文档介绍：第二章薄膜的化学制备方法(1)
薄膜制备技术
直流溅射
射频溅射
磁控溅射
离子束溅射
真空
蒸发
溅射
沉积
离子镀
物理气相沉积
(PVD)
化学气相沉积
(CVD)
分子束外延
(MBE)
气相沉积
电镀法
溶胶-凝胶法
电阻加热
感应加热
电子束加热
激光加热
直流二极型离子镀
射频放电离子镀
等离子体离子镀
HFCVD
PECVD
LECVD
DC
RF
MW
ECR
热壁
冷壁
化学气相沉积(CVD)
1. 化学气相沉积: 沉积过程中发生化学反应,薄膜与原料的化合状态不一样。
2. 代表性技术:低压CVD(LPCVD), 常压CVD(APCVD), 等离子体增强CVD (PECVD);金属有机源CVD(MOCVD)
3. 技术特点:薄膜质量高,致密,可控性好,
其它成膜技术:液相外延(LPE),电沉积,溶胶凝胶(sol-gel),自组装,spin-coating,化学浴沉积(CBD)等。
化学成膜技术
主要内容
一、热生长
二、化学气相沉积
1、CVD的基本原理
2、一般CVD 反应
3、普通CVD方法
4、 PECVD
5、光CVD
6、激光CVD
一、薄膜的热生长
原理在充气条件下,通过对基片加热,使气体与基片发生化学反应,生长薄膜。加热方法可以是常规热处理,也可是快速热处理。化学反应可以是氧化、氮化、碳化等多种反应。热生长的薄膜以氧化膜为主,特别是对硅的热生长有充分的研究。
氧化物的生长除Au以外的所有金属都可以与氧发生氧化反应,并在其表面生长氧化物。由于氧分子必须扩散穿过氧化层与基底反应,才能使氧化反应继续,所以,氧化速率越来越慢。氧在有的氧化物中的扩散率低,则常温、常压下很难获得较厚的氧化层,如Al2O3。
氮化物的生长由于N的化学活性比氧差,而且N在氮化物中的扩散率很低,通常与致密衬底的氮化反应只能在高温下进行,许多氮化物需要用化学合成等方法得到。例如:Si3N4。
碳化物的热生长与氮化物有类似的限制。
往往用水蒸气来取代氧气发生化学反应生长氧化物有较好的生长效果,例如,对硅的水汽氧化速率远高于干氧氧化;而水汽对Bi的氧化,能生成单相 Bi2O3薄膜。有时,用CO气体作反应气体还可以同时起氧化和碳化反应。不过与氮化物的生长类似,碳化物薄膜的获得,通常需要用其它分解化合方法,或离子束合成方法。
二、化学气相沉积
(一) 化学气相沉积的基本原理
化学气相沉积是利用气态物质通过化学反应在基片表面形成固态薄膜的一种成膜技术。
CVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体的化学反应。所以CVD反应体系必须具备三个条件
在沉积温度下,反应物必须是气态,具有足够高的蒸气压,并能以适当的速度被导入反应室;
,其它都必须是挥发性的;即:CVD反应必须满足:
;
。
自由能变化:
其中Gi 为i 组元的摩尔自由能能
Gi0为标准状态下的摩尔自由能,ai为i 组元的活度。将(3)代入(2)
(4)
(3)
(2)
考虑如下化学反应的一般形式
1. CVD 反应的热力学判据
平衡状态下ΔG = 0
生成物和反应物的活度应以平衡态的活度代替:
(5)
所以
(6)
K为平衡常数
(7)
e
e
e
egu 表示平衡态
气相物质的活度可近似的用气相物质的分压代替;固相物质,在最简单的情况下可以把活度近似看成是1.
所以:
对一般CVD反应,方程式(1)的生成物至少有一个为固相(薄膜形式),其余为气相。
如:
有
Pi,Pj 分别是生成物和反应物的分压强