下载文档原格式
化学气相沉积原理化学气相沉积原理（ChemicalVaporDeposition，CVD）技术是一种利用特定温度和压力等环境下，以原料气体为主要反应物，在晶体表面生成一层膜的一种技术。
它是制备复杂晶体和半导体材料、功能膜绝缘膜以及薄膜传感器等的重要手段。
本文将对化学气相沉积原理进行简要介绍并探讨其原理、发展状况和应用前景。
化学气相沉积原理是20世纪60年代美国Stony Brook大学的研究人员发明的。
原理是利用特定温度和压力，将源气体反应后形成膜，在许多材料上都可以进行。
它不仅具有半导体薄膜和金属膜的有机结合性，而且在低温、低压条件下，晶体表面受到源气体的温度和压力的影响极小，可以在各种晶体表面上形成膜，用以获得有效的原位制备有序膜。
一般来说，CVD技术具有以下特点：1、反应产物留在晶体表面，操作步骤简单，可以形成深厚的均匀合晶膜；2、晶体表面和晶体体系都不受到CVD过程的影响；3、均匀膜可用于形成精密器件或小型器件；4、CVD过程中不会产生有害物质，环境污染小；5、CVD过程中可以形成合晶膜，无须热处理保持晶体结构；6、可用于大规模生产。
CVD技术最早被用于半导体制备，因其具有良好的结构控制和可大规模生产的特点，近年来，CVD技术被广泛用于金属膜、纳米晶体、纳米化合物等的制备，成为特种器件、传感器、节能技术和生物医学技术的重要基础。
CVD技术的发展以来，已经取得了较大的进展。
现在，CVD技术已被用于多种半导体芯片、显示器和太阳能电池的制备，有效地为现代信息、电子、能源和医疗等领域提供了支撑。
随着更先进的技术的出现，CVD技术的研究和应用也在不断发展，被广泛应用于传感器，电子信号处理，新材料研究，太阳能电池，太空技术等领域，发挥着重要作用。
总之，化学气相沉积技术发展快速，应用广泛，已经取得了许多重要的研究成果，可以有效地支撑信息、电子、能源和医疗等领域的发展。
新一代CVD技术可以为未来许多领域提供更多的可能性，它将成为节能技术，精密器件，薄膜传感器，生物医学技术的重要基础。
气相沉积简介CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积），指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。
在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。
经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。
特点沉积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。
制备的必要条件1）在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室；2）反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的；3）沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。
PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。
涂层技术增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。
增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。
过滤阴极弧：过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。
磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。
根据使用的电离电源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。
离子束DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。
化学气相沉积的研究综述齐鲁工业大学机械与汽车工程学院机械11-1济南,250300摘要：论述了化学气相沉积的由来、发展历程和最近国内外研究的现状，主要举例说明金刚石膜的研究进程和现状。
讲了几种主要的化学气相沉积的关键技术应用，包括金属有机化合物化学气相沉积技术、等离子化学气相沉积、激光化学气相沉积、超声波化学气相沉积。
还介绍了化学气相沉积的研究应用方向，主要包括保护涂层、微电子技术、超导技术、太阳能利用等方面。
关键字：化学气相沉积金刚石膜等离子超导技术1 概述化学气相沉积（简称CVD）是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面反应生成固态沉积物的技术。
这一名称是在20 世纪60 年代初期由美国John M Blucher Jr 等人[1]首先提出来的，后来又有人称它为蒸气镀Vapor Plating,而Vapor Deposition 一词后来被广泛的接受。
人们又利用引导气体深入到多孔材料内部沉积以达到使材料致密化的目的。
法国最先利用制备致密化材料的CVI 技术，即化学气相渗透CVI[2]。
化学气相沉积是一种材料表面改性技术。
它可以利用气相间的反应, 在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度条件下, 赋予材料表面一些特殊的性能。
目前, 由化学气相沉积技术制备的材料,不仅应用于刀具材料、耐磨耐热耐腐蚀材料、宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料及生物医用材料等领域, 而且被广泛应用于制备与合成各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。
在作为大规模集成电路技术的铁电材料、绝缘材料、磁性材料、光电子材料的薄膜制备技术方面, 更是不可或缺。
[3]CVD 沉积物的形成涉及到各种化学平衡及化学动力学过程，这些化学过程又受反应器设计、工艺参数、气体性能和基体性能等诸多因素的影响[4]，要考虑所有的因素来描述完整的CVD 工艺模型几乎是不可能的，因此必须做出某些简化和假设。
而其中最为典型的是浓度边界层理论模型[5]。
化学气相法沉积聚合物一、化学气相沉积（CVD）原理1. 基本概念- 化学气相沉积是一种通过气态先驱体在高温、等离子体或其他能量源的作用下发生化学反应，在基底表面沉积出固态薄膜的技术。
对于聚合物的化学气相沉积，先驱体通常是含有碳、氢等元素的有机化合物。
- 在CVD过程中，气态先驱体被输送到反应室中，在基底表面或靠近基底的区域发生分解、聚合等反应，从而形成聚合物薄膜。
2. 反应条件- 温度：不同的先驱体和反应体系需要不同的温度条件。
一般来说，较高的温度有助于先驱体的分解和反应的进行，但对于一些对温度敏感的基底或聚合物结构，需要精确控制温度以避免基底的损坏或聚合物的过度分解。
例如，某些有机硅先驱体在300 - 500°C的温度范围内可以有效地沉积硅基聚合物薄膜。
- 压力：反应室中的压力也是一个关键因素。
低压CVD（LPCVD）和常压CVD （APCVD）是常见的两种压力条件。
LPCVD通常在较低的压力（1 - 100 Pa）下进行，能够提供较好的薄膜均匀性和纯度，因为在低压下，气态分子的平均自由程较长，反应产物更容易扩散离开反应区域。
APCVD则在常压（约101.3 kPa）下进行，设备相对简单，但可能会存在薄膜均匀性较差的问题。
- 载气：载气用于将气态先驱体输送到反应室中。
常用的载气有氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体。
载气的流速会影响先驱体在反应室中的浓度分布，进而影响聚合物的沉积速率和薄膜质量。
二、聚合物沉积的先驱体1. 有机硅先驱体- 如四甲基硅烷（Si(CH₃)₄）等有机硅化合物是常用的先驱体。
在CVD过程中，四甲基硅烷在高温下会发生分解反应，硅 - 碳键断裂，释放出甲基基团，然后硅原子之间相互连接形成硅基聚合物的骨架结构。
反应式大致为：Si(CH₃)₄→Si + 4CH₃（高温分解），随后硅原子发生聚合反应形成聚合物。
- 有机硅先驱体沉积得到的聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性等特点，在电子、航空航天等领域有广泛的应用。
第二节化学气相沉积(CVD)1.化学气相沉积技术的简单介绍2.化学气相沉积中典型的化学反应3.化学气相沉积反应的装置及技术4.源物质5.气态物种的输运6.……第六章纳米材料的合成方法化学气相沉积技术的简介1化学气相沉积是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术。
化学气相沉积的英文词原意是化学蒸气沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)，因为很多反应物质在通常条件下是液态或固态，经过汽化成蒸气再参与反应的。
1.1 Definition这一名称是在20世纪60年代初期由美国J. M. Blocher Jr.等人在《Vapor Deposition 》一书中首先提出的。
Blocher 还由于他对CVD 国际学术交流的积极推动被尊称为“Sir CVD"，在20世纪60年代前后对这一项技术还有另一名称，即蒸气镀Vapor Plating ，而Vapor Deposition 一词后来被广泛地接受。
根据沉积过程中主要依靠物理过程或化学过程划分为物理气相沉积(Physical VaporDeposition 简称PVD)和化学气相沉积两大类。
实际上随着科学技术的发展，也出现了不少交叉的现象。
例如利用溅射或离子轰击使金属汽化再通过气相反应生成氧化物或氮化物等就是物理过程和化学过程相结合的产物，相应地就称之为反应溅射、反应离子镀或化学离子镀等。
例如，把真空蒸发、溅射、离子镀等通常归属于PVD;而把直接依靠气体反应或依靠等离子体放电增强气体反应的称为CVD 或等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositinn,简称PECVD 或PCVD)。
化学气相沉积的古老原始形态可以追溯到古人类在取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层。
它是木材或食物加热时释放出的有机气体，经过燃烧、分解反应沉积生成岩石上的碳膜。
化学气相沉积CVD化学气相沉积1 前言化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)是利用加热，等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。
一般地说，化学气相沉积可以采用加热的方法获取活化能，这需要在较高的温度下进行；也可以采用等离子体激发或激光辐射等方法获取活化能，使沉积在较低的温度下进行。
另外，在工艺性质上，由于化学气相沉积是原子尺度内的粒子堆积，因而可以在很宽的范围内控制所制备薄膜的化学计量比；同时通过控制涂层化学成分的变化，可以制备梯度功能材料或得到多层涂层。
在工艺过程中，化学气相沉积常常在开放的非平衡状态下进行，根据耗散结构理论，利用化学气相沉积可以获得多种晶体结构。
在工艺材料上，化学气相沉积涵盖无机、有机金属及有机化合物，几乎可以制备所有的金属（包括碳和硅），非金属及其化合物（碳化物、氮化物、氧化物、金属间化合物等等）沉积层。
另外，由于气态原子或分子具有较大的转动动能，可以在深孔、阶梯、洼面或其他形状复杂的衬底及颗粒材料上进行沉积。
为使沉积层达到所需要的性能，对气相反应必须精确控制。
正是由于化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂层纯度高工艺简单容易进行等一系列的特点，化学气相沉积成为一种非常灵活、应用极为广泛的工艺方法，可以用来制备各种涂层、粉末、纤维和成型元器件。
特别在半导体材料的生产方面，化学气相沉积的外延生长显示出与其他外延方法（如分子束外延、液相外延）无与伦比的优越性，即使在化学性质完全不同的衬底上，利用化学气相沉积也能产生出晶格常数与衬底匹配良好的外延薄膜。
此外，利用化学气相沉积还可生产耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀等功能涂层。
在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。
经过CVD 处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。
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。
