化学气相沉积和物理气相沉积中的分形

1、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）中薄膜的分形课程日期: 2016-10-192目录气相沉积的应用化学气相沉积简介物理气相沉积简介化学气相沉积石墨烯中的分形物理气相沉积中的分形3气相沉积的应用碳化硅涂层基底衬托器超硬金刚石涂层高性能氮化镓薄膜石墨烯触摸屏化学气相沉积物理气相沉积太阳能电池增透膜4化学气相沉积简介定义：化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。化学气相沉积的过程：(1) (2) 前驱体扩散并吸附至基底表面；(3) 前驱体在基底表面反应得到反

2、应产物，反应产物在基地表面扩散形成连续的薄膜；(4) 副产物的解吸附。5物理气相沉积简介定义：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。磁控溅射脉冲激光沉积离子束蒸镀物理气相沉积的分类6化学气相沉积石墨烯中的分形气体的比例提高Ar/H2的比例，石墨烯的形状由树枝状演变为花瓣状再到六边形最后为近似圆形。沉积温度随着沉积温度的升高，石墨烯由花瓣状变为六边形再到圆形。基底晶向不同晶向，基底原子的排列不同，这与碳原子在其上的扩散速率密切相关Wu C, et al. Scientific rep

3、orts, 2015.Murdock A T, et al. Acs Nano, 2013.7化学气相沉积石墨烯中的分形以上都可以用Wulff生长动力学来解释，花瓣状为扩散限制机制主导，六边形为接触限制机制主导，圆形时则为解吸附限制机制主导通过左图的简图来说明以上形状的生成原因：以十二边形来表示石墨烯的生长，nA和nB方向的生长速度不相同，若nA略小于nB最后B边就会逐渐消失形成六边形结构，若nB远大于nA就会形成花瓣状，若nA与nB几乎相等就会形成圆形Wu C, et al. Scientific reports, 2015.8化学气相沉积石墨烯中的分形以上的Wulff生长动力学通常只适用于

4、较小的尺度，在薄膜长至数百微米之后，薄膜的形状往往会受制于多种因素。正方形的石墨烯是受制与Cu(100)表面的正方形的原子台阶，原子台阶阻碍了碳原子在铜表面的扩散。Wang H, et al. Advanced Materials, 2016.基底的处理9化学气相沉积石墨烯中的分形改变工艺通过改变工艺也可以达到改变形状的目的。在沉积结束后，持续通入氢气，根据氢气分压的不同，氢气会刻蚀出六边形或圆形孔洞。Ma T, et al. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013.10化学气相沉积石墨烯中的分形后处理模板光刻电子束刻蚀STM切割将生长好的成片的石墨烯通过特殊手段加工，可以得到最多精细到原子级别的图案。Feng J, Li W, Qian X, et al. Nanoscale, 2012.11物理气相沉积中的分形基底温度25 oC280 oC400 oC随着基底温度的升高，形貌逐渐由球形变为枝晶，这是因为随着基底温度的升高，原子在基底上的扩散速率的增加。溅射功率随着溅射功率的增加，形貌由疏松多孔的结构到针状结构，随着溅射功率的增加，反应速率增大，表现出各向异性的生长。沉积压强50 W150 W250 W1.5 Pa2 Pa3 Pa4 PaLi H, e