
三、激光化学气相沉积的应用与发展
应用实例：LICVD法制备纳米硅
激光辐照硅烷气体 分子(SiH4)时．硅烷分子很容易热解
热解生成的气构硅Si(g)在一定温度和压力条件下开始成核和生长， 形成纳米微粒。
特点:
该法具有清洁表面、粒子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点， 并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶态或晶态纳米微粒。
licvd法合成纳米粉末的实验原理利用大功率激光器的激光束照射于反应气体反应气体通过对入射激光光子的强吸收利用大功率激光器的激光束照射于反应气体反应气体通过对入射激光光子的强吸收气体分子或原子在瞬间得到加热活化在极短的时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度后迅速完成反应成核凝聚生长等过程从而制得相应物质的纳米粒子
四、分析评价
◆合成纳米粒子过程：包括原料处理、原料蒸发、反应气配制、成 核与生长、捕集等过程。 ◆特点：无污染、反应快 、选择性好，易精确控制；激光能量高度 集中，温度梯度大，有利于成核粒子快速固化；可以制得高纯，超 细、均匀的纳米粒子。
◆应用：Si, Si3N4, SiC, Fe/C/Si,以及金属氧化物等纳米粒子。
二、激光化学气相沉积（LICVD）原理
LICVD反应原理： LICVD是利用反应气体分子或催化分子对特定波长的激光共 振吸收，反应气体分子受到激光加热引起反应物发生激光光解、 激光热解、激光光敏化和激光诱导等离解化学反应，在合适的 制备工艺参数如激光功率、反应室压力与气氛的比例、气体流量 以及反应区温度等条件下获得超细粒子空间成核和生长，形成纳 米颗粒。
3、介质膜
LICVD技术还可以在沉积包括绝缘膜、保护膜、SIM制造、抗损膜、 增透膜等介质膜的生长中。如用激光化学气相沉积法合成SiC和Si3N4 复合纳米颗粒。 SiC和Si3N4是重要的高温陶瓷材料， SiC也是重要的 介电材料和半导体材料。据文献.报道，目前研究的重点是SiC和Si3N4 复合化以及组织上的纳米化，从而提高强度和韧性。进一步的研究发 现，纳米化后的纯SiC和纯Si3N4颗粒难以进行均匀的复合化，LICVD是 一种有效的纳米材料合成方法，通过改变反应气体的流量比也可以改 变成分，有望同时实现复合化和纳米化。LICVD法制备纳米微粉具有 成分纯度高，粒形规则，粒径小而均匀，粒度分布窄、无表面污染， 粒子间粘结团聚差、易分散等一系列独特优点，其不足是反应原料必 须是气体或强挥发性的化合物，并要与激光波长相对应的红外吸收带， 因而限制了产品的种类，增加了成本。
化学气相沉积法反应的基本类型
化学气相沉积法反应的基本类型
化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种常用的薄膜制备技术，通过在气相条件下，使气体中的反应物在表面发生化学反应，生成所需的沉积物。
CVD反应的基本类型包括以下几种：
1. 热分解反应，在高温下，反应物分解为活性中间体，然后在表面上重新组合形成沉积物。
例如，二氧化硅（SiO2）的制备可以通过将硅源（如SiH4）和氧源（如O2）在高温下反应，使它们分解并重新组合成SiO2。
2. 氧化还原反应，通过氧化还原反应，在气相中的反应物与表面上的基底发生电子转移，形成沉积物。
例如，金属的氧化物可以通过将金属有机配合物（如金属酮盐）和氧气反应，在基底表面上沉积金属氧化物薄膜。
3. 气相聚合反应，通过在气相中引入单体或预聚物，使其在表面上发生聚合反应，生成聚合物薄膜。
例如，聚苯乙烯（PS）薄膜可以通过将苯乙烯单体引入反应室中，在基底表面上聚合形成。
4. 气相析出反应，通过在气相中引入沉淀剂，使其与气相中的反应物发生反应，生成沉淀物。
例如，金属薄膜可以通过将金属有机配合物和氢气反应，在基底表面上沉积金属薄膜。
5. 化学气相沉积与物理沉积的结合，有时候，CVD反应可以与物理沉积技术（如物理气相沉积，PVD）结合使用，以获得更好的薄膜性能。
例如，通过在CVD过程中引入离子束辅助沉积（Ion Beam Assisted Deposition, IBAD），可以提高薄膜的致密性和附着力。
以上是化学气相沉积法反应的基本类型，不同的反应类型可以根据所需的沉积物和反应条件进行选择和优化。
纳米催化剂的制备方法与催化活性研究
纳米催化剂的制备方法与催化活性研究催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，而纳米催化剂则是具有纳米尺度级别的颗粒大小的催化剂。
由于其独特的特性和优越的催化性能，纳米催化剂在能源转换、环境保护和化学合成等领域中展示了巨大的潜力。
本文将探讨纳米催化剂的制备方法和催化活性研究的相关内容。
一、纳米催化剂的制备方法1. 沉淀法：沉淀法是制备纳米催化剂的常用方法之一。
这种方法能够通过溶液中的化学反应，产生纳米颗粒并沉积到固体表面。
通过调控反应条件和催化剂的化学成分，可以控制纳米颗粒的大小和形状。
沉淀法具有操作简单、成本低廉等优点，适用于生产中大规模制备纳米催化剂。
2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种常见的纳米催化剂制备方法。
这种方法通过在高温下将气体的原子或分子反应沉积到固体基材表面，从而形成纳米颗粒。
气相沉积法能够控制纳米颗粒的形状和大小，并且可以在纳米颗粒表面修饰功能性基团，进一步提高催化活性。
3. 溶胶凝胶法：溶胶凝胶法是一种利用溶液中的凝胶生成纳米颗粒的方法。
通过控制反应条件和凝胶的组成，可以制备出具有特定形状和尺寸的纳米催化剂。
溶胶凝胶法具有高度可控性和较大比表面积的特点，适用于制备高效的纳米催化剂。
二、纳米催化剂的催化活性研究纳米催化剂的催化活性研究是了解其催化性能和机制的重要途径，可以为其应用于实际工业过程提供理论指导和优化改进。
1. 催化剂表征：催化剂表征是催化活性研究的基础。
通过使用各种表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR），可以获得催化剂的形貌、晶体结构和表面化学性质等信息。
2. 反应机理研究：反应机理研究是理解纳米催化剂催化活性的关键。
通过红外光谱、在线质谱等技术，可以分析反应中产物和中间体的形成过程，推测反应机理，并验证催化剂的催化活性中心。
3. 催化活性评估：催化活性评估是衡量纳米催化剂催化性能的重要手段。
化学气相沉淀法
化学气相沉淀法化学气相沉淀法（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种用于制备薄膜材料的方法。
它通过在沉积源材料与底板之间施加热量，在气相状态下使沉积源材料发生化学反应生成固态薄膜。
化学气相沉淀法一般分为热CVD和低压CVD两种类型。
热CVD是在常气压下进行，低压CVD则是在低气压环境下进行。
两种方法的基本原理是相同的，只是操作条件不同。
在化学气相沉淀法中，首先需要准备沉积源材料。
这些材料通常是具有所需元素的化合物，例如金属卤化物或有机金属化合物。
沉积源材料可以选择固体、液体或气体状态下的化合物。
然后，准备底板材料。
底板是进行沉积的基片，可以是金属、玻璃、陶瓷或半导体材料等。
底板的选择取决于所需的薄膜材料的应用。
在实际操作中，首先将沉积源材料加热，使其转化为气体状态。
这个过程叫做挥发或气化。
通过控制温度和气流速率，可以控制沉积源材料的挥发速率和扩散速率。
然后，沉积源材料的气体分子在气相中扩散到底板表面，并在表面上发生化学反应。
这个过程叫做气体吸附和表面反应。
沉积源材料的原子或分子在底板上重新排列，形成薄膜结构。
沉积源材料的化学反应通常需要提供能量。
这可以通过增加反应室的温度、加热底板或使用激活源（如辐射或等离子体）来实现。
能量的提供可以促进化学反应的进行，并控制薄膜的成分和结构。
在沉积过程中，通过调节反应条件，如温度、气体流量、反应室压力和沉积时间等，可以控制薄膜的性质。
例如，改变反应条件可以调节薄膜的厚度、晶体结构、晶粒尺寸和成分等。
在制备过程结束后，可以对薄膜进行后续处理，如退火、热处理、化学处理等，以改善薄膜的性能。
最终得到的薄膜可以用于各种应用，如光电器件、半导体器件、涂层材料等。
化学气相沉淀法具有许多优点。
首先，它可以在大面积上均匀沉积薄膜。
其次，它可以制备复杂的多层结构和纳米结构。
此外，化学气相沉淀法还具有较高的沉积速率和较低的制备成本。
然而，化学气相沉淀法也存在一些挑战和限制。
化学气相沉积法CVD
化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。
从理论上来说，它是很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。
淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。
概述反应室中的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的：反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程(如图所示)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。
额外能量来源诸如等离子体能量，当然会产生一整套新变数，如离子与中性气流的比率，离子能和晶片上的射频偏压等。
然后，考虑沉积薄膜中的变数：如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖)，薄膜的化学配比(化学成份和分布状态)，结晶晶向和缺陷密度等。
当然，沉积速率也是一个重要的因素，因为它决定着反应室的产出量，高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。
反应生成的膜不仅会沉积在晶片上，也会沉积在反应室的其他部件上，对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。
化学家和物理学家花了很多时间来考虑怎样才能得到高质量的沉积薄膜。
他们已得到的结论认为：在晶片表面的化学反应首先应是形成“成核点”，然后从这些“成核点”处生长得到薄膜，这样淀积出来的薄膜质量较好。
另一种结论认为，在反应室内的某处形成反应的中间产物，这一中间产物滴落在晶片上后再从这一中间产物上淀积成薄膜，这种薄膜常常是一种劣质薄膜。
化学气相沉积法是传统的制备薄膜的技术，其原理是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应，使得气态前驱体中的某些成分分解，而在基体上形成薄膜。
化学气相沉积包括常压化学气相沉积、等离子体辅助化学沉积、激光辅助化学沉积、金属有机化合物沉积等。
化学气相沉淀法
化学气相沉淀法
化学气相沉淀法是一种常用的生物气相色谱系统的预处理技术，
是把待测样本中有机气体与氧化剂（如PbO2）反应分解气体，使它们
固液分离出来，然后在室温下冷却气液混合物，当其中一种液体析出后，便可将其从液体中抽掉，而另一种气体会从液体中析出来。
同时，也可以加入不溶物，利用沉淀作用去除细微悬浮颗粒。
这种方法有效
地提高了样品浓度差异、增强分离效果，可以有效控制前处理过程，
可以降低样品矩阵对有机分析的影响，实现高效率、精密定性分析。
化学气相沉淀法
1
CVD法简述
目录
2
CVD法分类及应用
1.CVD法简述
定义
一种或数种反应气体通 过热、激光、等离子体等发 生化学反应析出超微粉的方 法。
1.1 CVD法原理
图1 化学气相沉积的五个主要的步骤 (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
a.热分解或高温分解反应：SiH4(g)
Ni(CO)4(g) b.还原反应 SiCl4(g) + 2H2(g) WF6(g) + 3H2(g) c.氧化反应 d.水解反应 e.复合反应 SIH4(g)+O2(g) 2AlCl3(s) + 3H2O(g)
Si(s) + 2H2 (g)
Ni(s) + 4CO(g) Si(s) + 4HCl(g) W(s) + 6HCl(g) Si(s)+H2O(g) Al2O3(s)+6H2O(g)
无机晶体材料晶体的生长过程
由于化学气相沉积法所制备的大多是无机晶体材料涉及到晶
体的生长。晶体生长：第一步是获得结晶核心，后续的结晶过程
通过该核心的生长完成。结晶核心可以是外来的即引入子晶，也 可以是母相中形成的。第二步：在完成晶核以后，晶体的生长过
程是通过结晶界面不断向母相中推进。
1.2 采用CVD法应具备的条件
（1）在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以适当 的速度引入反应室 （2）除需要的沉积物外，其它反应物或生成物应是挥 发性的。 （3）沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证沉积 反应过程始终在受热基片上进行，而基片的蒸汽压必 须足够低。
材料制备技术3.1化学气相沉积法
800℃ 0.95SiH 4 0.05GeH 4 550 ~ Ge0.05Si0.95 2 H 2
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3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.1 热分解法
金属有机化合物：
Si(OC 2 H 5 ) 4 SiO2 2 H 2O 4C2 H 4
3.1.2 化学合成法 若化学沉积过程涉及两种或两种以上的气态 化合物在同一热衬底上相互反应，这类反应 为化学合成反应。
~1200℃ SiCl4 2H 2 1150 Si 4HCl
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3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.2 化学合成法
同时通入气态氢化物或有机烷基化物和氧气，在反应器 中发生反应沉淀出相应的氧化物薄膜。
3
3.1 化学气相沉积法（CVD）
（3）采用特殊基底材料，在沉积物达到一定 厚度以后，很容易与基底分离，这就可得 到各种形状的游离沉积物材料。如碳化硅 器皿和金刚石薄膜部件。 （4）可用于制备晶体或细粉状的物质，特殊 的工艺条件下，可以生产纳米级的微细粉 末
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通过化合物气体(一般为挥发性的化合 物)与其它气体进行化学反应生成固体薄膜
反应气体输运 气体组分的扩散 表面吸附 表面扩散 表面化学反应 副产物解离脱附
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3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.1 热分解法
热分解法一般在简单的单温区炉中进行，与真空 或惰性气体气氛中加热衬底物到所需要的温度后， 通入反应物气体，使之发生热分解，最后在衬底 物上沉积出固体材料。
850~ 900℃
1 ℃ TiCl4 NH 3 H 2 583 TiN 4 HCl 2
5.2 气相沉积法
气相沉积技术是一种在基体上形成一层功能膜 的技术，它是利用气相中发生的物理、化学反应在 材料表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料获得所 需的各种优异性能。 例：用TiN、TiC等超硬镀层涂敷刀具、模具等表 面，由于化学稳定性好，摩擦系数小，具有优良的 耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高 刀具、模具等的工作特性，又可以提高寿命，一般 可使刀具寿命提高3-10倍。
岛 薄膜
成膜机理
真空蒸发所得到的薄膜，一般都是多晶膜或无定形膜，经历 成核和成膜两个过程。
• 蒸发的原子（或分子）碰撞到基片时，或是永久附着在 基片上，或是吸附后再蒸发而离开基片，其中有一部分 直接从基片表面反射回去。
• 粘附在基片表面的原子（或分子）由于热运动可沿表面 移动，如碰上其它原子便积聚成团。这种团最易于发生 在基片表面应力高的地方，或在晶体衬底的解理阶梯上， 因为这使吸附原子的自由能最小。这就是成核过程。
Heat decomposition
金属有机化合物与氢化物体系的热分解
Ga(CH3)3 AsH3 630-675℃ GaAs 3CH4 Zn(C2H5)2 H2Se 725750℃ ZnSe 2C2H6
广泛用于制备化合物半导体薄膜。
33
氢还原反应 ---利用氢气将一些元素从其卤化物中还原出来
例如二氧化硅可采用下面几个反应： SiCl4 (g) O2 (g) SiO2 (s) 2Cl2 (g) SiH4 (g) O2 (g) SiO2 (s) 2H2 (g)
SiCl4 (g) 2CO2 (g) 2H2 (g) SiO2 (s) 4HCl(g) 2CO(g)
Chapter5 Preparation of Materials
5.5.2-化学气相沉淀法
ZnI2(g)+1／2Se2(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。
原理：CVD是利用气态物质在固体表面进行化学 反应，生成固态沉积物的过程。
三个步骤
3.挥发性物质
在基体上发生 化学反应
1.产生挥发 性物质
2.将挥发性物质 运到沉积区
CVD化学反应中须具备三个挥发性条件： （1）反应产物具有足够高的蒸气压 （2）除了涂层物质之外的其他反应产物必须是挥发性的
（3）沉积物具有足够低的蒸气压
1 、热分解：
SiH4
>500℃
Si + H2
﹙在800—1000℃成膜﹚
CH3SiCl3 1400℃
SiC+3HCl
2 、还原反应：
WF6+3H2 SiCl4+2Zn W+6HF
﹙氢还原﹚
Si+2ZnCl2 ﹙金属还原﹚
3 、氧化反应：
SiH4+O2 SiCl4+O2 SiO2+2H2 SiO2+2Cl2 Ge﹙s,g﹚+GeI4﹙g﹚
特点：反应气体混合物能够连续补充，同时废弃的
反应产物能够不断地排出沉积室，反应总是处于 非平衡状态。
热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜
热丝化学气相沉积（HFCVD）制备金刚石薄膜摘要：本文简要阐述了热丝CVD制备金刚石薄膜的技术原理，探讨了影响金刚石薄膜生长的主要因素，并简要介绍了几种CVD制备金刚石薄膜的方法。
关键词：金刚石薄膜热丝CVD 化学气相沉积法1. 引言上世纪80年代初，欧美日等发达国家掀起了化学气相沉积合成金刚石膜新材料的研究，到90年代，从理论上基本上摸清了化学气相沉积金刚石膜的生长机制，进入21世纪，无论从沉积技术，加工技术还是应用方面都取得了极大的进展。
这期间，人们开发了热丝CVD法，直流等离子CVD法，射频等离子CVD法，微波等离子CVD法，直流电弧等离子CVD法，火焰燃烧CVD法，甚至激光CVD法等，经过20多年的发展，就其产业化规模和影响力来讲，微波CVD和热丝CVD为主要应用技术。
2．金刚石的优点及应用金刚石又名钻石，是碳的同素异构体，属于立方晶系，具有面心立方结构，典型的原子晶体。
金刚石具有很多无与伦比的优异性能，机械特性、热学特性、透光性、纵波声速、半导体特性及化学惰性等，在自然界所有的材料中均是首屈一指的。
2.1 电学性能CVD金刚石相对其它半导体材料具有禁带宽度大，介电常数小及较高的载流子迁移率和极高的热导率，可作为高温半导体材料和发光材料[1,2]。
2.2 热学性能CVD金刚石膜具有高热导率、高绝缘电阻、极低热膨胀系数等特性，可作热沉处理。
(室温下金刚石导热率为硅的15倍、铜的5倍。
)例如可制作微波管、激光二极管、列阵器件、大功率集成电路等高功率密度电路元件散热片，从而提高该器件的功率寿命。
2.3 光学性能CVD金刚石膜透射光谱带最宽，对可见光与红外光透明、抗辐照损伤性强、耐腐蚀和耐磨损等特性，可用作窗口材料(如X光窗口、红外窗口等)和磁盘、光盘、透镜、窗口、紫外激光器、毫米波天线罩等保护涂层。
2.4 机械性能CVD金刚石膜具有高硬度和耐磨性，可制备高性能工具，高强度耐磨材料。
但是由于自然界中金刚石储量极少，并且开采也非常困难，因此价格昂贵，而且无论天然金刚石还是高温高压下合成的人造金刚石都是离散的颗粒状，应用范围受到了很大限制。
无机化合物的合成和反应
无机化合物的合成和反应无机化合物是由无机元素组成的化合物，其合成和反应是化学研究中的重要内容。
在无机化学领域，研究人员通过不同的方法和反应，合成出了大量的无机化合物，以满足不同领域的需求。
本文将探讨无机化合物的合成和反应的一些常见方法和应用。
一、合成方法1. 沉淀法沉淀法是一种常用的合成无机化合物的方法。
通过在溶液中加入适当的试剂，可以使产生的无机物沉淀下来。
例如，将硫酸铜溶液与氯化钠溶液混合，可以得到氯化铜沉淀。
沉淀法可以用于制备各种无机化合物，如金属氢氧化物、金属碳酸盐等。
2. 气相反应法气相反应法是通过气体之间的反应来合成无机化合物。
例如，将氨气和盐酸气体反应，可以得到氯化铵。
气相反应法常用于合成无机气体、氯化物等化合物。
3. 水热合成法水热合成法是在高温高压的水环境中进行的合成方法。
通过调节反应物的浓度和温度，可以合成出具有特殊结构和性质的无机化合物。
水热合成法常用于制备金属氧化物、金属硫化物等化合物。
二、反应类型1. 氧化还原反应氧化还原反应是无机化合物中常见的反应类型。
在这类反应中，物质的氧化态和还原态发生变化。
例如，将铁与硫反应，可以得到硫化铁。
氧化还原反应在电化学、能源储存等领域具有重要应用。
2. 酸碱反应酸碱反应是无机化合物中常见的反应类型。
在这类反应中，酸和碱反应生成盐和水。
例如，将盐酸与氢氧化钠反应，可以得到氯化钠和水。
酸碱反应在生活中广泛应用于中和、药品制备等方面。
3. 沉淀反应沉淀反应是通过两种溶液中的离子之间的反应生成沉淀物的反应。
例如，将硫酸铜溶液与氯化钠溶液反应，可以得到氯化铜沉淀。
沉淀反应在分析化学和无机合成中有着重要的地位。
三、应用领域1. 催化剂无机化合物在催化剂领域有着广泛的应用。
例如，铂、钯等贵金属化合物常用作催化剂，用于加氢、氧化等反应。
催化剂在化工生产、环境保护等方面起着重要的作用。
2. 电子材料无机化合物在电子材料领域有着广泛的应用。
例如，氧化锌、氮化镓等化合物被用于制备光电器件、半导体材料等。
金属有机化合物化学气相沉淀
金属有机化合物化学气相沉淀
金属有机物化学气相沉积是一种利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法，即把含有外延材料组分的金属有机化合物通过载气输运到反应室，在一定温度下进行外延生长。
该方法主要用于化学半导基体气相生长上，由于其组分、界面控制精度高，广泛应用于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导基体超晶格量子阱等低维材料的生长。
金属有机化合物化学气相沉淀所用的设备包括∶温度精确控制系统、压力精确控制系统、气体流量精确控制系统、高纯载气处理系统、尾气处理系统等。
为了提高异质界面的清晰度，在反应室前通常设有一个高速、无死区的多通道气体转换阀;为了使气体转换顺利进行，一般设有反应气路和辅助气路，两者气体压力要保持相等。
与常规化学气相沉积相比，金属有机物化学气相沉积的优点是∶
1.沉积温度低;
2.能沉积单晶、多晶、非晶的膜层和超薄层、原子层薄膜;
3.可以大规模、低成本制备复杂组分的薄膜和化合物半导基体材料;
4.可以在不同基材表面沉积;
5.每一种或增加一种MO 源可以增加沉积材料中的一种组分或一种化合
物，使用两种或更多MO 源可以沉积二元或多元、二层或多层的表面材
料，工艺的通用性较广。
金属有机物化学气相沉积的缺点是∶沉积速度较慢，仅适宜于沉积微米级的表面层;原料的毒性较大，设备的密封性、可靠性要好，并谨慎管理和操作。
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1
CVD法简述
目录
2
CVD法分类及应用
1.CVD法简述
定义
一种或数种反应气体通 过热、激光、等离子体等发 生化学反应析出超微粉的方 法。
1.1 CVD法原理
图1 化学气相沉积的五个主要的步骤 (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
无机晶体材料晶体的生长过程
由于化学气相沉积法所制备的大多是无机晶体材料涉及到晶
体的生长。晶体生长：第一步是获得结晶核心，后续的结晶过程
通过该核心的生长完成。结晶核心可以是外来的即引入子晶，也 可以是母相中形成的。第二步：在完成晶核以后，晶体的生长过
程是通过结晶界面不断向母相中推进。
1.2 采用CV够的压力，以适当 的速度引入反应室 （2）除需要的沉积物外，其它反应物或生成物应是挥 发性的。 （3）沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证沉积 反应过程始终在受热基片上进行，而基片的蒸汽压必 须足够低。
1.3 CVD法常用的反应类型
CVD是通过一个或多个反应实现的，常见的反应有：
a.热分解或高温分解反应：SiH4(g)
Ni(CO)4(g) b.还原反应 SiCl4(g) + 2H2(g) WF6(g) + 3H2(g) c.氧化反应 d.水解反应 e.复合反应 SIH4(g)+O2(g) 2AlCl3(s) + 3H2O(g)
Si(s) + 2H2 (g)
Ni(s) + 4CO(g) Si(s) + 4HCl(g) W(s) + 6HCl(g) Si(s)+H2O(g) Al2O3(s)+6H2O(g)
等离子体型反应室
2.2CVD法应 用
2.3 CVD法的应用前景
• 化学气相沉积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、沉积各种 单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫 化物、氮化物、碳化物，也可以是二元或多元的元素间化合物， 而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。目 前，用CVD技术所制备的材料不仅应用于宇航工业上的特殊复合 材料、原子反应堆材料、刀具材料、耐热耐磨耐腐蚀及生物医用 材料等领域，而且还被应用于制备与合成各种粉体料、新晶体材 料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。
包括上述一种或几种反应类型
2.CVD法分类
• CVD技术根据反应类型可分为 金属有机物化合物气相沉积(MOCVD) 等离子体辅助化学气相沉积(PECVD) 激光化学气相沉积(LCVD) 超声波化学气相沉积(UWCVD) 微波等离子体化学气相沉积（MWPECVD）
2.1 CVD法常用的装置
加热型反应室