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材料表面工程第十一章-資料下載頁

2025-09-11 21:18本頁面

　　

【正文】 1125 幾種新型化學氣相沉積 1．金屬有機化合物化學氣相沉積 (MOCVD) MOCVD是常規 CVD技術的發展。利用在比較低的溫度下能分解的金屬有機化合物作初始反應物。把欲鍍膜層的一種或幾種組分以金屬烷基化合物的形式輸送到反應區，而其它的組分以氫化物的形式輸送。 MOCVD技術的開發是由于半導體外延沉積的需要而發展起來的。許多金屬有機化合物在中溫分解，所以這項技術也被稱為中溫 CVD (MTCVD)。也可用 MOCVD沉積金屬鍍層，這是因為某些金屬鹵化物在高溫下是穩定的而用常規 CVD難以實現其沉積。此外，已經用金屬有機化合物沉積了氧化物、氮化物、碳化物和硅化物等納米涂層。 2．等離子體增強化學氣相沉積 (PCVD) PCVD法利用輝光放電或外熱源使置于陰極的工件升到一定溫度后，通入適量的反應氣，經過化學和等離子體反應生成沉積薄膜。由于存在輝光放電過程，氣體劇烈電離而受到活化，和普通 CVD法的氣體單純受熱激活不同，反應溫度可以大大下降。 PCVD的特點是將輝光放電的物理過程和化學氣相沉積相結合，因而具有 PVD的低溫性和 CVD的繞鍍性，以及易于調整化學成分和結構的性能，它有可能取代適合 PVD和 CVD工藝的某些鍍膜范圍。 PCVD要求的真空度比 PVD低，設備成本也比 PVD低。目前 PCVD仍處于發展階段，隨著此項技術的成熟，必將在表面技術中發揮更大作用。 3．激光化學氣相沉積 (LCVD) LCVD是以激光為熱源，通過激光激活而使常規的 CVD技術得到強化。 LCVD類似于 PCVD技術 , 但兩者之間有重要差別。在等離子體中 , 電子的能量分布比激光發射的光子的能量分布要寬得多。另外，普通 CVD和 PCVD是熱驅動的，通常會使大體積內的反應物預熱，還會導致沉積物受到加熱表面的污染。而 LCVD在局部體積內進行，所以減少了污染問題。 LCVD可分為兩類 : 熱解 LCVD和光分解 LCVD。 LCVD的應用包括激光光刻、大規模集成電路掩膜修正、激光蒸發沉積以及金屬化等。 4．微波等離子體化學氣相沉積 (MPCVD) 微波等離子體是在微波能量的作用下 , 沉積氣體被激發形成的一種等離子體。由于微波放電是無極放電，因而在 CVD過程中不存在氣體污染和電極腐蝕問題，并且有高的能量轉換效率、等離子體參數容易控制、易產生大量的均勻等離子體等特點，使 MPCVD成為制備大面積高質量金剛石膜的主要方法之一。制備時是將微波發生器產生的微波用波導管經隔離器進入反應器 , 并通入 CH4和 H2混合氣 , 產生 CH4H2等離子體 , 從而產生固體碳元素沉積到基片上并生成人造金剛石薄膜。 MPCVD法能實現金剛石膜的低溫沉積 , 生成膜的結晶性、晶體質量均很好 , 且設備投資小 , 工作穩定。圖 1215 微波裝置示意圖 5．直流電弧等離子體化學氣相沉積 (DCArc Plasma CVD) 用直流弧光放電 , 使以 CH4和 H2為主要成分的混合氣體形成高溫等離子體 , 然后通過等離子炬噴射于基片上 , 等離子體的高能量及它所伴有的化學反應 , 使甲烷中的碳原子牢牢結合成金剛石的多晶體薄膜。此方法生長速率高，可實現高速大面積均勻生長金剛石膜 , 再配上氣體循環系統 , 使 CVD金剛石薄膜成本大大降低 , 并可制備 2mm以上金剛石厚膜。圖 1216 等離子炬示意圖 1126 PVD和 CVD兩種工藝的對比工藝溫度高低是 CVD和 PVD之間的主要區別。通常 PVD的沉積溫度低于 CVD的沉積溫度。溫度對于高速鋼膜具有重大意義。 CVD法的工藝溫度超過了高速鋼的回火溫度，用 CVD法鍍制的高速鋼工件，必須進行鍍膜后的真空熱處理，以恢復硬度。鍍后熱處理會產生不容許的變形。 CVD工藝對進入反應器工件的清潔要求比 PVD工藝低。因為附著在工件表面的一些臟東西很容易在高溫下燒掉。此外高溫下得到的鍍層結合強度更好些。 CVD鍍層往往比各種 PVD鍍層略厚。 CVD厚度在， PVD通常不到。 CVD鍍層表面略比基體表面粗糙些；相反， PVD鍍膜如實地反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金屬光澤，這在裝飾鍍膜方面十分重要。 CVD反應發生在低真空的氣態環境中，具有很好的繞鍍性，密封在 CVD反應器中的所有工件，除去支承點之外，全部表面都能完好鍍好，甚至深孔、內壁也可鍍上。相對而論，所有的 PVD技術由于氣壓較低，繞鍍性較差，因此工件背面和側面的鍍制效果不理想。在 CVD工藝過程中，要嚴格控制工藝條件，否則，系統中的反應氣體或反應產物的腐蝕作用會使基體脆化。 PVD是一種完全沒有污染的工序，有人稱它為 “ 綠色工程 ” 。而 CVD的反應氣體、反應尾氣都可能具有一定的腐蝕性、可燃性及毒性，反應尾氣中還可能有粉末狀以及碎片狀的物質，因此對設備、環境、操作人員都必須采取一定的措施加以防范。最初的設備投資 PVD是 CVD的 3?4倍，而 PVD工藝的生產周期是 CVD的 1/10。在 CVD的一個操作循環中，可以對各式各樣的工件進行處理，而 PVD就受到很大限制。綜合比較，在兩種工藝都可用的范圍內，采用 PVD要比CVD代價高。作業氣相沉積的基本過程包括哪幾個步驟？簡述 PVD、 CVD的主要特點及用途。新發展了哪些 CVD 方法以克服傳統 CVD 的什么問題？簡述 PVD與 CVD兩種工藝的差別。

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