CVD化学与薄膜工艺2040216教程文件.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1化学气相淀积与薄膜工艺Chemical Vapor Deposition & Thin Film Technology v 孟广耀vTel:3603234 Fax:v中国科学技术大学 材料科学与工程系v固体化学与无机膜研究所Ch.2 化学气相淀积的一般化学原理和和技术21 CVD的化学反应体系 22 CVD反应器技术23 CVD先驱物24 CVD技术分类1）从源物质的种类2）从体系操作压力3）从淀积过程能量提供方式4）从淀积装置结构形式21 CVD的化学反应体系 热解反应金属氢化物氢化物M-H键的离解能、键能都比较小，热解温度低，唯一副产物是没有腐蚀性的氢气例如：金属有机化合物金属的烷基化合物，其MC键能一般小于CC键能E(MC)E(C-C)，可用于淀积金属膜元素的氧烷，由于E(MO)E(OC)，所以可用来淀积氧化物例如：21 CVD的化学反应体系热解反应续）其它气态络合物、复合物这一类化合物中的碳基化物和碳基氯化物多用于贵金后(铂族)和其它过渡金属的淀积如：单氨络合物已用于热解制备氮化物如：2.1 CVD反应体系化学合成反应v化学合成反应， 不受源的性质影响，适应性强化学合成反应示例_同一材料有多种合成路线Ga2O(Ga+Ga2O3)Ga(CH3)3Ga(C2H5)3Ga2H6Ga GaCl(Ga+HCl)GaCl3GaBr3NH3N2H42.1 CVD反应体系化学输运反应v定义：把所需要的物质当做源物质。

借助于适当气体介质与之反应而形成一种气态化合物，这种气态化合物经化学迁移或物理载带(用载气)输运到与源区温度不同的淀积区，再发生逆向反应，使得源物质重新淀积出来，这样的反应过程称为化学输运反应上述气体介质叫做输运剂，所形成的气态化合物叫输运形式例如：v在源区(温度为T2)发生输运反应(向右进行)，源物质ZnS与I2作用生成气态的ZnI2；在淀积区(温度为T1)则发生淀积反应(向左进行)，ZnS或ZnSe重新淀积出来Schfer曾收集了1964年以前的上百种元素和化合物的数百个输运反应，这十多年来又有了更为广泛的发展和应用 2.1 CVD反应体系化学输运反应续输运反应的热力学原理：GRTlnKP2.303RT1nKP 产率函数 PF的符号决定输运方向的绝对值决定输运速率22 CVD反应器技术 CVD装置设计包括：1）源物质（先躯物）的供应、调节系统（载气、阀门、气路、源区、流量调节等）2）反应器（构型、尺寸、衬底支撑体、加热和附加能量 方式等）设计3）尾气排除或真空产生系统4）自动控制系统23 CVD先驱物（源物质） 源物质或先驱物是CVD工艺的前提和基础根本上决定了CVD技术的成功与否和前途！气态源液态源固态源MOCVD的MO源：M-C键；M-O键；MO键 金属二酮螯合物 O-C C(CH3)3 M CH MOX + C-H O-C C(CH3)3薄膜生长薄膜生长前驱物气体衬底托架卧式反应器衬底立式反应器气相输运气相输运载气载气气态源液态源固态源前驱物气体前驱物前驱物/ /源源 挥发挥发纳米粉制备纳米粉制备气相外延砷化镓单晶薄膜Reactionsystem:GaAsCl3H2GasourceAsCl3+3/2H2=1/4As4+3HClreactions:Ga+HCl=GaCl+H2Deposition:1/4As4+GaCl+1/2H2=GaAs+HClMOCVD GrowthGa(CH3)3 + AsH3 3CH4 + GaAsRef: Yu-Cardona图1-6Ga-AsH3-PH3-HCl-H2系统沉积GaAs1-xPx玻璃板金属板电炉控温系统滤球流量计Ar或H2Ar或H2玻璃衬底热解炉罩Fe(CO)5鼓泡瓶图1-5三氧化二铁薄膜淀积系统示意图SiHCl3+H2=Si+3HCl 氯硅烷氢还原法生产多晶硅装置简图172图1-7碘封管化学输运生长硒化锌单晶Low-Pressure CVD SystemPlasma-Enhanced CVDECR-CVD(ECR: electron cyclotron resonance)MBE GrowthUltra high vacuumMass spectrocopyAuger electron spectroscopyLow energy electron diffractionReflection high energy electron diffractionX-ray and Ultraviolet photoemission spectroscopyRef: Yu-Cardona(a) phosphoric anhydride, (b) sodium hydrate particle, (c) ball valve, (d) flowmeter, (e) spongy titanium, (f) aluminum chloride (purity 98%), (g) ribbon heater, (h) MoSi2 heater, (i) thermocouple, (j) quartz tube reactor, (k) pressure gauge, (l) vacuum pump, (m) powder collection flask, (n) NaOH solution.热CVD制备AlN纳米粉体AlCl3 NH3 N2图6-3.燃烧AACVD装置图pumpFeedingM.F.C.SolutionFurnaceSubstrateValvecontrollerTemperaturenebulizerUltrasonicLiquidoutlet图5-1. 喷雾型AA-MOCVD的装置图Fig. 3. Schematic illustration of the Single mixed source MOCVD apparatus.PECVD (plasma enhanced CVD)LPCVD (low pressure CVD)End-feed LPCVDDistributed-feedLPCVDAPCVD (Atmospheric pressure CVD)Horizontal tube reactorPlenum-type continuous processing reactorConveyor beltHC-PCVD化学气相沉积系统HC-PCVD热阴极直流等离子体化学气相沉积系统。

我室在国际上首创的制备金刚石膜的方法，目前已获得国家发明专利，该方法具有沉积速率高，沉积面积大，膜品质高等突出优点EA-CVD化学气相沉积系统简介EA-CVD电子辅助热灯丝化学气相沉积系统目前较流行的制备大面积金刚石厚膜方法我室在此方法的灯丝排步方式、电源系统设计及工艺条件的优化等方面具有独到之处磁控与离子束复合溅射系统简介主要用于制备CNx等新型功能薄膜材料，还用于金刚石膜表面金属化，可进行各种金属、化合物的薄膜沉积研究MW-PCVD化学气相沉积系统简介MW-PCVD微波等离子体化学气相沉积系统属于无极放电方法，并且在较低气压下工作，可得到品质级高的透明金刚石膜，应用于SOD、场发射等领域2. The MOVD growth system EA-CVD化学气相沉积系统简介EA-CVD电子辅助热灯丝化学气相沉积系统目前较流行的制备大面积金刚石厚膜方法我室在此方法的灯丝排步方式、电源系统设计及工艺条件的优化等方面具有独到之处实验室CVD设备（1） 实验室CVD设备（2） 实验室CVD设备（3）实验室CVD设备（4） 24 CVD技术分类（历史性发展） 1）从源物质的种类卤化物CVD (60-70 年代）MOCVD （1976年）2）从体系操作压力 常压（大气压）CVD LPCVD （高度均匀, PLASMA-CVD)3）从淀积过程能量提供方式电阻加热热壁CVD， 冷壁（感应加热）CVD PLASMA（辅助、增强、激活）CVD（PCVD)lPHOTO-CVD Laser（辅助、增强、激活）CVD（LCVD)4）从淀积装置结构形式开管气流CVD 封管输运CVD 桶式CVD 热丝CVD单一混合源CVD 液态源CVD。