气相沉积法制备纳米材料
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2ZnI2(g) + S2(g) (通常T2<
2ZnS(s) + 2I2(g)
T1)
案例一： 提纯金属钛
1、用I2做转移试剂,利用挥发金属碘化物(TiI4)的蒸汽发生热 分解,从而在气相中析出金属钛. 2、 钛和碘在不同温度下发生不同反应: Ti+2I2====TiI4 TiI4+ Ti=====2TiI2 TiI4+TiI2====2TiI3 3 、反应器
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)
MoF6(g)+ 3H2(g)
W(s) + 6HF(g) (300°C)
Mo(s) + 6HF(g) (300°C)
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。
化学气相沉积(CVD)
直接利用气体或者通过各种手段将物质变 为气体,然后使它们在气态下发生物理或化 学作用,最后凝聚长大形成纳பைடு நூலகம்微粒的方法。
物理作用
物质
气体
化学作用
纳米微粒
固相法
固相法
SiH4(g) + O2(g) 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)
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. 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)
化学气相沉积法
化学气相沉积(CVD)的原理 化学气相沉积(CVD)的特点 化学气相沉积(CVD)的基本要求 化学气相沉积(CVD)的反应类型 化学气相沉积(CVD)的
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
（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 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)
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。 SiCl4(g)+ CH4(g) SiC(s)+ 4HCl(g) (1400°C) TiCl4(g)+ CH4(g) TiC(s)+ 4HCl(g) (1000°C) BF3(g) + NH3(g) BN(s) + 3HF(g) (110°C) 3SiCl2H2+4NH3(g) Si3N4 (s)+6H2(g)+6HCl(g) (750°C)
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。 关键：反应源物质和热解温度 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。
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；
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。
T1
2HgS(s)
T2 T1 T2
2Hg(g) + S2(g)
2ZnS(s) + 2I2(g)
T1)
案例一： 提纯金属钛
1、用I2做转移试剂,利用挥发金属碘化物(TiI4)的蒸汽发生热 分解,从而在气相中析出金属钛. 2、 钛和碘在不同温度下发生不同反应: Ti+2I2====TiI4 TiI4+ Ti=====2TiI2 TiI4+TiI2====2TiI3 3 、反应器
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)
MoF6(g)+ 3H2(g)
W(s) + 6HF(g) (300°C)
Mo(s) + 6HF(g) (300°C)
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。
化学气相沉积(CVD)
直接利用气体或者通过各种手段将物质变 为气体,然后使它们在气态下发生物理或化 学作用,最后凝聚长大形成纳பைடு நூலகம்微粒的方法。
物理作用
物质
气体
化学作用
纳米微粒
固相法
固相法
SiH4(g) + O2(g) 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)
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. 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)
化学气相沉积法
化学气相沉积(CVD)的原理 化学气相沉积(CVD)的特点 化学气相沉积(CVD)的基本要求 化学气相沉积(CVD)的反应类型 化学气相沉积(CVD)的
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
（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 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)
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。 SiCl4(g)+ CH4(g) SiC(s)+ 4HCl(g) (1400°C) TiCl4(g)+ CH4(g) TiC(s)+ 4HCl(g) (1000°C) BF3(g) + NH3(g) BN(s) + 3HF(g) (110°C) 3SiCl2H2+4NH3(g) Si3N4 (s)+6H2(g)+6HCl(g) (750°C)
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。 关键：反应源物质和热解温度 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。
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；
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。
T1
2HgS(s)
T2 T1 T2
2Hg(g) + S2(g)