化学气相沉积CVD原理及其薄膜制备.pptx

Seminar Ⅰ
化学气相沉积(CVD)原理及其
薄膜制备
2008. 05. 27
CVD 原理
定义
气态物种输运
沉积过程热力学和动力学
CVD 技术分类
CVD 制备薄膜
CVD 技术的优缺点
概 要
孟广耀，化学气相淀积与无机新材料，北京：科学出版社，1984
载气
载气
气态源
液态源
固态源
前驱物 气体
气相输运
反应 沉积
衬底
托架
卧式反应器
衬底
立式反应器
CVD (Chemical Vapor Deposition)是通过气态物质在气
相或气固界面上发生反应生成固态粉体或薄膜材料的过程
. Choy. / Progress in Materials Science 48 (2003) 57–170
实验室用典型CVD设备沉积SiC涂层装置简图
气相前驱体供给系统
化学气相沉积系统
排出气控制系统
气态物种的输运
热力学位的差异－驱动力
(压力差、分压或浓度梯度和温度梯度)
气体分子定向流动、对流或扩散
气态反应物或生成物的转移
沉积速率、沉积机理和沉积层质量
开管气流系统中的质量输运
——水平反应管中的气流状态
层流和紊流 通常用流体的雷诺数(Re)来判断

ρ、v、η分别为流体的密度、线流速和粘度系数，d为圆管直径
临界雷诺数： R>R上临 紊流 R<R下临 层流
光滑圆管： R上临＝12000～13000 R下临＝1900～2000
R上临 取决于流动形状，特征长度，入口处和流动方向上的扰动
卧式硅外延反应器中气流模型
. Brodshaw. / Int. J. Electron., 21 (1966) 205; 23 (1967) 381
Schlichting H. , “Boundary Layer Theory” 4th. ch. 7, McGraw-Hill Book Co. (1955).
附面层模型
层流
紊流
气
流
入
口
滞流薄层模型 气态组分从主气流向生长表面转移需通过附
面层，气态组分通过附面层向生长表面转移
一般是靠扩散进行。
粒子流密度:
质量转移系数:
附面层厚度：

平均附面层厚度：
开管气流系统中的质量输运
——气态组分向生长表面的转移
. Treybel. , “Mass-Transfer Operations” ch. 3, McGraw-Hill Book Co. (1955).
Pohlhauson 更精确结果：
输运流量的计算
实例：热分解反应 ABn(g)+C(g)=A(s)+nB(g)+C(g)
气固界面热力学平衡：
粒子流密度:
物料守恒:
(粒子数／厘米2·秒)
孟广耀，化学气相淀积与无机新材料，北京：科学出版社，1984
沉积过程热力学
CVD过程的热力学分析 运用化学平衡计算，估算沉积系统中与某特定组分的固相处于平衡的气态物种的分压值，用以预言沉积的程度和各种反应参数对沉积过程的影响。
对于非动力学控制的过程，热力学分析可以定量描述沉积速
率和沉积层组成，有助于了解沉积机制和选择最佳沉积条件
系统各物种间的
化学反应和
化学平衡方程式
计算机
数值解法
各组分的
平衡分压和
固相组成
体系物料的
质量守恒方程式
已有实验资料
沉积过程机理
优化沉积工艺参数
CVD：气固表面多相化学反应
；
；
(和非反应)分子被表面吸附；

间在表面或表面附近发生反应，形
成成晶粒子和气体副产物，成晶粒
子经表面扩散排入晶格点阵；