薄膜的化学气相沉积(2)

1、第四章 薄膜的化学气相沉积1n化学气相沉积化学气相沉积CVD，chemical vapor deposition2CVDCVD模型3456一、化学气相沉积热力学一、化学气相沉积热力学要想得到单晶生长条件，根本做法要想得到单晶生长条件，根本做法是只引入一个生长核心，同时抑制是只引入一个生长核心，同时抑制其他生长核心的形成。其他生长核心的形成。根据晶体形核理论，要使晶体生长，根据晶体形核理论，要使晶体生长，需要新相形成过程的自由能变化需要新相形成过程的自由能变化G0GD/ksD/时，衬底外表的反响物浓度为零，时，衬底外表的反响物浓度为零，反响物的扩散过程较慢，在衬底附近反响物发反响物的扩散过程较慢

2、，在衬底附近反响物发生贫化，这个过程为扩散控制的沉积过程；生贫化，这个过程为扩散控制的沉积过程；相反，当相反，当 ksD/ ksD/时，时，ns=ngns=ng，反响过程由较，反响过程由较慢的外表反响过程所控制，称为外表反响控制慢的外表反响过程所控制，称为外表反响控制的沉积过程。的沉积过程。41等随温度的变化。、取决于规律沉积速率随温度的变化为表面原子密度。反应导致的沉积速率为DkN )k(DNDnkNJR s0s0gs0s42研究说明：研究说明：D和和随温度变化较小。随温度变化较小。Ks随温度变化较大随温度变化较大七CVDCVD薄膜沉积速率的均匀性考虑考虑SiSi在衬底上沉积生长时的在衬底上

3、沉积生长时的CVDCVD过程。过程。43第一个边界条件假设了在衬底外表处，反响进行得很彻底，没有剩余的反响物存在；第二个条件假设了在装置的上界面y=b处，物质的扩散项等于零；第三个条件假设了输入气体的初始浓度为c0。经过推导得出薄膜沉积速度为：4478)-(4 erbMDM2cR 224vbDx gsi0结论：结论：1沉积速率沿气体流动方向指数下降反响物贫化引沉积速率沿气体流动方向指数下降反响物贫化引起起2提高气体流速提高气体流速V和装置尺寸和装置尺寸b有助于提高均匀性。有助于提高均匀性。3调整温度分布，影响扩散系数调整温度分布，影响扩散系数D，进而调控沉积的，进而调控沉积的均匀性。均匀性。4

4、5三、化学气相沉积装置三、化学气相沉积装置1. CVD系统的根本组成系统的根本组成46474849502. 常见的常见的CVD装置装置51525354阴极和衬底鞘层电位-污染电容耦合电容耦合PECVD直流：导电薄膜直流：导电薄膜射频：导电或绝缘薄膜射频：导电或绝缘薄膜缺乏：缺乏：1电极外表高鞘层电电极外表高鞘层电位，离子轰击阴极，产生位，离子轰击阴极，产生溅射污染。溅射污染。2等离子密度很高时，等离子密度很高时，产生弧光放电，限制高功产生弧光放电，限制高功率使用。率使用。55电容感耦合电容感耦合PECVD原理：高频交变电场诱发交原理：高频交变电场诱发交变感应电流，气体击穿及等变感应电流，气体击

5、穿及等离子体产生。在反响气体下离子体产生。在反响气体下游放置衬底，即可获得薄膜游放置衬底，即可获得薄膜沉积。也可上游只输入惰沉积。也可上游只输入惰性气体，下游输入反响气体，性气体，下游输入反响气体，后者与等离子体混、活化、后者与等离子体混、活化、沉积沉积优点：无电极优点：无电极-无鞘层电位无鞘层电位-低污染低污染-无弧光放电。无弧光放电。缺点：等离子体均匀性差缺点：等离子体均匀性差-薄薄膜均匀性差。膜均匀性差。56575859)T,(T (g)Te 2Cd(g)2CdTe(s)21260四、电镀电镀是电流通过导电液又称为电解液电镀是电流通过导电液又称为电解液中的流动而产生化学反响，最终在阴极中

6、的流动而产生化学反响，最终在阴极上电解沉积某一物质的过程。上电解沉积某一物质的过程。组成：浸在电解液中的阳极、阴极组成：浸在电解液中的阳极、阴极电镀法制备薄膜的原理：电解液中的材电镀法制备薄膜的原理：电解液中的材料正离子被加速奔向与其极性相反的阴料正离子被加速奔向与其极性相反的阴极，在阴极处，离子形成双层，屏蔽了极，在阴极处，离子形成双层，屏蔽了电场对电解液的大局部作用。电场对电解液的大局部作用。 61电镀法的特点：1 1制备薄膜的性质取决于电解液、电极和电制备薄膜的性质取决于电解液、电极和电流密度；流密度；2 2所得薄膜大多是多晶的；所得薄膜大多是多晶的；3 3薄膜生长速度较快；薄膜生长速度

7、较快；4 4衬底基片可以是任意形状的；衬底基片可以是任意形状的；5 5只适用于在导电的基片上沉积金属和合金；只适用于在导电的基片上沉积金属和合金；6 6缺点是电镀过程一般难以控制。缺点是电镀过程一般难以控制。62五、化学镀不加任何电场，直接通过化学反响而实现薄不加任何电场，直接通过化学反响而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。膜沉积的方法叫化学镀。化学镀可以沉积一些金属膜，化学镀可以沉积一些金属膜，NiNi，CoCo，PdPd，AuAu；也可用于制备氧化物膜；也可用于制备氧化物膜PdO2PdO2，TiO2TiO2，SnO2SnO2等等特点：不需要高温，设备简单，经济实惠，特点：不需要高温，设备简单，经

8、济实惠，可大面积沉积可大面积沉积63六、LBLB技术利用分子的活性在气液界面上形成凝结膜，将利用分子的活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层或称膜该膜逐次叠积在基片上形成分子层或称膜的技术，称为的技术，称为Langmuir-BlodgettLangmuir-Blodgett技术技术LBLB技技术。术。LBLB技术是由技术是由Katharine BlodgettKatharine Blodgett和和Irving Irving Langmuir Langmuir 在在19331933年发现的。年发现的。利用利用LBLB技术，可以生长高质量、有序单原子层技术，可以生长高质量、

9、有序单原子层或多原子层，其介电强度较高。或多原子层，其介电强度较高。6465nLB膜可以应用到电子仪器和太阳能转换膜可以应用到电子仪器和太阳能转换系统上。系统上。nLB膜研究领域如今已有长足开展，大量膜研究领域如今已有长足开展，大量材料如脂肪酸或其他长链脂肪族材料，用材料如脂肪酸或其他长链脂肪族材料，用很短的脂肪链替代的芳香族等都可形成高很短的脂肪链替代的芳香族等都可形成高质量的质量的LB膜。膜。n LB技术中，待沉积的分子一定要平衡亲技术中，待沉积的分子一定要平衡亲水性区和不亲水性区。分子链的一端是亲水性区和不亲水性区。分子链的一端是亲水性的如水性的如COOH，另一端为不亲水性，另一端为不亲

10、水性的如的如CH3。LBLB技术的原理：技术的原理：1 1两性成膜材料溶解到有机溶两性成膜材料溶解到有机溶剂中，滴注到亚相液面上，液面溶剂挥发，双亲剂中，滴注到亚相液面上，液面溶剂挥发，双亲基团分子停留在液面上。基团分子停留在液面上。2 2用挡板对分子层用挡板对分子层进行压缩，由于亲水和疏水作用，分子站立，形进行压缩，由于亲水和疏水作用，分子站立，形成有序密集排列分子层。成有序密集排列分子层。 66LBLB膜可分三类：X、Y和和Z型型X X型：型：沉积层只在沉积层只在基片下降基片下降时得到；时得到；Y Y型：型：当基片当基片下降或抽取下降或抽取时实现膜的沉积，此膜称为时实现膜的沉积，此膜称为Y Y型膜。型膜。Z Z型：型：只有当基片只有当基片抽取抽取时发生膜沉积所获得的为时发生膜沉积所获得的为Z Z型膜。型膜。6768Y Y型膜的制备可以型膜的制备可以分为两类：分为两类：在在不亲水不亲水基片上；基片上； 在在亲水亲水基片上基片上作业题1.1.什么是什么是 化学气相沉积？优点？缺点？化学气相沉积？优点？缺点？2. 2. 化学气相沉积过程的动力学环节。化学气相沉积过程的动力学