【正文】 。例：在 50℃ 的襯底溫度下也可實現(xiàn) SiO2薄膜的沉積。 2. 絕緣介質(zhì)膜：利用多種氣體分子在光子促進作用下的化學反應。 特點： 使用有機金屬化合物作為反應物。 b） 反應生成的副產(chǎn)物不應妨礙晶體生長 ， 不應污染生長層 。 原料的優(yōu)點： 這類化合物在較低的溫度即呈氣態(tài)存在 ， 避免了液態(tài)金屬蒸發(fā)的復雜過程 。 77 MOCVD系統(tǒng)的示意圖 AIXTRON的 2400G3（ HT）型 MOCVD“行星式”反應室 78 MOCVD綜合評價： MOCVD設備相對其他設備價格要貴，不光是設備本身貴而且維護費用也貴。 所以使用 MOCVD設備是很多高校和科研單位的首選。 2. 關(guān)于氧化鋅方面已經(jīng)有南京大學、中科大、物理所、長春光機所、湖南大學、吉林大學也都在使用 MOCVD從事 ZnO方面得研究，雖然現(xiàn)在 ZnO LED還面臨著許多得困難，但相信國內(nèi)得研究者們會有些突破。 MOCVD法的應用： 主要用于 Ⅲ —Ⅴ 族和 Ⅱ —Ⅵ 族化合物半導體材料的外延生長。它包括了化學氣相沉積的一般技術(shù)，又有輝光放電的強化作用。 83 84 1) 屬于低壓 CVD沉積。因而顯著地降低薄膜的沉積溫度，使原來要在高溫、進行的反應過程得以在低溫實現(xiàn)。 2) 活性基團直接擴散到襯底。 4) 沉積所需要的化學基團擴散到襯底表面。 6) 氣體分子被直接排除到系統(tǒng)之外。 86 PECVD裝置分類（等離子體產(chǎn)生方式）： 1. 二極直流輝光放電 PECVD 2. 射頻電容或電感耦合 PECVD 3. 微波輔助 PECVD 87 1. 二極直流輝光放電 PECVD DCPCVD是利用高壓直流負偏壓（ 1～ 5kV），使低壓反應氣體發(fā)生輝光放電產(chǎn)生等離子體，等離子體在電場作用下轟擊工件，并在工件表面沉積成膜。 缺點 是不導電的基體或薄膜不能應用。 89 直流和射頻二極輝光放電的缺點： 1. 都使用電極將能量耦合到等離子體中，故電極表面會產(chǎn)生較高的鞘層電位，在鞘層電位作用下離子高速撞擊襯底和陰極這樣會對薄膜造成污染。 90 3. 微波輔助 PECVD 原理： 使用波導或微波天線兩種方式將微波能量耦合至 CVD裝置中的等離子體中。激發(fā)的亞穩(wěn)態(tài)原子多，化學反應容易進行，是一種很有發(fā)展前途、用途廣泛的新工藝。在諧振腔中心，微波電場幅值最大。在等離子體中放置襯底調(diào)節(jié)溫度即可實現(xiàn) CVD沉積。 堿及堿土類以外的金屬（ Ag、 Au困難），碳化物、氮化物、氧化物 93 第五節(jié) Sol—Gel工藝技術(shù) 一、 Sol—Gel工藝簡介 二、 Sol—Gel工藝過程 三、 Sol—Gel工藝優(yōu)缺點 四、 Sol—Gel工藝的應用 94 Sol— Gel技術(shù)： 指金屬有機或無機化合物，經(jīng)過溶膠、液膠、凝膠而固化，再經(jīng)過熱處理而成為氧化物或其它化合物固體的方法。 一、 Sol— Gel工藝簡介 95 solgel工藝技術(shù)的一般原理： 出發(fā)原料 （ 1）金屬醇鹽溶液； （ 2）氧化物溶液或氫氧化物溶液； （ 3）聚合物溶液或可聚體溶液。 金屬醇鹽的水解 聚合反應。 影響形成 solgel的主要因素： （ 1）環(huán)境的溫度 T=35℃ 左右； （ 2）溶劑； （ 3）濃度； （ 4）催化劑 冰乙酸。 步驟 3 ： 加入適量乙酸（ CH3COOH），用磁力攪拌器攪拌至溶液澄清，然后加入適量乙二醇甲醚。 98 步驟 4 ： 再由鈦酸鍶鋇的分子式算出鈦酸丁脂 [Ti(OC4H9)4]的質(zhì)量，由電子天平稱量出后溶于適量乙二醇甲醚后，緩慢倒入剛才的燒杯，不斷攪拌到溶液澄清。根據(jù)需要由摩爾比算出溶液的體積，加入乙酸溶液，然后攪拌均勻。將硅片放在甩膠機中心，用機械泵吸住硅片，然后在其中心滴兩滴左右的溶液，用勻膠機甩膠，形成一層薄膜。目的是將薄膜中的水和一些有機物揮發(fā)，溫度一般在 450℃ 左右。 步驟 9： 高溫燒結(jié)。 C左右的溫度下讓薄膜結(jié)晶，得到所需要的 BST薄膜。 100 101 Metal electrode SiO2 BST film Si Pt襯底 Si襯底 102 二、 Sol— Gel工藝優(yōu)缺點 ： ① 薄膜組分純度高，組分控制精確。由于前驅(qū)體的配置是在溶液中進行，使均勻性可達到亞微米級、分內(nèi)米級、甚至分子級水平。 ④ 設備簡單，成本低。（無復雜的真空系統(tǒng)）。影響薄膜的結(jié)構(gòu)與性能。 ③ 薄膜樣品易開裂。 104 四、 Sol— Gel工藝的應用 1. 在電子陶瓷方面 a）鐵電存儲器： Bi4Ti3O1 PZT、 PLZT 等 b）熱釋電探測器： BST紅外焦平面， PZT紅外探測器。 d）燃料電池： YSZ固體電介質(zhì)膜。 如：①高反射膜，減反射膜等。 ③稀土發(fā)光材料。熱膨脹系數(shù)小，化學穩(wěn)定性好。 ③制成的 SiO2氣凝膠具有超絕熱性能。耐壓、耐腐蝕等特點，且孔徑可以調(diào)節(jié)。 ③催化劑具有高化表面，大孔容和孔徑均勻等特點。 ⑵與 H2O、 C2H5OH等普通溶劑相反的惰性溶劑的應用。 ⑷多組分體系有關(guān)絡和物的形成和反應特性。 109 第五節(jié) Sol—Gel工藝技術(shù) 一、 Sol—Gel工藝簡介 二、 Sol—Gel工藝過程 三、 Sol—Gel工藝優(yōu)缺點 四、 Sol—Gel工藝的應用 110 溶膠－凝膠法的基本概念 ? 溶膠 （ Sol） 是具有 液體特征 的膠體體系 ， 分散的粒子是固體或者大分子 ， 分散的粒子大小在 1～ 100nm之間 。 溶膠 無固定形狀 固相粒子自由運動 凝膠 固定形狀 固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不能自由移動 111 溶膠－凝膠法： 就是用含高化學活性組分的化合物作前驅(qū)體 ， 在液相下將這些原料均勻混合 ， 并進行水解 、縮合化學反應 ， 在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系 ，溶膠經(jīng)膠粒間緩慢聚合 ， 形成三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的凝膠 ， 凝膠網(wǎng)絡間充滿了失去流動性的溶劑 ， 形成凝膠 。 溶膠－凝膠法的基本概念 溶解 前驅(qū)體 溶液 溶膠 凝膠 凝膠 水解 縮聚 老化 112 solgel工藝技術(shù)的一般原理： 出發(fā)原料 （ 1）金屬醇鹽溶液； （ 2）氧化物溶液或氫氧化物溶液； （ 3）聚合物溶液或可聚體溶液。 金屬醇鹽的水解 聚合反應。 solgel工藝技術(shù)的一般原理： 114 二、 Sol— Gel工藝過程 以制備鈦酸鍶鋇（ BaxSr1xTiO3，簡稱 BST）薄膜為例： 步驟 1： 用電子天平稱量出一定的純 乙酸鋇 [Ba(CH3COO)2]晶體，放入燒杯中。 步驟 3 ：加入適量 乙酸 （ CH3COOH）， 用 磁力攪拌器 攪拌至溶液澄清，然后加入 適量 乙二醇甲醚 。 BaxSr1xTiO3 116 1 2 3 4 5 6 7 磁力攪拌溶膠－凝膠合成反應示意圖 2. 密封蓋板 5. 磁力攪拌器加熱板 6. 溫度調(diào)節(jié)器 7. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 磁力攪拌器 117 步驟 4 ： 再由鈦酸鍶鋇的分子式算出 鈦酸丁脂 [Ti(OC4H9)4]的質(zhì)量，由電子天平稱量出后溶于適量乙二醇甲醚后，緩慢倒入剛才的燒杯，不斷攪拌到溶液澄清。根據(jù)需要由摩爾比算出溶液的體積，加入前面配置的溶液，然后攪拌均勻，得到凝膠。將硅片放在甩膠機中心，用機械泵吸住硅片，然后在其中心滴兩滴左右的溶液，用勻膠機甩膠，形成一層薄膜。目的是將薄膜中的水和一些有機物揮發(fā)，溫度一般在 450℃ 左右。 步驟 9： 高溫燒結(jié)。 C左右的溫度下讓薄膜結(jié)晶，得到所需要的 BST薄膜。 119 120 二、 Sol— Gel工藝優(yōu)缺點 ： ① 薄膜組分純度高，組分控制精確。由于前驅(qū)體的配置是在溶液中進行，使均勻性可達到亞微米級、分內(nèi)米級、甚至分子級水平。 ④ 設備簡單，成本低。（無復雜的真空系統(tǒng)）。影響薄膜的結(jié)構(gòu)與性能。 ③ 薄膜樣品易開裂。 122 各種工藝的比較 比較項 PVD CVD 溶膠－凝膠 物質(zhì)源 生成膜物質(zhì)的蒸汽 含有膜元素的化合物蒸汽、 反應氣體 含膜元素的無機鹽、醇鹽 或羧酸鹽等 激活方式 消耗蒸發(fā)熱、電離等 提供激活能、高溫、化學 自由能 加熱處理 制備溫度 250~2022℃ （蒸發(fā)源） 25~適合溫度 (基片 ) 150~2022℃ （基片） 300~800℃ （基片） 膜致密性 致密 致密 較致密 膜附著性 較好 好 好 化學組成相 組成均勻性 一般 較高 高 成本 高 高 低 123 作 業(yè) 1. 試說明邊界層存在的原因及其影響因素，擴散與對流作為氣體輸運的兩種機制，它們對CVD沉積速率有何影響？ 2. 試比較 PVD、 CVD和 Sol— gel工藝技術(shù)的原理、結(jié)構(gòu)及應用方面的優(yōu)缺點？