【精选】薄膜的化学气相沉积II.ppt

第四章薄膜的化学气相沉积(Chemicalvapordeposition)第一节化学气相沉积反应的类型第二节化学气相沉积过程的热力学第三节气体的输运特性第四节化学气相沉积装置第五节Sol—Gel工艺技术简介应用范围包括：可以用于各种高纯晶态、非晶态的金属、半导体、化合物薄膜的制备；可以有效地控制薄膜的化学成分；低的设备和运转成本；与其他相关工艺具有较好的相容性等。第一节化学气相沉积所涉及的化学反应类型一、热解反应(thermaldecomposition/dissociation)二、还原(reduction)反应三、氧化(oxidation)反应四、置换(combination)反应五、岐化(deviation)反应可以利用调整反应室的温度实现Ge的转移和沉积具体做法是：1、在高温（600°C）时让GeI4气体通过Ge而形成GeI2；2、在低温（300°C）时让GeI2在衬底上岐化反应生成Ge。六、气相运输(vaportransportation)CVD方法的共同特点是：（1）其反应式总可以写成第二节化学气相沉积过程的热力学一、化学反应的自由能变化当反应达到平衡时利用平衡条件：△G=0（内能不变）即：△G0=-RTlnk平衡时自由能的改变其中为相应的平衡常数。其中—为i物质的实际活度与平衡活度之比。ri—代表的是该物质的实际的“过饱和度”。例：（1）热力学分析可以解决的问题a）化学反应的可能性b）反应进行的条件、方向、以及限度（2）局限性：a）它不能预测反应进行的速度。有些可能的反应在实际上讲得太慢因而可以认为事实上是不能进行的。b）热力学分析的基础是化学平衡但实际的过程均是偏离平衡条件的。因此热力学分析只是为我们提供了分析实际问题的一个出发点。二、化学反应的速度1.固体中元素的扩散问题由于原子可以在前、后、左、右、上、下六个方向迁移因此原子沿某一固定方向相邻某一空位迁移的几率为：通过两原子面的相向扩散的通量为：于是我们有扩散通量的一般表达式：（Fick第一定律）2．外场对组元扩散的影响主要讨论外场对组元扩散的影响忽略有关系数可得到正反方向原子迁移的几率分别为：由于△G的存在使得正、反方向扩散过程的势垒高度产生了差别。讨论：①当△G=0时即不存在外场时原子没有净迁移发生。②有外场时（△G≠0）由于外场相当于晶体内电场来说一般很小即：原子的迁移速度：原子间距×定向迁移的几率=单位时间内原子迁移的距离将该式与“能斯特-爱因斯坦（Nernst-Einstein）”公式比较3.化学反应速度随着反应的进行系统的自由能：始态G1终态的G2设c1为反应物的浓度（状态1）c2为反应产物的浓度（状态2）则：反应速度应正比于其中—正向反应激活能在上述描述之中过程进行的速度均可表达为如下形式：r=kc即过程进行的速度正比于物质的浓度与一个速度常数的乘积。其中速度常数k是相应过程势垒高度E的函数说明：反应级数:反应的速率方程中各反应物浓度指数之和。反应级数可以是0123或分数。一级反应：反应速率只与物质浓度的一次方成正比。形式：AP二级反应：反应速率和物质浓度的二次方成正比。形式：A+BP+……三级反应：反应速率和物质浓度的三次方成正比。形式:A+B+C生成物零级反应：反应速率与物质的浓度无关。1、单晶与多晶的生长条件根据晶体的形核生长理论：要满足晶体的生长条件就需要新相形成自由能△G<0。2、举例（从设计化学反应入手达到可控地实现薄膜化学气相沉积的目的）b）若用YBr3代替YCl3情况更加恶化：原因：YBr3的稳定性更差△G0的数值更加不利于单晶的生长。△G0=-450.8kJ/molc）为了使0可考虑在上述反应历程中引入一个△G0>0的反应。②①+②×3得到△G0=195.5kJ/mol总反应为：此时