表面处理技术概论第5章气相沉积技术
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气相沉积原理
气相沉积(Gas Phase Deposition)是一种用于合成薄膜的技术,其原理是将气体或蒸汽沉积在基底表面上生成薄膜。
该技术通常适用于需要高纯度和均匀性的薄膜材料制备。
在气相沉积中,薄膜的合成过程分为两个阶段:气体源的转化和固体相的形成。
首先,气体源被转化成反应物,在高温和高压的条件下,通过化学反应或热分解产生反应物。
这些反应物可以是气体、液体或固体的形式。
接下来,反应物将被输送到基底的表面,并发生固相沉积的过程。
在此过程中,反应物分子会逐个附着到基底表面上,形成一个连续的薄膜。
在气相沉积中,有几种常见的技术,包括化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)和物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,简称PVD)。
这些技术之间的
差异在于反应物的形式和反应的机理。
化学气相沉积通常使用气体反应物,通过化学反应在表面上生成薄膜。
这种方法可以实现对薄膜成分和结构的精确控制。
而物理气相沉积则使用固体反应物,通过蒸发或溅射的方式将固体转化为薄膜。
这种方法主要依赖于物理过程,如固体的汽化和热扩散。
无论是化学气相沉积还是物理气相沉积,都需要精确控制反应条件和基底表面的处理,以确保薄膜的均匀性和质量。
总之,气相沉积是一种重要的薄膜制备技术,可以用于制备多种材料的薄膜。
通过控制反应条件和处理基底表面,可以实现对薄膜的成分和结构的精确控制,具有广泛的应用潜力。
物理气相沉积技术
物理气相沉积技术(PVD)是一种表面处理技术,它利用原子或分子沉积在物体表面上以改变其性质和外观。
PVD技术包括磁控溅射、电弧放电、激光蒸发和离子束沉积等方法。
其中最常用的是磁控溅射。
磁控溅射利用磁场和电场控制离子在靶材表面的碰撞,使表面原子或分子被溅射并沉积到基底上。
这种技术可以制备多种材料,如金属、合金、陶瓷、半导体、光学薄膜等,并具有优异的物理和化学性质。
PVD技术广泛应用于电子、光电、机械、航空航天、医疗和环保等领域。
PVD技术具有以下优点:1)沉积过程中无需添加化学物质,无毒无害,环保安全;2)可以控制沉积速率、成膜厚度和成膜均匀性;3)沉积后的薄膜具有高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性、高温稳定性等优点;4)可以在复杂形状的物体表面进行沉积,如3D打印件表面的涂层,具有重要应用价值。
但是,PVD技术也存在一些限制:1)成本高,设备和操作费用较高;2)沉积速率较慢,不利于大规模生产;3)对于某些材料如聚合物,PVD技术难以应用。
综上所述,PVD技术是一种重要的表面处理技术,具有广泛应用前景。
随着技术的不断发展,PVD技术将继续在各个领域发挥重要作用。
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气相沉积原理气相沉积(CVD)是一种常见的薄膜制备技术,广泛应用于半导体、光电子、材料科学等领域。
它通过在气相中使化学物质发生化学反应,从而在基底表面沉积出所需的薄膜。
气相沉积技术具有高效、均匀、多样化等优点,因此备受关注。
气相沉积的原理主要包括气相传质、表面反应和沉积过程三个方面。
首先,气相传质是指反应气体在反应室中传输和扩散的过程。
在传输过程中,气体分子与基底表面发生碰撞并吸附,为后续的表面反应提供物质基础。
其次,表面反应是指吸附在基底表面的气体分子在一定条件下发生化学反应,生成固体产物。
这一步骤决定了沉积薄膜的化学成分和结构特征。
最后,沉积过程是指固体产物在基底表面上沉积成薄膜的过程。
在这一过程中,需要控制沉积速率、均匀性和结晶度,以获得所需的薄膜性能。
气相沉积原理的实现需要考虑多种因素,包括反应气体的选择、反应温度、压力、基底表面状态等。
首先,反应气体的选择对沉积薄膜的性质有重要影响。
不同的气体组合会导致不同的化学反应路径和产物特性。
其次,反应温度和压力是影响气相沉积反应速率和产物结构的重要参数。
适当的反应温度和压力可以促进表面反应的进行,并控制沉积速率和均匀性。
最后,基底表面的状态对沉积薄膜的质量和结晶度有显著影响。
良好的表面状态可以提供良好的吸附条件,有利于沉积物的均匀性和结晶度。
在实际应用中,气相沉积技术可以通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等不同方式实现。
CVD是利用化学反应在基底表面上沉积出所需的薄膜,而PVD则是利用物理手段将固体材料蒸发或溅射到基底表面形成薄膜。
两种方法各有优劣,根据具体需求选择合适的技术路线。
总的来说,气相沉积原理是一种重要的薄膜制备技术,其在半导体、光电子、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
通过深入理解气相沉积的原理和影响因素,可以更好地控制薄膜的质量和性能,推动相关领域的科学研究和工程应用。
一、气相沉积技术气相沉积技术分为化学气相沉积与物理气相沉积制备具有各种物理化学性能和物理化学性能(高硬度、高耐热、高热导、高耐蚀、抗氧化、绝缘等)涂层,金属、合金涂层,多种多样的化合物、非金属、半导体、陶瓷和有机物的单层或多层结构上。
1.化学气相沉积热分解反应、金属还原反应、化学输送反应、氧化反应、分解反应、等离子激发反应、光激发(包括激光)反应厚度和质量均匀,反应温度低,涂层和基体结合强度高,工艺装备简单——面积大,形状复杂的工件2.物理气相沉积真空、热蒸发、辉光放电-溅射等力学性能,尺寸精度,纯度高,无废气——精密元件,集成电路,光电器件二、集成电路组成1.有源器件(晶体管)双极晶体管结构示意图a)抛面图b)顶视图P型硅片衬底为基础,n阱、源区、漏区、介质层、多晶硅、n阱与衬底的两线以及金属互联线——多层结构2.无源器件(如电阻电容)电容器件的结构图a)多晶硅-扩散b)多晶硅-多晶硅c)多晶硅-金属CMOS工艺中电容被加工成“多晶硅-扩散”、“多晶硅-多晶硅”、“多晶硅-金属”结构三、制备集成电路中的气相沉积技术综述(化学、物理、分类、例子)一个简单的例子:硅片衬底,硅片导电——沉积绝缘层或热生长一层二氧化硅防止相邻电阻间漏电,沉积导电层,光刻,金属线需跨过电阻——沉积另一层绝缘层,沉积金属互连层。
一个电阻集成电路的制作工艺流程复杂集成电路的多层连线结构包括化学气相沉积和金属溅射等(物理气相沉积),所有薄膜淀积设备都在中低真空环境下工作。
多晶硅(互连导电层):化学气相沉积,SiH4、H2等气体,600-950℃,杂质气体参杂降低电阻率。
绝缘物质(保护层)(SiO2、Si3N4):在Si衬底上沉积或热生长一层SiO2绝缘层。
金属埋层(电极导线)(铝、铜等及其合金):CVD、PCVD、真空蒸发技术、磁控溅射、射频溅射,s枪——中心阳极能有效捕集逃逸的二次电子,使基片免受高能电子的轰击而破坏。
CVD集成多腔工艺设备和工艺腔示意图具体技术:PVDCVDCVD的应用多晶硅:二氧化硅:氮化硅:金属:CVD在后段工艺中的应用:HPCVD:外延气相沉积具体应用:(1)双阱工艺:n阱和p阱的形成外延生长:硅片到达扩散区之前已经有了一个薄的外延层。