Indledning
1. Kemisk dampaflejringsteknologi for organiske metalforbindelser (MOCVD)
MOCVD er en metode til kemisk dampaflejring, der anvender metalorganiske forbindelser, der let nedbrydes og er flygtige ved lave temperaturer som materialekilde, hovedsagelig brugt til dampfasevækst af forbindelsenhalvledere. Sammenlignet med traditionel CVD har MOCVD en relativt lavere aflejringstemperatur og kan afsætte specielle strukturerede overflader såsom ultratynde lag eller endda atomlag, hvilket giver mulighed for aflejring af forskellige tynde film på forskellige substratoverflader. Derfor har den høj anvendelsesværdi for substrater, der ikke kan modstå konventionelle CVD høje temperaturer og kræver brug af medium til lav temperatur substrater, såsom stål. Derudover er polykrystallinsk SiO2 dyrket ved MOCVD-teknologi et godt gennemsigtigt ledende materiale, og TiO2-krystallinske film opnået af MOCVD er også blevet brugt i anti-reflektionslag, vandfotoelektrolyse og fotokatalyse afsolceller. Den mest attraktive nye anvendelse af MOCVD-teknologi er fremstillingen af nye højtemperatur-superledende oxid-keramiske tynde film.
2. Plasma kemisk dampaflejring (PCVD)
Plasmaforstærket kemisk dampaflejring, også kendt som plasmaforstærket kemisk dampaflejring, er en proces, der udnytter lavtemperaturplasma genereret af gasglødeudledning til at øge reaktanternes kemiske aktivitet, fremme kemiske reaktioner mellem gasser og afsætte belægninger af høj kvalitet ved lavere temperaturer.
På nuværende tidspunkt bruges PCVD hovedsageligt på substrater som metaller, keramik og glas som beskyttelsesfilm, forstærkningsfilm, modifikationsfilm og funktionsfilm. Det vigtige nye fremskridt i dets anvendelse er aflejringen af diamantlignende kulstoffilm, som generelt fremstilles ved at kombinere radiofrekvensplasma-kulbrintegasnedbrydning og ionstråleaflejring. Disse keramiske film har unikke anvendelsesmuligheder inden for slidbestandige belægninger til skærende værktøjer, laserreflektorer,optiske fiberfilmosv.
3. Laser Chemical Vapor Deposition (LCVD)
LCVD er en tyndfilmsdepositionsmetode, der udnytter fotonenergien fra en laserstråle til at excitere og fremme kemiske reaktioner under den kemiske dampaflejringsproces. På nuværende tidspunkt er LCVD-teknologi meget udbredt ilaser litografi, korrektion af integrerede kredsløbsmasker i stor skala, laserfordampningsaflejring og metallisering. LCVD-metoden til siliciumnitridfilm har nået niveauet for industriel anvendelse med en gennemsnitlig hårdhed på op til 2200HK.
4. Kemisk lavtryksdampaflejring (LPCVD)
Trykområdet for LPCVD er generelt mellem 1 × 104 og 4 × 104 Pa. På grund af stigningen i den gennemsnitlige frie vej for molekyler under lavt tryk, accelereres masseoverførselshastigheden af gasformige reaktanter og biprodukter, hvilket accelererer reaktionen hastigheden for dannelse af aflejrede tyndfilmsmaterialer. I mellemtiden kan den ujævne fordeling af gasmolekyler elimineres på kort tid, hvilket giver mulighed for vækst af tynde film med ensartet tykkelse. Derudover absorberer de reaktantmolekyler, der deltager i kemiske reaktioner, under transporten af gasmolekyler en vis mængde energi ved en bestemt temperatur, hvilket aktiverer disse molekyler og sætter dem i en aktiveret tilstand. Dette gør det let for kemiske reaktioner at forekomme mellem de reaktantgasmolekyler, der deltager i kemiske reaktioner, hvilket betyder, at aflejringshastigheden af LPCVD er relativt høj. Denne metode kan bruges til at afsætte polykrystallinsk silicium, siliciumnitrid, siliciumdioxid osv.
5. Ultravakuum kemisk dampaflejring (UHVCVD)
I en anden udviklingsretning af CVD - højvakuum, ultrahøjvakuum kemisk dampaflejring (UHVCVD) metode er dukket op. Dens væksttemperatur er lav (425-600 grad ), men den kræver en vakuumgrad på mindre end 1,33 × 10-8Pa. Designet og fremstillingen af systemet er lettere end molekylær stråleepitaksi (MBE), og dets fordel er evnen til at opnå multi wafer vækst. Designet og fremstillingen af reaktionssystemet er heller ikke svært. I modsætning til traditionel epitaksi bruger denne teknik lavspænding og lav temperaturvækst, hvilket gør den særligt velegnet til afsætning af halvledermaterialer som Sn: Si, Sn: Ge, Si: C, Gex: Si1-x osv.
6. Ultrasonic Chemical Vapor Deposition (UWCVD)
Ultralyds kemisk dampaflejring opstod i søgen efter energikilder med høj energi, der initierer CVD i en strålingsform, der er forskellig fra elektromagnetiske bølger. Ultralydsbølger kan forbedre aflejringshastigheden af CVD og danne glatte og ensartede aflejringsfilm, som traditionel CVD ikke kan opnå. Ifølge relevante rapporter kan justering af frekvensen og kraften af ultralyd på passende måde forfine kornstørrelsen, forbedre styrken og sejheden af CVD-aflejrede film, forbedre vedhæftningen mellem aflejrede film og substrater og få deponerede film til at have stærk retningsbestemmelse.
På grund af fordelene ved UWCVD, som ikke kan opnås ved nogle andre CVD-metoder, såsom fin og tæt aflejret filmstruktur, stærk vedhæftning mellem aflejret film og substrat, og god styrke og sejhed af aflejret film, er det nødvendigt at udforske og studere dette ny proces, og det er også muligt effektivt at anvende den til industriel produktion.
Anvendelse
1. Beskyttende belægning
Materialer, der anvendes i mange specielle miljøer, kræver ofte belægningsbeskyttelse for at give funktioner som slidstyrke, korrosionsbestandighed, højtemperaturoxidationsmodstand og strålingsmodstand. TiN, TiC, Ti (C, N) og andre tynde film fremstillet ved CVD-metoden har høj hårdhed og slidstyrke. Belægning af kun 1-3 μm TiN-film på skæreoverfladen af værktøjet kan øge dets levetid med mere end tre gange. Og andre metaloxider, carbider, nitrider, silicider, phosphider, kubisk bornitrid, diamantlignende kulstoffilm samt forskellige kompositfilm udviser også fremragende slidstyrke. Derudover er korrosionsbestandigheden af Al2O3, TiN og andre tynde film opnået gennem aflejring meget god, mens korrosionsbestandigheden af amorfe film indeholdende chrom er endnu højere. Siliciumbaserede forbindelser som SiC, Si3N4, MoSi2 osv. er vigtige højtemperatur-oxidationsbestandige belægninger, som genererer tætte SiO2-film på overfladen og kan modstå oxidation ved 1400-1600 grader.
2. Mikroelektronik teknologi
I den grundlæggende fremstillingsproces af halvlederenheder og integrerede kredsløb omfatter kernetrinene epitaksial vækst af halvlederfilm, dannelse af pn-forbindelsesdiffusionselementer, dielektrisk isolering, aflejring af diffusionsmasker og metalfilm. Kemisk dampaflejring har efterhånden erstattet gamle processer såsom højtemperaturoxidation og diffusion af silicium ved fremstillingen af disse materialelag og indtager en dominerende stilling inden for moderne mikroelektronikteknologi. Ved produktion af integrerede kredsløb i ultra stor skala kan kemisk dampaflejring bruges til at afsætte polykrystallinske siliciumfilm, wolframfilm, aluminiumfilm, metalsilicider, siliciumoxidfilm og siliciumnitridfilm. Disse tyndfilmsmaterialer kan bruges som gateelektroder, mellemlagsisoleringsfilm til flerlagsledninger, metalledninger, modstande og varmeafledningsmaterialer.
3. Superledende teknologi
CVD-fremstilling af superledende materialer blev opfundet af Radio Corporation of America (RCA) i 1960'erne. Nb3Sn lavtemperatur superledende tape fremstillet ved kemisk dampaflejring har en tæt belægning, nem tykkelseskontrol og gode mekaniske egenskaber. Det er i øjeblikket det bedste materiale til affyring af små magneter med høj feltstyrke.
4. Solenergiudnyttelse
Solenergi er en uudtømmelig energikilde, og at udnytte den fotoelektriske konverteringsfunktion af uorganiske materialer til at lave solceller er en vigtig måde at udnytte solenergi på. På nuværende tidspunkt bruges CVD-teknologi, herunder LPCVD- og PCVD-processer, almindeligvis til fremstilling af polykrystallinske silicium-tyndfilmsbatterier. Den vellykkede forsøgsproduktion af silicium- og galliumarsenid-homojunction-celler samt forskellige heterojunction-solceller fremstillet af II-V- og I-VI-halvledere, såsom SiO2/Si, GaAs/GaAlAs, CdTe/CdS osv., er næsten alle fremstillet i tyndfilmsform, og vapor deposition er deres vigtigste forberedelsesteknologi.
5. Produktion af Whiskers
Whiskers er en type udviklende enkeltkrystal, der spiller en væsentlig rolle inden for kompositmaterialer og kan bruges til at producere nogle nye typer kompositmaterialer. Den kemiske dampaflejringsmetode bruger metalhalogeniders hydrogenreduktionsegenskaber til fremstilling af krystalhårhår. Kemisk dampaflejring kan ikke kun fremstille forskellige metalhårhår, men også producere sammensatte knurhår såsom aluminiumoxid, diamant, titaniumcarbidhårhår og så videre.
6. Forberedelse af ædelmetal tynde film
Tynde film af ædelmetal har tiltrukket forskeres interesse på grund af deres fremragende oxidationsmodstand, høje ledningsevne, stærke katalytiske aktivitet og ekstremt stabilitet. Sammenlignet med andre metoder til fremstilling af tynde film af ædelmetal har kemisk dampaflejring flere tekniske fordele, så de fleste metoder til fremstilling af tynde film af ædelmetal bruger denne metode. De typer af aflejringsmaterialer, der bruges til at afsætte tynde ædelmetalfilm, er relativt brede, men de fleste af dem er halogenider og organiske forbindelser af ædelmetalelementer, såsom Cl3Ir, COCl2, platinchlorid, iridiumchlorid, DCPD-forbindelser, C5H2F6O2 eller C5H5F3O2-forbindelser, C15H21IrO6 og C10H14O4Pt osv.
