气相沉积CVD、PVD简介

1、气相沉积简介CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积），指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。特点沉积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。制备的必要条件1） 在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室；2） 反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的；3） 沉积薄膜和基体

2、材料必须具有足够低的蒸气压。PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。涂层技术增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。过滤阴极弧：过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、

3、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒， 因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。离子束DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上，沉积速度与离子电流密度成正比。星弧涂层的离子束源采用高电压，因而离子能量更

4、大，使得薄膜与基片结合力很好；离子电流更大，使得DLC膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构，工艺控制精度可达几个埃，并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。电化学势窗电极的析氧电位与析氢电位的电势差值，称为电极的电势窗口(Potential Window)。电化学电位窗口是衡量一个电极材料的电催化能力的重要指标，电化学窗口越大，特别是阳极析氧过电位越高，对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外，对于电分析性能来说，因为电极上发生氧化还原反应的同时，还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应，若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电

5、位大于电极的析氢电位，在电极达到析氧或者析氢电位前，被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原，可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生，被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响，得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。类金刚石薄膜的微观结构与其物理特性 碳有 2 种结晶态 , 即石墨和金刚石。这2种晶态表现出 2 种不同的物理特性。石墨结晶结构是在室温条件下热力学中优先生成的结晶结构。它是一种层状结构 , 其 C 原子 紧密以共价键连接在一个平面 (称为 SP2 混合键) 内 , 层与层之间的连接很弱。在金刚石中 , 一个 C原子被另外 3 个 C原子所围绕

6、并形成共价键 (称为 SP3 混合键) , 表现出硬 度高的特性 (但其晶体需要在高温、高压条件下才能形成) 。因此 , 在温度不太高的条件 (100 300 ) 下 , 碳离子在基片上形成一种无定形碳膜 , 其结构含有石墨结构成分(SP2 结构) 和金刚石结构成分 (SP3 结构) ,而 SP2 和 SP3 含量的多少 , 决定其宏观的物理特性。因此 , SP2 和 SP3 含量的测试是保证类金刚石薄膜质量的关键。Raman 光谱分析法是测试类金刚石薄膜化学结构的主要方法。美国学者 R. E. Shroder 建立了一个SP2 和 SP3 成分相对比率喇曼光谱定标曲线。 分别用氮化硼 (BN

7、) 和金刚石粉末以及用石墨与金刚石粉末 2 种混合物 , 在严格确定混合粉末成分比例条件下 , 得到了几组喇曼光谱图 。随着石墨与金刚石粉末含量的变化 , 喇曼光谱在 1355cm 处的 D 峰和1580cm 处的 G峰有着明显的变化 , 其中 D峰代表 SP3 成分的含量 (即金刚石结构的含量) , G峰代表 SP2 成分的含量。由于类金刚石薄膜是一种无定形态的碳膜, 其 SP2 键与SP3 键的杂化轨道表现在喇曼光谱在1100cm1700cm 范围内有较宽的展宽。因此, 用上述方法严格定量分析是困难的。有些学者提出, 用喇曼光谱中 G峰向 D 峰方向的位移量计算 SP2 与 SP3 含量的

8、相对比率 。测量方法循环伏安法（背景电流）是一种常用的 HYPERLINK /doc/4328393.html t _blank 电化学研究方法。该法控制 HYPERLINK /doc/1178317.html t _blank 电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复 HYPERLINK /doc/5407385.html t _blank 扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。主要用于判断电极表面微观反应过程，电极反应的可逆性、作为无机制备反应“摸条件”等。循环伏安法(Cyclic Voltammetry)一种常用的电化学研究方法。该法控

9、制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和 HYPERLINK /doc/5937006.html t _blank 氧化反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为“电化学的谱图”。本法除了使用汞电极外，还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。循环伏安法是改变电位以得

10、到氧化还原电流方向之方法。主要是以施加一循环电位的方式来进行，从一起始电位以固定速率施加到一终点电位，再以相同速率改变回起始电位，此为一个循环，可绘制一可逆氧化反应物分析所得的CV图，当从低电位往高电位扫描时，会使分析物产生一氧化电流的氧化峰（anodic peak），此CV图可帮助我们判断在何种电位时会发生氧化反应线性扫描伏安法（电催化特性；曲线中，峰值尖锐电压区间小，电流值大，效果好）linear sweep voltammetry；LSV 一种伏安法技术。将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。工作电极是可极化的 HYPERLINK /doc/6236

11、119.html t _blank 微电极，如滴 HYPERLINK /doc/1588666.html t _blank 汞电极、 HYPERLINK /doc/1126474.html t _blank 静汞电极或其他固体电极；而 HYPERLINK /doc/3823491.html t _blank 辅助电极和 HYPERLINK /doc/6398651.html t _blank 参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。常用的电位 HYPERLINK /doc/348478.html t _blank 扫描速率介于000101Vs。可单次扫描或多次扫描。根据电流-电位曲线测得的

12、峰电流与被测物的浓度呈 HYPERLINK /doc/5974240.html t _blank 线性关系，可作定量分析，更适合于有吸附性物质的测定。交流阻抗（测量表面吸附量）交流阻抗也叫做电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，简写为EIS)，早期的电化学文献中称为交流阻抗(ACImpedance)。阻抗测量原本是电学中研究线性电路网络频率响应特性的一种方法，引用到研究电极过程，成了电化学研究中的一种实验方法。交流阻抗法就是以不同频率的小幅值正弦波扰动信号作用于电极系统，由电极系统的响应与扰动 HYPERLINK /doc/5419011.html t _blank 信号之间的关系得到的电极阻抗，推测电极的等效电路，进而可以分