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化学气相沉积法

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化学气相沉积法

化学气相沉积法

化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种通过热分解气态前驱体在表面上
生长薄膜的方法，常用于制备高质量的薄膜材料，例如硅、氮化硅、氧化铝、钨等。

化学气相沉积法是一种简单、易于控制的工艺，具有良好的重复性和均匀性。

化学气相沉积法的基本原理是将气体前驱体输送到基片
表面，在高温下发生化学反应，生成固态物质，最终形成具有所需性质的薄膜。

典型的化学气相沉积系统包括前驱体输送、气体反应室和基片加热部分。

在前驱体输送部分，通常将前驱体通过压缩气体输送到
反应室内。

前驱体可为有机物或无机物，例如SiH4、NH3、
Al(CH3)3、W(CO)6等。

压缩气体可以是惰性气体，如氮、氩
或氢气。

在反应室内，前驱体和压缩气体混合形成气态反应物。

在气体反应室中，气态反应物在基片表面沉积，形成固
态薄膜。

这一过程通常需要高温条件下进行，以确保气态反应物的分解和沉积。

反应室通常用电阻器、辐射加热或激光热源进行加热。

化学气相沉积法的优点主要在于其所制备的薄膜均匀性、易于控制和高品质等，这使得它在半导体工业中得到了广泛的应用。

然而，它也存在一些问题，如膜质量受到前驱体纯度、反应物浓度、温度和气体动力学等因素的影响；反应过程中可能会形成副反应产物；反应室内的气压和流量的控制也是一个关键的问题。

化学气相沉积法已成为半导体工业中制备薄膜的重要方
法，其应用领域也在不断扩大。

它的发展将有助于推动半导体产业的进一步发展，满足人类对高性能电子产品的需求。

化学气相沉积

化学气相沉积

集成电路芯片工艺化学气相沉积（CVD）化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积是指通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。

CVD膜的结构可以是单晶、多晶或非晶态，淀积单晶硅薄膜的CVD过程通常被称为外延。

CVD技术具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。

利用CVD方这几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO：、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。

一：化学气相沉积方法常用的CVD方法主要有三种：常压化学汽相淀积(APCVD)、低压化学汽相淀积(LPCVIi~)和等离子增强化学汽相淀积(PECVD)．APCVD反应器的结构与氧化炉类似，如图1-1所示，该系统中的压强约为一个大气压，因此被称为常压CVD。

气相外延单晶硅所采用的方法就是APCVD。

图1-1APCVD反应器的结构示意图，LPCVD反应器的结构如图1-2所示，石英管采用三温区管状炉加热，气体由一端引入，另一端抽出，半导体晶片垂直插在石英舟上。

由于石英管壁靠近炉管，温度很高，因此也称它为热壁CVD装置，这与利用射频加热的冷壁反应器如卧式外延炉不同．这种反应器的最大特点就是薄膜厚度的均匀性非常好、装片量大，一炉可以加工几百片，但淀积速度较慢．它与APCVD的最大区别是压强由原来的1X10SPa降低到1X102Pa左右。

图1-2LPCVD反应器的结构示意图图1-3平行板型PECVD反应器的结构示意图PECVD是一种能量增强的CVD方法，这是因为在通常CVD系统中热能的基础上又增加了等离子体的能量．图1-3给出了平行板型等离子体增强CVD反应器，反应室由两块平行的金属电极板组成，射频电压施加在上电极上，下电极接地。

射频电压使平板电极之间的气体发生等离子放电。

工作气体由位于下电极附近的进气口进入，并流过放电区。

半导体片放在下电极上，并被加热到100—400；C左右．这种反应器的最大优点是淀积温度低。

化学气相沉积法

化学气相沉积法


时间与速率
要点一
总结词
时间和沉积速率在化学气相沉积过程中具有重要影响，它 们决定了薄膜的厚度和均匀性。
要点二
详细描述
时间和沉积速率决定了化学气相沉积过程中气体分子在反 应器中的停留时间和沉积时间。较长的停留时间和较慢的 沉积速率有利于气体分子充分反应和形成高质量的薄膜。 然而，过长的停留时间和过慢的沉积速率可能导致副反应 或降低沉积速率。因此，选择合适的时间和沉积速率是实 现均匀、高质量薄膜的关键。
05
化学气相沉积法优 缺点
优点
适用性广
涂层性能优良
化学气相沉积法适用于各种材料表面改性 和涂层制备，如金属、陶瓷、玻璃等。
通过控制化学气相沉积的条件，可以制备 出具有高硬度、高耐磨性、高抗氧化性的 涂层。
环保
高效
化学气相沉积法使用的原料在高温下分解 ，不会对环境造成污染。
化学气相沉积法具有较高的沉积速率，可 实现快速涂层制备。
应用领域
半导体产业
用于制造集成电路、微 电子器件和光电子器件
等。
陶瓷工业
制备高性能陶瓷材料， 如氧化铝、氮化硅等。
金属表面处理
在金属表面形成耐磨、 防腐、装饰等功能的涂
层。
其他领域
在航空航天、能源、环 保等领域也有广泛应用
。
02
化学气相沉积法分 类
热化学气相沉积法
原理
在较高的温度下，使气态的化 学反应剂与固态表面接触，通 过气相反应生成固态沉积物。
缺点
高温要求
化学气相沉积法需要在高温下进行，这可能会对 基材产生热损伤或变形。
操作难度大
化学气相沉积法需要精确控制反应条件，操作难 度较大。
ABCD
设备成本高
化学气相沉积法

化学气相沉积法

应
3
化学反应生 成的固态物 质在基体表 面成核，生
长成薄膜
4
反应后的气相物 质离开基体材料 表面，扩散回边 界层，随运输气
体排出反应室
CVD技术在无机合成时的特点
➢不改变固体基底的形状，保形性 可利用CVD技术对
道具表面进行涂层处理，也可应用于超大规模集成电路制 造工艺中。
➢可以得到单一的无机合成物质 作为原料可以制备出更
多产品
➢可以得到特定形状的游离沉积物器具 制造碳化硅器
皿和金刚石薄膜部件
➢可以沉积生成晶体或细分状物质 可以用来生成超微
粉体，在特定的工艺条件下可以生产纳米级的超细粉末
CVD技术的分类
01 热壁低压化学气相沉积LPCVD
02 金属有机化学气相沉积MOCVD
03 等离子体化学气相沉积PECVD
04
激光化学气相沉积LCVD
➢碳源的选择在很大程度上决定了生长温度
CVD 法制备石墨烯 烯 生长基体
➢目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上 的金属薄膜。
➢选择的主要依据有金属的熔点、溶碳量以及是否有 稳定的金属碳化物等。
➢金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长 质量。
CVD 法制备石墨烯 烯 生长条件
➢从气压的角度可分为常压、低压(105 Pa～ 10-3Pa) 和超低压(<10-3Pa)。
CVD装置
CVD装置由气 源控制部件、沉积 反应室、沉积控温 部件，真空排气和 压强控制部件组成
出现于20世纪70年代末，被誉为集 成电路制造工艺中的一项重大突破
石墨烯
石墨烯是由 sp2杂化的碳原子键 合而成的具有六边 形蜂窝状晶格结构 的二维原子晶体
石墨烯的主要制备方法：微机械剥离法 SiC外延生长法 化学氧化还原法 化学气相沉积法
化学气相沉积法

化学气相沉积法

化学气相沉淀法摘要：化学气相沉积Chemical vapor deposition,简称CVD；是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

CVD技术可以生长高质量的单晶薄膜，能够获得所需的掺杂类型和厚度，易于实现大批量生产，因而在工业上得到广泛的应用。

工业上利用CVD制备的外延片常有一个或多个埋层可用扩散或离子注入的方式控制器件结构和掺杂分布;外延层的氧和碳含量一般很低。

但是CVD外延层容易形成自掺杂，要用一定措施来降低自掺杂。

CVD生长机理很复杂，反应中生成多种成分，也会产生一些中间成分，影响因素有很多，如:先躯体种类:工艺方法Levi,Devi,Pend;反应条件温度，压力，流量;触媒种类:气体浓度;衬基结构;温度梯度;炉内真空度等外延工艺有很多前后相继，彼此连贯的步骤。

关键词：化学气相沉淀积，薄膜，应用，工艺正文：原理：将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成--种新的材料，沉积到基体表面上。

反应物多为金属氯化物，先被加热到一定温度，达到足够高的蒸汽压，用载气一般为Ar或H2送入反应器。

如果某种金属不能形成高压氯化物蒸汽，就代之以有机金属化合物。

在反应器内，被涂材料或用金属丝悬挂，或放在平面上，或沉没在粉末的流化床中，或本身就是流化床中的颗粒。

化学反应器中发生，产物就会沉积到被涂物表面，废气多为HC1或HF被导向碱性吸收或冷阱。

除了需要得到的固态沉积物外，化学反应的生成物都必须是气态沉积物本身的饱和蒸气压应足够低，以保证它在整个反应、沉积过程中都一直保持在加热的衬底上。

反应过程:1反应气体向衬底表面扩散2反应气体被吸附于衬底表面3在表面进行化学反应、表面移动、成核及膜生长4生成物从表面解吸5生成物在表面扩散。

所选择的化学反应通常应该满足:①反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或有很高的蒸气压，且有很高的纯度:②通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层:③反应易于控制在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压。

2、化学气相沉积法(CVD)

2、化学气相沉积法(CVD)





特点：通过无机途径制膜，有时只需在室温 进行干燥即可，因此容易制得10层以上而无 龟裂的多层氧化物薄膜。但是用无机法制得 的薄膜与基板的附着力较差，而且很难找到 合适的能同时溶解多种氧化物的溶剂。因 此，目前采用溶胶·凝胶法制备氧化物薄膜， 仍以有机途径为主。


溶胶-凝胶制造薄膜的特点： (A)工艺设备简单，成本低。 (B)低温制备。 (C)能制备大面积、复杂形状、不同基底的膜。 (D)便于制备多组元薄膜，容易控制薄膜的成 分及结构。 (E)对基底材料几乎无选择性。 (F)以氧化物膜为主。 (G)膜致密性较差，易收缩，开裂。

过饱和度(β)定义为 β=(pA)g/(pA)s 式中，(pA)g是气体热力学平衡求出A的分压；(pA)s是 在AB固体化合物的析出温度时的平衡蒸气压。 CVD法析出的化合物形状的决定因素：反应温度、有 助于反应的不同化学物质的过饱和度、在反应温度时 的成核速率等。 为了得到优质的薄膜，必须防止在气相中由气相-气相 反应生成均相核，即应首先设定在基片表面促进成核 的条件。
(E)微波等离子体化学气相沉积(MWPECVD)

定义：利用微波能电离气体而形成等离子体，将微波 作为CVD过程能量供给形式的一种CVD 新工艺。属于 低温等离子体范围。 特点： ①在一定的条件下，它能使气体高度电离和离解， 产生很多活性等离子体。 ②它可以在很宽的气压范围内获得。 低压时：Te>>Tg，这对有机反应、表面处理等尤为 有利，人们称之为冷等离子体； 高压时：Te≈Tg，它的性质类似于直流弧，人们称 之为热等离子体。



(C)激光化学气相沉积(LCVD)


定义：用激光束照射封闭于气室内的反应气 体，诱发化学反应，生成物沉积在置于气室内 的基板上。是将激光应用于常规CVD的一种新 技术，通过激光活化而使常规CVD技术得到强 化，工作温度大大降低，在这个意义上LCVD 类似于PECVD。 LCVD 技术的优点：沉积过程中不直接加热整 块基板，可按需要进行沉积，空间选择性好， 甚至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内； 避免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速 度比CVD快。
化学气相沉积法cvd

化学气相沉积法cvd

化学气相沉积法cvd1. 什么是化学气相沉积法（CVD）?CVD是chemical vapor deposition的缩写，是一种用于有机薄膜或无机薄膜制造的技术。

它是一种通过将溶剂热散发形成薄膜的过程。

在溶剂中添加了几种原料，其原理是热释放过程中会产生气态原料。

当这些气态化合物沉积（即固化）在共晶材料表面（如金属和绝缘体表面）上，就形成了膜。

2. CVD的工艺流程CVD的工艺流程大体由以下几步组成：（1）预处理：为了提高沉积物的附着性，之前必须进行表面清洁处理，以去除表面杂质或灰尘，在清洁过程中包括清洁、光饰、腐蚀等工艺；（2）CVD反应：使用适当的存在溶解性的原料制成气相，并将其放入加热的真空容器中，使存在的气态原料发生反应，被吸附在真空容器中的易沉积材料上，以形成膜；（3）膜层检测：膜厚测量或影像技术，横断面或芯片的扫描电子显微镜技术或接触角测量等方法；（4）产品评估：分析能够表明膜的界面强度，膜厚，抗划痕性能，耐腐蚀性以及相关介电性质等，为满足不同产品要求，对CVD参数进行适当调整，确保产品达到规定的质量。

3. CVD的优缺点（1）优点：（a）CVD制备的膜可以用于制备多种复合薄膜，可以使用单种原料或多个原料来改变所需的膜功能；（b）CVD可以成功地在某些维持低工作温度、低原料充放温度的薄膜制备中，能够有效地防止薄膜退化及基材损坏；（c）比较适合制备大区域的膜，且制备的膜厚度一致性良好，沉积膜所需时间比较短；除此之外，CVD还有改变膜特性可控性高，维护简单等优点。

（2）缺点：（a）制备多金属复合膜时易出现困难；（b）CVD由多个立体结构构成的微纳米膜在活度调节和温度控制方面难以得到一致的条件；（c）当原料遇到有机结构时，很容易产生氧化，从而减弱了其膜性能；（d）还容易出现沉积反应系统中氧化物及污染阴离子等杂质污染物，影响膜层的清洁性及性能。

4. CVD的应用范围CVD非常适合制备有机薄膜以实现有效阻挡载流子（如氧）和气体（如水蒸气）的分子穿过，保护容器不受环境污染。

化学气相沉淀法

化学气相沉淀法

化学气相沉积法 （chemical vapor depositபைடு நூலகம்on method）
1
CVD法简述
目录
2
CVD法分类及应用
1.CVD法简述
定义
一种或数种反应气体通 过热、激光、等离子体等发 生化学反应析出超微粉的方 法。
1.1 CVD法原理
图1 化学气相沉积的五个主要的步骤 (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
a.热分解或高温分解反应：SiH4(g)
Ni(CO)4(g) b.还原反应 SiCl4(g) + 2H2(g) WF6(g) + 3H2(g) c.氧化反应 d.水解反应 e.复合反应 SIH4(g)+O2(g) 2AlCl3(s) + 3H2O(g)
Si(s) + 2H2 (g)
Ni(s) + 4CO(g) Si(s) + 4HCl(g) W(s) + 6HCl(g) Si(s)+H2O(g) Al2O3(s)+6H2O(g)
无机晶体材料晶体的生长过程
由于化学气相沉积法所制备的大多是无机晶体材料涉及到晶
体的生长。晶体生长：第一步是获得结晶核心，后续的结晶过程
通过该核心的生长完成。结晶核心可以是外来的即引入子晶，也 可以是母相中形成的。第二步：在完成晶核以后，晶体的生长过
程是通过结晶界面不断向母相中推进。
1.2 采用CVD法应具备的条件
（1）在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以适当 的速度引入反应室 （2）除需要的沉积物外，其它反应物或生成物应是挥 发性的。 （3）沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证沉积 反应过程始终在受热基片上进行，而基片的蒸汽压必 须足够低。
材料制备技术3.1化学气相沉积法

材料制备技术3.1化学气相沉积法


800℃ 0.95SiH 4 0.05GeH 4 550 ~ Ge0.05Si0.95 2 H 2
2019/1/19 7
3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.1 热分解法
金属有机化合物：
Si(OC 2 H 5 ) 4 SiO2 2 H 2O 4C2 H 4
3.1.2 化学合成法 若化学沉积过程涉及两种或两种以上的气态 化合物在同一热衬底上相互反应，这类反应 为化学合成反应。
~1200℃ SiCl4 2H 2 1150 Si 4HCl
2019/1/19
11
3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.2 化学合成法
同时通入气态氢化物或有机烷基化物和氧气，在反应器 中发生反应沉淀出相应的氧化物薄膜。
3
3.1 化学气相沉积法（CVD）
（3）采用特殊基底材料，在沉积物达到一定 厚度以后，很容易与基底分离，这就可得 到各种形状的游离沉积物材料。如碳化硅 器皿和金刚石薄膜部件。 （4）可用于制备晶体或细粉状的物质，特殊 的工艺条件下，可以生产纳米级的微细粉 末
2019/1/19
4
通过化合物气体(一般为挥发性的化合 物)与其它气体进行化学反应生成固体薄膜
反应气体输运 气体组分的扩散 表面吸附 表面扩散 表面化学反应 副产物解离脱附
19/1/19
5
3.1 化学气相沉积法（CVD）
3.1.1 热分解法
热分解法一般在简单的单温区炉中进行，与真空 或惰性气体气氛中加热衬底物到所需要的温度后， 通入反应物气体，使之发生热分解，最后在衬底 物上沉积出固体材料。
850~ 900℃
1 ℃ TiCl4 NH 3 H 2 583 TiN 4 HCl 2
5.5.2-化学气相沉淀法

5.5.2-化学气相沉淀法


ZnI2(g)+1／2Se2(g)
二、化学气相沉积的工艺方法
不同的涂层，其工艺方法一般不相同。但他们有一些共性，即每一 个CVD系统都必须具备如下功能： ①将反应气体及其稀释剂通入反应器，并能进行测量和调节； ②能为反应部位提供热量，并通过自动系统将热量反馈至加热源，以控制 涂覆温度。 ③将沉积区域内的副产品气体抽走，并能安全处理。 此外，要得到高质量的CVD膜，CVD工艺必须严格控制好几个主要参量： ①反应器内的温度。 ②进入反应器的气体或蒸气的量与成分。 ③保温时间及气体流速。 ④低压CVD必须控制压强。
原理：CVD是利用气态物质在固体表面进行化学 反应，生成固态沉积物的过程。
三个步骤
3.挥发性物质
在基体上发生 化学反应
1.产生挥发 性物质
2.将挥发性物质 运到沉积区
CVD化学反应中须具备三个挥发性条件： （1）反应产物具有足够高的蒸气压 （2）除了涂层物质之外的其他反应产物必须是挥发性的
（3）沉积物具有足够低的蒸气压
1 、热分解：
SiH4
>500℃
Si + H2
﹙在800—1000℃成膜﹚
CH3SiCl3 1400℃
SiC+3HCl
2 、还原反应：
WF6+3H2 SiCl4+2Zn W+6HF
﹙氢还原﹚
Si+2ZnCl2 ﹙金属还原﹚
3 、氧化反应：
SiH4+O2 SiCl4+O2 SiO2+2H2 SiO2+2Cl2 Ge﹙s,g﹚+GeI4﹙g﹚
特点：反应气体混合物能够连续补充，同时废弃的
反应产物能够不断地排出沉积室，反应总是处于 非平衡状态。
化学气相沉积法名词解释

化学气相沉积法名词解释

化学气相沉积法名词解释
化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的化学气相沉积技术，用于在固体表面上沉积薄膜或纳米结构材料。

在CVD过程中，化学气体通过化学反应在固体表面上沉积出固体产物，通常在高温和大气压下进行。

CVD通常包括热CVD、等离子体增强CVD、金属有机化学气相沉积等多种形式。

在CVD过程中，通常需要提供一种或多种反应气体，这些气体在反应室中与固体表面发生化学反应，生成沉积物。

反应气体通常是一些有机物、金属有机物或卤化物，可以通过热解或氧化反应来沉积出所需的材料。

CVD技术可以用于生长碳纳米管、石墨烯、金属薄膜、氧化物薄膜等材料。

CVD技术具有许多优点，例如可以在大面积、复杂形状的基板上进行沉积，可以控制沉积薄膜的厚度和成分，并且可以在较低的温度下进行。

同时，CVD也存在一些挑战，例如需要严格控制反应条件、气体流动和温度分布，以确保沉积物的均匀性和质量。

总的来说，化学气相沉积法是一种重要的薄膜和纳米结构材料制备技术，广泛应用于半导体、光电子、纳米材料等领域。

通过
CVD技术，可以制备出具有特定性能和功能的薄膜和纳米结构材料，为现代科学技术的发展提供了重要支持。

化学气相沉积法制备单壁碳纳米管

化学气相沉积法制备单壁碳纳米管
化学气相沉积法（CVD）是制备单壁碳纳米管的一种常用方法。

该方法通过将碳源气体（例如甲烷、乙烯等）和载体气体（例如氢气）引入反应炉中，在一定的温度和压力条件下催化生成碳纳米管。

具体的制备步骤如下：
1. 准备反应器：首先需要准备一台带有石英管道的炉子，并对石英管道进行表面处理以去除任何杂质。

2. 处理衬底：将所选衬底（常用的有石英、硅片等）放入炉子中，在高温下煅烧衬底，以去除表面的有机和无机杂质。

3. 导入前驱体气体：将所选的碳源气体和载体气体通过气体管道导入炉子中，在适当的比例下控制气体的流量。

4. 上升温：炉子开始升温，将温度逐渐升高至制备碳纳米管的反应温度（通常在600~1000℃之间，具体温度取决于碳源气体和载体气体的选择）。

5. 反应形成碳纳米管：在反应温度下，碳源气体会在催化剂的作用下分解并在衬底上生长出碳纳米管。

常用的催化剂有金属纳米颗粒（如铁、镍、钯等）。

6. 此后，将系统冷却至室温时，停止碳源气体和载体气体的流动。

将衬底取出并洗净，即可得到单壁碳纳米管样品。

需要注意的是，CVD方法制备的单壁碳纳米管通常会存在一定的多壁碳纳米管和其他杂质。

因此，在实际应用中，通常还需要后续的分离和纯化步骤，以获取单壁碳纳米管纯净样品。

化学气相沉积法

化学气相沉积法化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)原理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。

CVD特点淀积温度低，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。

CVD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。

编辑本段何为cvd,CVD是Chemical Vapor Deposition的简称，是指高温下的气相反应，例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。

这种技术最初是作为涂层的手段而开发的，但目前，不只应用于耐热物质的涂层，而且应用于高纯度金属的精制、粉末合成、半导体薄膜等，是一个颇具特征的技术领域。

其技术特征在于:(1)高熔点物质能够在低温下合成;(2)析出物质的形态在单晶、多晶、晶须、粉末、薄膜等多种;(3)不仅可以在基片上进行涂层，而且可以在粉体表面涂层，等。

特别是在低温下可以合成高熔点物质，在节能方面做出了贡献，作为一种新技术是大有前途的。

例如，在1000?左右可以合成a-Al2O3、SiC，而且正向更低温度发展。

CVD工艺大体分为二种:一种是使金属卤化物与含碳、氮、硼等的化合物进行气相反应;另一种是使加热基体表面的原料气体发生热分解。

CVD的装置由气化部分、载气精练部分、反应部分和排除气体处理部分所构成。

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①原料气体向基片表面扩散； ②原料气体吸附到基片； ③吸附在基片上的化学物质的表面反应； ④析出颗粒在表面的扩散； ⑤产物从气相分离； ⑥从产物析出区向块状固体的扩散。 CVD的化学反应必须发生在基体材料和气相间的扩散 层中。 原因:(a)在气相中发生气相 -气相反应，然后生成粉末， 该粉末出现在反应系统之外。 (b)从气相析出固相的驱动力(driving force)是根据基 体材料和气相间的扩散层内存在的温差和不同化学物 质的浓度差，由化学平衡所决定的过饱和度。
(C)激光化学气相沉积(LCVD)
定义：用激光束照射封闭于气室内的反应气体， 诱发化学反应，生成物沉积在置于气室内的基 板上。是将激光应用于常规 CVD的一种新技术， 通过激光活化而使常规 CVD技术得到强化，工 作温度大大降低，在这个意义上 LCVD 类似于 PECVD。 LCVD 技术的优点：沉积过程中不直接加热整块 基板，可按需要进行沉积，空间选择性好，甚 至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内；避 免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速度 比CVD快。
③微波等离子体发生器本身没有内部电极，从 而消除了气体污染和电极腐蚀，有利于高纯化 学反应和延长使用寿命。 ④微波等离子体的产生不带高压，微波辐射容 易防护，使用安全。 ⑤微波等离子体的参数变化范围较大，这为广 泛应用提供了可能性。 应用：凡直流或射频等离子体能应用的领域均能 应用。目前MWPECVD已在集成电路、光导纤 维，保护膜及特殊功能材料的制备等领域得到 日益广泛的应用。
(E)微波等离子体化学气体沉积(MWPECVD) 定义：利用微波能电离气体而形成等离子体，将 微波作为 CVD过程能量供给形式的一种 CVD新 工艺。属于低温等离子体范围。 特点： ①在一定的条件下，它能使气体高度电离和离 解，产生很多活性等离子体。 ②它可以在很宽的气压范围内获得。 低压时：Te>>Tg，这对有机反应、表面处理 等尤为有利，人们称之为冷等离子体； 高压时：Te≈Tg，它的性质类似于直流弧，人 们称之为热等离子体。
(F)纳米薄膜的低能团簇束沉积(LEBCD)
定义：将所沉积材料激发成原子状态，以Ar、He作为载 气使之形成团簇，同时采用电子束使团簇离化，利用 飞行时间质谱仪进行分离，从而控制一定质量、一定 能量的团簇束沉积而形成薄膜。 优点：可以有效地控制沉积在衬底上的原子数目；在这 种条件下所沉积的团簇在撞击表面时并不破碎，而是 近乎随机分布于表面；当团簇的平均尺寸足够大，则 其扩散能力受到限制；所沉积薄膜的纳米结构对团簇 尺寸具有很好的记忆特性。 例：在沉积类金刚石薄膜时发现，可以控制团簇中碳的 原子数来控制 C 的杂化轨道，对于 C20～C32 的团簇为 sp3 杂化，薄膜为 fcc- 金刚石结构；对于 C60 的团簇， 为 sp3、sp2 混合的轨道特性；对于 C900 的团簇，为 sp2杂化，薄膜呈现非晶态。
(D)超声波化学气相沉积(UWCVD)
定义：是利用超声波作为 CVD过程中能源的一种 新工艺。 分类： 分类标准：超声波的传递方式 类型：超声波辐射式、CVD基体直接振动式。 超声波辐射式优于CVD基体直接振动式 超声波辐射式 UWCVD的原理见图 3.17，利用 电感线圈将基体加热到一定温度，适当调节超 声波的频率和功率，即可在基体上得到晶粒细 小、致密、强韧性好、与基体结合牢固的沉积 膜。
应用： 半导体外延沉积； 沉积金属镀层（因为某些金属卤化物在高温下 是稳定的，而用常规CVD难以实现其沉积）
沉积氧化物、氮化物、碳化物和硅化物膜层。
(B)等离子体辅助化学气相沉积(PECVD) 定义：用等离子体技术使反应气体进行化学反 应，在基底上生成固体薄膜的方法称等离子体 化学气相沉积，它是在原来已成熟的薄膜技术 中应用了等离子体技术而发展起来的。 发展：近二三十年来，PECVD进展非常快。在 半导体工业中，这种技术已成为大规模集成电 路干式工艺中的重要环节。 分类：PECVD薄膜反应室主要有平板电容型和 无极射频感应线圈式两种。 平板型:直流、射频、微波电源。
特点：工艺简单，成膜均匀，成本很低。 应用：大部分熔点在500℃以上的金属、合金以 及玻璃等基体都可采用该流程制取薄膜。
溶胶-凝胶工艺的分类：有机途径和无机途径 有机途径：通过有机金属醇盐水解与缩聚而形成溶胶。 特点：在该工艺过程中，因涉及水和有机物，所以通 过这种途径制备的薄膜在干燥过程中容易龟裂(由大量 溶剂蒸发而产生的残余应力所引起)。客观上限制了制 备薄膜的厚度。 无机途径：将通过某种方法制得的氧化物微粒，稳定地 悬浮在某种有机或无机溶剂中而形成溶胶。 特点：通过无机途径制膜，有时只需在室温进行干燥 即可，因此容易制得10层以上而无龟裂的多层氧化物 薄膜。但是用无机法制得的薄膜与基板的附着力较差， 而且很难找到合适的能同时溶解多种氧化物的溶剂。 因此，目前采用溶胶· 凝胶法制备氧化物薄膜，仍以有 机途径为主。
旋覆法的两个步骤：旋覆与热处理。 基本过程：基片在匀胶台上以一定的角速度旋转， 当溶胶液滴从上方落于基片表面时，它就被迅 速地涂覆到基片的整个表面。溶剂的蒸发使得 旋覆在基片表面的溶胶迅速凝胶化，接着进行 一定的热处理便得到所需的氧化物薄膜。 二者比较：浸渍提拉法更简单些，但它易受环境 因素的影响，膜厚较难控制；浸渍提拉法不适 用于小面积薄膜(尤其当基底为圆片状时)的制 备，旋覆法却相反，它特别适合于在小圆片基 片上制备薄膜。
溶胶-凝胶制造薄膜的特点： (A)工艺设备简单，成本低。 (B)低温制备。 (C)能制备大面积、复杂形状、不同基底的膜。 (D)便于制备多组元薄膜，容易控制薄膜的成分 及结构。 (E)对基底材料几乎无选择性。 (F)以氧化物膜为主。 (G)膜致密性较差，易收缩，开裂。
制备氧化物薄膜的溶胶-凝胶方法： 浸渍提拉法 (dipping)、旋覆法 (spining)、喷 涂法(spraying)及刷涂法(painting)等。 旋覆法和浸渍提拉法最常用。 浸渍提拉法的三个步骤：浸渍、提拉和热处理。 每次浸渍所得到的膜厚约为5-30nm，为增大 薄膜厚度，可进行多次浸渍循环，但每次循环 之后都必须充分干燥和进行适当的热处理。
（4）CVD法在纳米薄膜材料制备中的应用 CVD法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种 工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的 制备。 范围：用它可以制备几乎所有的金属，氧化物、 氮化物、碳化合物、硼化物、复合氧化物等膜 材料。 一些典型的例子如表3.8所示。
3、溶胶-凝胶法
表面涂膜的利用是溶胶-凝胶法应用的一个新领 域，其最初的应用就是涂膜。 例：目前广泛应用的玻璃表面的反射膜、防止反 射膜以及着色膜就是用该法制得的。 溶胶-凝胶涂膜可以赋于基体各种性能，其中包括 机械的、化学保护的、光学的、电磁的和催化 的性能。
⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。 ⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。 ⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。 ⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
（2）CVD的方法
(A)CVD的原理 CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。 基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。 图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析 出过程可以理解如下：
（1）CVD的化学反应和特点
(A)化学反应 CVD是通过一个或多个化学反应得以实现的。
④水解反应 2AlCl3(g) +3H2O→Al2O3(s)+6HCl(g) ⑤复合反应。 包含了上述一种或几种基本反应。 例：在沉积难熔的碳化物或氮化物时，就包括热 分解和还原反应
CVD反应体系应满足的条件： (a)在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以 适当的速度引入反应室。 (b)除需要的沉积物外，其他反应产物应是挥发 性的。 (c)沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证 沉积反应过程始终在受热的基片上进行，而基 片的蒸汽压必须足够低。
膜厚分析：在干燥过程中大量有机溶剂的蒸发将 引起薄膜的严重收缩，这通常会导致龟裂，这 是该工艺的一大缺点。但当薄膜厚度小于一定 值时，薄膜在干燥过程中就不会龟裂。这可解 释为当薄膜小于一定厚度时，由于基底粘附作 用，在干燥过程中薄膜的横向 ( 平行于基片 ) 收 缩完全被限制，而只能发生沿基片平面法线方 向的纵向收缩。 膜厚的影响因素：溶胶液的粘度、浓度、比重、 提拉速度(或旋转速度)及提拉角度，还有溶剂 的粘度、比重、蒸发速率，以及环境的温度、 干燥条件等。
(B)CVD的种类 分类标准：发生化学反应的参数和方法 ①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
(C)CVD的流程与装置
基本组成：原料气体和载气的供给源气体的混合 系统、反应炉、废气系统及气体、反应炉的控 制系统。
2、化学气相沉积法(CVD) 3、溶胶凝胶法
定义：利用气相反应，在高温、等离子或激光辅 助等条件下控制反应气压、气流速率、基片材 料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核 生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄 膜的晶化过程，从而获得纳米结构的薄膜材料。 分类：常压、低压、等离子体辅助气相沉积等。 应用：在制备半导体、氧化物、氮化物、碳化物 纳米薄膜材料中得到广泛应用。 反应温度：大约为900～2000℃，它取决于沉积 物的特性。
中温 CVD(MTCVD)：典型反应温度大约为 500～800℃，它通常是通过金属有机化 合物在较低温度的分解来实现的，所以又 称金属有机化合物CVD(MOCVD)。 等离子体增强CVD（PECVD）与激光 CVD(LCVD)：气相化学反应由于等离子 体的产生或激光的辐照得以激活，也可以 把反应温度降低。
高压气体：以高纯度的为好，一般大多使用载气， 因为都要通过气体精制装置进行纯化。特别是 必须十分注意除去对薄膜性质影响极大的水和 氢。 原料要求：当室温下使用固态或液态原料时，需 使其在所规定的温度下蒸发或升华，并通过载 气送入反应炉内。还必须使废气通过放有吸收 剂的水浴瓶、收集器或特殊的处理装置后进行 排放。并且在装置和房间里不能忘记安装防爆 装置和有毒气体的检测器。