第十章 气相沉积技术.ppt

第十章气相沉积技术
气相沉积技术
是通过气相材料或使材料气化后沉积于基片表面并形成薄膜, 从而使基片获得特殊的表面性能的一种新技术。
薄膜是用特殊方法获得的,依靠基体支撑并具有与基体不同的结构和性能的二维材料。
3 by Jing Liang
School of Metallurgy and Materials
薄膜材料的主要特征
厚度:二维材料,一般具有亚微米至微米级的厚度,扩展到纳米和近毫米级的金刚石膜。
基体支撑
特殊的结构和性能
特殊的形成方式
4 by Jing Liang
薄膜材料制备方法
液相法
气相法
物理气相沉积
PVD是指在真空条件下,采用物理方法将固态的镀料转化为原子、分子或离子的气相物质再沉积于基体表面,从而形成薄膜的制备方法。
主要有真空蒸镀、溅射镀、离子镀等方法
化学气相沉积
CVD是将含有薄膜组成的一种或几种化合物气体导入反应室,使其在基体上通过化学反应生成所需薄膜的制备方法。
主要有常压或低压CVD、PCVD、LCVD、有机金属化合物作反应物的CVD等。
气相沉积的特点
真空条件
沉积过程污染小、膜层纯度高
较低温度下可制备高熔点涂层
制备多层复合膜、层状复合和梯度材料
气体沉积的物理基础
符合相变规律:
驱动力是亚稳态的气相与沉积的固相间的吉布斯自由能差;
阻力是形成新相表面能的增加。
自由能差与过饱和度成正比
符合形核长大规律
气相直接到固相转变
气相沉积中的形核与生长
形核:基片表面吸附的原子总能量超过表面扩散激活能原子间、原子与原子团之间发生碰撞形成原子对和原子团,凝聚成晶核。
长大:分为核生长型、层生长型和层核生长型三种形式。
气相沉积中的生长方式
核生长型
形核阶段:入射原子在表面扩散形成原子团长大到一定尺寸形成稳定晶核。
小岛阶段:晶核通过吸附或直接接收入射原子而在三维长大、有晶体结构。
网络阶段:小岛生长相遇合并成大岛、调整外形与内部的晶体降低自由能,大岛相连形成网络结构
连续阶段:原子不断增加,网状结构的沟逐渐填满形成连续薄膜