薄膜课件化学气相沉积省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

薄膜制备化学方法化学气相沉积（CVD）化学法概念和发展最古老化学气相沉积能够追朔到古人类在取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上黑色碳层。当代CVD技术发展开始阶段在20世纪50年代，主要用于制备刀具涂层。20世纪60～70年代以来，因为半导体和集成电路技术发展和生产需要，CVD技术得到了更快速和更广泛发展。1.在切削工具方面应用用CVD涂覆刀具能有效地控制在车、铣和钻孔过程中出现磨损，。尤其是车床用转位刀片、铣刀、刮刀和整体钻头等。使用涂层为高耐磨性碳化物、氯化物、碳氯化台物、氧化物和硼化物等涂层。TiN与金属亲和力小，抗粘附能力和抗月牙形磨损性能比TiC涂层优越，所以，刀具上广泛使用是TiN涂层。当前，国外先进工业国家在齿轮上也广泛使用涂层刀具，预计约有80％齿轮滚刀和40％插齿刀使用了TiN涂层，涂覆后，这些刀具寿命增加了4～8倍．而且提升了进给量和切削速度，刀具抗月牙形磨损性能也显著提升。2．在耐磨涂层机械零件方面应用活塞环、注射成形用缸体，挤压用螺旋浆轴及轴承等零部件在滑动中易磨损，所以，要求耐磨性好、摩擦因数低、与基体粘附性好材料。当前，进行研究和应用有缸体和螺旋浆TiC涂层，钟表轴承B涂层．滚珠轴承TiC、Si3N4涂层等。3.微电子技术在半导体器件和集成电路基本制造流程中，相关半导体膜外延，P-N结扩散元形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜沉积等是工艺关键步骤，化学气相沉积在制备这些材料层过程中逐步取代了如硅高温氧化和高温扩散等旧工艺，在当代微电子技术中占主导地位，在超大规模集成电路中，化学气相沉积能够用来沉积多晶硅膜，钨膜、铅膜、金属硅化物，氧化硅膜以及氮化硅膜等，这些薄膜材料能够用作栅电极，多层布线层间绝缘膜，金属布线，电阻以及散热材料等。在微电子工业中：CVD技术不但成为半导体超纯硅原料—超纯多晶硅生产唯一方法，而且也是硅单晶外延、砷化镓等Ⅲ～Ⅴ族半导体和Ⅱ～Ⅵ族半导体单晶外延基本生产方法。在集成电路生产中更广泛使用CVD技术沉积各种掺杂半导体单晶外延薄膜、多晶硅薄膜、半绝缘掺氧多晶硅薄膜；绝缘二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃薄膜以及金属钨薄膜等。在制造各类特种半导体器件中，采取CVD技术生长发光器件中磷砷化镓、氮化镓外延层等，硅锗合金外延层及碳化硅外延层等也占有很主要地位。在集成电路及半导体器件应用CVD技术方面，美国和日本，尤其是美国占有较大优势。日本在蓝色发光器件中关键氮化镓外延生长方面取得突出进展，实现了批量生产。1968年K.Masashi等首次在固体表面用低汞灯制备P型单晶硅膜，开始了光沉积研究。1972年Nelson和Richardson用CO2激光聚焦束沉积出碳膜，从此发展了激光化学气相沉积工作。继Nelson后，美国S.D.Allen，Hagerl等许多学者采取几十瓦功率激光器沉积SiC、Si3N4等非金属膜和Fe、Ni、W、Mo等金属膜和金属氧化物膜。前苏联DeryaginSpitsyn和Fedoseev等在20世纪70年代引入原子氢开创了激活低压CVD金刚石薄膜生长技术，80年代在全世界形成了研究热潮，是CVD领域一项重大突破。CVD技术因为采取等离子体、激光、电子束等辅助方法降低了反应温度，使其应用范围愈加辽阔。4.超导技术CVD制备超导材料是美国无线电企业（RCA）在20世纪60年代创造，用化学气相沉积生产Nb3Sn低温超导材料涂层致密，厚度较易控制，力学性能好，是当前烧制高场强、小型磁体最优材料，为提升Nb3Sn超导性能，很多国家在掺杂、基带材料、脱氢、热处理以及镀铜稳定等方面做了大量研究工作，使CVD法成为生产Nb3Sn主要方法之一。现已用化学气相沉积法生产出来其它金属间化合物超导材料还有NbGe、V3Ca2、Nb3Ga。5．在其它领域应用在光学领域中，金刚石薄膜被称为未来光学材料，它含有波段透明和极其优异抗热冲击、抗辐射能力，可用作大功率激光器窗口材料，导弹和航空、航天装置球罩材料等。金刚石薄膜还是优良紫外敏感材料。上海交通大学把CVD金刚石薄膜制备技术应用于拉拔模具，不但攻克了涂层均匀涂覆、附着力等关键技术，而且处理了金刚石涂层抛光这一国际性难题。另外，化学气相沉积还能够用来制备高纯难熔金属、晶须以及无定型或玻璃态材料如硼硅玻璃、磷硅玻璃等。中国在CVD技术生长高温超导体薄膜和CVD基础理论方面也取得了一些开创性结果。1990年以来中国在激活低压CVD金刚石生长热力学方面，依据非平衡热力学原理,开拓了非平衡定态相图及其计算新领域，第一次真正从理论和试验对比上定量化证实反自发方向反应能够经过热力学反应耦合依靠另一个自发反应提供能量推进来完成。当前，CVD反应沉积温度低温化是一个发展方向，金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)是一个中温进行化学气相沉积技术，采取金属有机物作为沉积反应