【文章內容簡介】 同：在真空中進行 異：蒸發(fā)制膜是將材料加熱汽化 濺射制膜是用離子轟擊靶材 ， 將其原子打出 。 先進材料制備技術 LOGO 離子鍍 離子鍍 在鍍膜的同時 ， 采用帶能離子轟擊基片表面和膜層的鍍膜技術 。 離子轟擊的目的在于改善膜層的性能 。 離子鍍的優(yōu)點 入射離子能量高 ， 與基體的結合強度高 ， 膜層致密 ， 耐久性好 ， 膜層硬度高 ， 耐磨性好 ， 耐蝕性好； 與其他表面處理工藝結合使用效果更佳 可鍍基材廣泛 ， 可同時在不同金屬材料的表面成膜 ， 膜層的顏色均勻一致 ， 成膜溫度低而熱穩(wěn)定好； 膜層隱蔽性好 鍍膜過程無環(huán)境污染 先進材料制備技術 LOGO 離子鍍 離子鍍裝置 將基片放在陰極板上 ， 在基片和蒸發(fā)源之間加高電壓 ，真空室內充入 。 與放電氣體成比例的蒸發(fā)分子 ， 由于強電場的作用而激發(fā)電離 ， 離子加速后打到基片上 ， 而大部分中性蒸發(fā)分子不能加速而直接到達基片上 。 先進材料制備技術 LOGO 1 薄膜材料的制備 薄膜的形成機理 物理氣相沉積 化學氣相沉積 化學溶液鍍膜法 液相外延制膜法 膜厚的測量與監(jiān)控 先進材料制備技術 LOGO 化學氣相沉積 Materials Physics Precursor Reactor Solid products (Thin films, Powders) Gas phase products Energy Chemical Vapor Deposition (CVD) is chemical reactions which transform gaseous molecules , called precursor, into a solid material , in the form of thin film or powder, on the surface of a substrate . LOGO 化學氣相沉積 Materials Physics 1. Precursor 2. Substrates 3. Heater or furnace 4. Exhaust General System Requirements ? Gas and vapor delivery lines ? Reactor main chamber hot wall, cold wall ? Energy source(s) Exhaust system byproducts removal Reactor: 水平型：生產(chǎn)量較高 ， 但沿氣流方向膜厚及濃度分布不均； 垂直型：膜均勻性好 ， 但產(chǎn)量不高； 圓筒型：兼顧上面兩者優(yōu)點 。 LOGO 化學氣相沉積 Materials Physics Vaporization and transport of precursor molecules into reactor Diffusion of precursor molecules to surface Adsorption of precursor molecules to surface Deposition of precursor molecules on surface and incorporation into solid films Rebination of molecular byproducts and desorption into gas phase LOGO Materials Physics Different CVDs and their applications Atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) Plasma assisted (enhanced) chemical vapor deposition (PACVD, PECVD) Diamond film and other thin films Laser chemical vapor deposition (LCVD) Cd, Zn , Mo films and Fe2O3, PbO, PbS, Al2O3 Metalanic chemical vapor deposition (MOCVD) Oxide ceramic thin films (TiO2, ZnO, Fe2O3) Advantages Low temperature synthesis Easy to control the homogeneity and stoichiometry of products Easy to control the concentration of dopants 化學氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 項 目 PVD CVD 物質源 生成膜物質的蒸氣 ，反應氣體 含有生成膜元素的化合物蒸氣 ， 反應氣體等 激活方法 消耗蒸發(fā)熱 ， 電離等 提供激活能 ， 高溫 ， 化學自由能 制作溫度 250~2022℃ （ 蒸發(fā)源 ） 25℃ 至合適溫度 （ 基片 ） 150~2022℃ （ 基片 ） 成膜速率 5~250 25~1500 用途 裝飾 ， 電子材料 ， 光學 材料精制 ， 裝飾 ， 表面保護 ， 電子材料 可制作薄 膜的材料 所有固體 （ C、 Ta、W困難 ） 、 鹵化物和熱穩(wěn)定化合物 堿及堿土類以外的金屬 （ Ag、 Au困難 ） 、 碳化物 、 氮化物 、 硼化物 、 氧化物 、 硫化物 、 硒化物 、 碲化物 、 金屬化合物 、 合金 LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 ? 最早采用的 CVD化學反應方式是用于金屬精制的氫還原 、 化學輸送反應等 。 化學氣相沉積的反應形式可分為以下五類： LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 （ 1）熱分解反應 ?利用化合物加熱分解 ， 在基體 （ 基片或襯底 ） 表面得到固態(tài)膜層的技術 。 ?現(xiàn)在熱分解法制備薄膜的典型應用是半導體中的外延薄膜制備 、 多晶硅薄膜制備等 。 ???? ???????? ???????? ???????? ?????2421202200424019042120220042)()(2)()(4)()()(2)()(ITiT i IHCCHCONiCONiHSiS i HCCCCCCoooooo固氣固氣固氣固氣加熱 LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 （ 2） 氫還原反應 ? 氫還原反應的典型應用是半導體技術中的外延生長 。 使用氫還原反應可以從相應的鹵化物制作出硅 、 鍺 、 鉬 、 鎢等半導體和金屬薄膜 。 ? 氫還原反應不同于熱分解反應 ， 是可逆的 。 因而 ，反應溫度 、 氫與反應氣體的濃度比 、 壓力等都是很重要的反應參數(shù) 。 H C lSiHS i C l 42 24 ?? ??? D LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 （ 3） 由金屬產(chǎn)生的還原反應 ? 這種反應是用其他金屬還原鹵化物來置換硅的反應 。在半導體器件制造中還未得到應用 ， 但已用于硅的精制上 。 24 42 Z n C lSiZnS i C l ?? ???D LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 （ 4）由基片產(chǎn)生的還原反應 ? 這種反應發(fā)生在基片表面上 ， 反應氣體被基片表面還原生成薄膜 。 典型的反應是鎢的氟化物與硅 。 在硅表面上與硅發(fā)生如下反應 ， 鎢被硅置換 ， 沉積在硅上 ， 這時如有氫存在 ， 反應也包含有氫還原： WS i FSiWF323246 ??? LOGO Materials Physics 化學氣相沉積 （ 5） 化學輸送反應 ? 這種反應在高溫區(qū)被置換的物質構成鹵化物或者與鹵素反應生成低價鹵化物 。 它們被輸送到低溫區(qū)域 ，在低溫區(qū)域由非平衡反應在基片上形成薄膜 。 ? 這種反應不僅用于硅膜制取 ， 而且用于制備 Ⅲ Ⅴ族化合物半