第四章-CVD工艺ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物微电教研室 王雅欣微电微电0801-0803 专业选修课专业选修课我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物主要讲授内容第第2 2章章 真空技术基础真空技术基础第第3 3章章 薄膜生长与薄膜结构薄膜生长与薄膜结构第第4 4章章 薄膜制备的基本工艺薄膜制备的基本工艺 溅射镀膜溅射镀膜第第1 1章章 薄膜技术简介薄膜技术简介 离子束沉积离子束沉积 化学气相沉积化学气相沉积
2、第第6 6章章 薄膜材料的应用薄膜材料的应用第第5 5章薄膜材料的评价表证及物性测量章薄膜材料的评价表证及物性测量表征、性质表征、性质和应用和应用 薄膜制备方法的原理介绍薄膜制备方法的原理介绍 ,典型薄膜材料的制备工艺介绍典型薄膜材料的制备工艺介绍 真空蒸镀真空蒸镀薄膜的形核、生长理论薄膜的形核、生长理论 ,薄膜的形成与典型成长机制薄膜的形成与典型成长机制WhatWhats the thin films?s the thin films?真空的表征及获得真空的表征及获得我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一
3、个活的生物二、化学气相沉积的特点三、三、CVDCVD方法简介一、化学气相沉积的基本原理四、低压化学气相沉积(LPCVDLPCVD)五、等离子体化学气相沉积六、其他CVDCVD方法4-3 化学气相沉积工艺(CVD)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、化学气相沉积的基本原理GasSolid能能量量反应前反应前 A反应后反应后 B反应反应A+ (活化能)(活化能)CVD方法热热热热CVD等离子等离子等离子等离子CVD光光光光CVD我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的
4、世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、化学气相沉积的基本原理化学气相沉积的基本原理化学气相沉积的定义 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。化学气相沉积(CVDCVD)C Chemical hemical V Vapor apor D DepositionepositionCVDCVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体的化学反应。CVDCVD完全不同于物理气相沉积(PVDPVD)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气
5、相沉积的基本原理 CVDCVD和PVDPVD一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVDCVD法实际上很早就有应用,用于材料精制、装饰涂层、耐氧化涂层、耐腐蚀涂层等。在电子学方面PVDPVD法用于制作半导体电极等。CVDCVD法一开始用于硅、锗精制上,随后用于适合外延生长法制作的材料上。表面保护膜一开始只限于氧化膜、氮化膜等,之后添加了由、族元素构成的新的氧化膜,最近还开发了金属膜、硅化物膜等。以上这些薄膜的CVDCVD制备法为人们所注意。C
6、VDCVD法制备的多晶硅膜在器件上得到广泛应用,这是CVDCVD法最有效的应用场所。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的化学反应热力学按热力学原理,化学反应的自由能变化 G r 可以用反应物和生成物的标准自由能来 Gf计算,即CVDCVD热力学分析的主要目的是预测某些特定条件下某些CVDCVD反应的可行性(化学反应的方向和限度)。在温度、压强和反应物浓度给定的条件下,热力学计算能从理论上给出沉积薄膜的量和所有气体的分压,但是不能给出
7、沉积速率。热力学分析可作为确定CVDCVD工艺参数的参考。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 G r与反应系统的化学平衡常数有关 K P CVDCVD的化学反应热力学例:热分解反应一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的化学反应热力学反应方向判据:可以确定反应温度一、化学气相沉积的基本原理
8、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的化学反应热力学平衡常数K P的意义: 计算理论转化率 计算总压强、配料比对反应的影响通过平衡常数可以确定系统的热力学平衡问题。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学反应动力学是一个把反应热力学预言变为现实,使反应实际进行的问题;它是研究化学反应的
9、速度和各种因素对其影响的科学。CVDCVD反应动力学分析的基本任务是:通过实验研究薄膜的生长速率,确定过程速率的控制机制,以便进一步调整工艺参数,获得高质量、厚度均匀的薄膜。反应速率r是指在反应系统的单位体积中,物质(反应物或产物)随时间的变化率。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学温度对反应速率的影响:VanVant Hofft Hoff规则:反应温度每升高1010,反应速率大约增加2-42-4倍。这是一个近似的
10、经验规则。ArrheniusArrhenius方程:式中, A为有效碰撞的频率因子, E 为活化能。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD法制备薄膜过程描述(1 1)反应气体向基片表面扩散;(2 2)反应气体吸附于基片表面;(3 3)在基片表面发生化学反应;(4 4)在基片表面产生的气相副产物脱离表面,向空间扩散或被抽气系统抽走;(5 5)基片表面留下不挥发的固相反应产物薄膜。 CVD CVD基本原理包括:反应化学、热力学、动力学、输运
11、过程、薄膜成核与生长、反应器工程等学科领域。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理最常见的几种CVDCVD反应类型有:热分解反应、化学合成反应、化学输运反应等,分别介绍如下:l热分解反应(吸热反应)通式: 主要问题是源物质的选择(固相产物与薄膜材料相同)和确定分解温度。(1 1)氢化物H-HH-H键能小,热分解温度低,产物无腐蚀性。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快
12、,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l热分解反应(吸热反应)(2 2)金属有机化合物M-CM-C键能小于C-CC-C键,广泛用于沉积金属和氧化物薄膜。金属有机化合物的分解温度非常低,扩大了基片选择范围以及避免了基片变形问题。(3 3)氢化物和金属有机化合物系统广泛用于制备化合物半导体薄膜。一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l热分解反应(吸热反应)(4
13、4)其它气态络合物、复合物羰基化合物:单氨络合物:一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l化学合成反应化学合成反应是指两种或两种以上的气态反应物在热基片上发生的相互反应。(1) (1) 最常用的是氢气还原卤化物来制备各种金属或半导体薄膜;(2) (2) 选用合适的氢化物、卤化物或金属有机化合物来制备各种介质薄膜。化学合成反应法比热分解法的应用范围更加广泛。可以制备单晶、多晶和非晶薄膜。容易进行掺杂。一、化学气相沉积的
14、基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l化学合成反应一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l化学输运反应将薄膜物质作为源物质(无挥发性物质),借助适当的气体介质与之反应而形成气态化合物,这种气态化合物经过化学迁移或物理输运到与源区温度不同的沉积区,在基片上再
15、通过逆反应使源物质重新分解出来,这种反应过程称为化学输运反应。设源为A A,输运剂为B B,输运反应通式为:XABXBA )2)(1((1)源区(2)沉积区一、化学气相沉积的基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学气相沉积的基本原理 CVDCVD的(化学反应)动力学l化学输运反应化学输运反应条件: T T1T2 不能太大; 平衡常数K KP P接近于1 1。化学输运反应判据: G r 0根据热力学分析可以指导选择化学反应系统,估计输运温度。首先确定logKP与温度的关系,选择logKP0
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