Johdanto
1. Orgaanisten metalliyhdisteiden kemiallinen höyrypinnoitustekniikka (MOCVD)
MOCVD on kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä, jossa materiaalilähteenä käytetään orgaanisia metalliyhdisteitä, jotka hajoavat helposti alhaisissa lämpötiloissa ja joita käytetään pääasiassa yhdisteiden höyryfaasikasvuun.puolijohteet. Perinteiseen CVD:hen verrattuna MOCVD:llä on suhteellisen alhaisempi kerrostumislämpötila ja se voi kerrostaa erityisiä rakenteellisia pintoja, kuten ultraohuita kerroksia tai jopa atomikerroksia, mikä mahdollistaa erilaisten ohuiden kalvojen kerrostamisen eri substraattipinnoille. Siksi sillä on korkea käyttöarvo alustoille, jotka eivät kestä tavanomaisia korkeita CVD-lämpötiloja ja vaativat keski- tai matalalämpöisten alustojen, kuten teräksen, käyttöä. Lisäksi MOCVD-tekniikalla kasvatettu monikiteinen SiO2 on hyvä läpinäkyvä johtava materiaali, ja MOCVD:llä saatuja TiO2-kiteisiä kalvoja on käytetty myös heijastuksenestokerroksissa, veden fotoelektrolyysissä ja fotokatalyysissä.aurinkokennoja. MOCVD-tekniikan houkuttelevin uusi sovellus on uusien korkean lämpötilan suprajohtavien oksidikeraamisten ohutkalvojen valmistus.
2. Plasmakemiallinen höyrypinnoitus (PCVD)
Plasmatehostettu kemiallinen höyrypinnoitus, joka tunnetaan myös nimellä plasman tehostettu kemiallinen höyrypinnoitus, on prosessi, jossa käytetään kaasun hehkupurkauksen tuottamaa matalan lämpötilan plasmaa tehostamaan reagoivien aineiden kemiallista aktiivisuutta, edistämään kaasujen välisiä kemiallisia reaktioita ja kerrostamaan korkealaatuisia pinnoitteita alhaisemmat lämpötilat.
Tällä hetkellä PCVD:tä käytetään pääasiassa alustoille, kuten metallille, keramiikalle ja lasille suojakalvoina, vahvistuskalvoina, modifiointikalvoina ja toiminnallisina kalvoina. Tärkeä uusi edistysaskel sen soveltamisessa on timantin kaltaisten hiilikalvojen pinnoitus, jotka yleensä valmistetaan yhdistämällä radiotaajuinen plasmahiilivetykaasuhajotus ja ionisuihkupinnoitus. Näillä keraamisilla kalvoilla on ainutlaatuiset käyttömahdollisuudet leikkaustyökalujen kulutusta kestävien pinnoitteiden, laserheijastimien,optiset kuitukalvotjne.
3. Laserkemiallinen höyrypinnoitus (LCVD)
LCVD on ohutkalvopinnoitusmenetelmä, joka hyödyntää lasersäteen fotonienergiaa virittämään ja edistämään kemiallisia reaktioita kemiallisen höyrypinnoitusprosessin aikana. Tällä hetkellä LCVD-tekniikkaa käytetään laajastilaserlitografia, suurten integroitujen piirien maskien korjaus, laserhaihdutuspinnoitus ja metallointi. Piinitridikalvon LCVD-menetelmä on saavuttanut teollisen sovelluksen tason, ja sen keskimääräinen kovuus on jopa 2200 HK.
4. Matalapaineinen kemiallinen höyrypinnoitus (LPCVD)
LPCVD:n painealue on yleensä välillä 1 × 104 - 4 × 104 Pa. Koska molekyylien keskimääräinen vapaa reitti lisääntyy matalassa paineessa, kaasumaisten lähtöaineiden ja sivutuotteiden massansiirtonopeus kiihtyy, mikä kiihdyttää reaktiota kerrostuneiden ohutkalvomateriaalien muodostumisnopeus. Samaan aikaan kaasumolekyylien epätasainen jakautuminen voidaan eliminoida lyhyessä ajassa, mikä mahdollistaa tasapaksuisten ohuiden kalvojen kasvun. Lisäksi kaasumolekyylien kuljetuksen aikana kemiallisiin reaktioihin osallistuvat reagoivat molekyylit absorboivat tietyssä lämpötilassa tietyn määrän energiaa, mikä aktivoi nämä molekyylit ja saattaa ne aktivoituneeseen tilaan. Tämä tekee kemiallisista reaktioista helppoa kemiallisiin reaktioihin osallistuvien reagoivien kaasumolekyylien välillä, mikä tarkoittaa, että LPCVD:n kerrostumisnopeus on suhteellisen korkea. Tätä menetelmää voidaan käyttää monikiteisen piin, piinitridin, piidioksidin jne.
5. Ultratyhjökemiallinen höyrypinnoitus (UHVCVD)
Toisessa CVD:n kehityssuunnassa on noussut korkea tyhjiö, ultrakorkea tyhjiökemiallinen höyrypinnoitus (UHVCVD) -menetelmä. Sen kasvulämpötila on alhainen (425-600 astetta), mutta se vaatii alle 1,33 × 10-8Pa alipaineasteen. Järjestelmän suunnittelu ja valmistus on helpompaa kuin MBE (Molecular Beam epitaxy), ja sen etuna on kyky saavuttaa monikiekkojen kasvu. Reaktiojärjestelmän suunnittelu ja valmistus ei myöskään ole vaikeaa. Toisin kuin perinteinen epitaksia, tämä tekniikka käyttää matalan jännitteen ja matalan lämpötilan kasvua, mikä tekee siitä erityisen sopivan puolijohdemateriaalien, kuten Sn: Si, Sn: Ge, Si: C, Gex: Si1-x jne., kerrostamiseen.
6. Ultraäänikemiallinen höyrypinnoitus (UWCVD)
Ultraäänikemiallinen höyrypinnoitus syntyi etsittäessä korkeaenergisiä energialähteitä, jotka käynnistävät CVD:n sähkömagneettisista aalloista poikkeavassa säteilymuodossa. Ultraääniaallot voivat parantaa CVD:n kerrostumisnopeutta ja muodostaa sileitä ja yhtenäisiä kerrostumiskalvoja, joita perinteinen CVD ei pysty saavuttamaan. Asiaankuuluvien raporttien mukaan ultraäänen taajuuden ja tehon sopiva säätäminen voi jalostaa raekokoa, parantaa CVD-pinnoitettujen kalvojen lujuutta ja sitkeyttä, parantaa kerrostettujen kalvojen ja substraattien välistä tarttuvuutta ja tehdä kerrostuneista kalvoista vahvan suunnan.
UWCVD:n eduista, joita ei voida saavuttaa joillakin muilla CVD-menetelmillä, kuten hieno ja tiheä kerrostettu kalvorakenne, kerrostetun kalvon ja alustan välinen vahva adheesio sekä kerrostetun kalvon hyvä lujuus ja sitkeys, on tarpeen tutkia ja tutkia tätä uusi prosessi, ja sitä on mahdollista soveltaa tehokkaasti myös teolliseen tuotantoon.
Sovellus
1. Suojapinnoite
Monissa erikoisympäristöissä käytetyt materiaalit vaativat usein pinnoitteen suojauksen, jotta ne voivat toimia esimerkiksi kulutuskestävyyden, korroosionkestävyyden, korkean lämpötilan hapettumisenkestävyyden ja säteilyn kestävyyden vuoksi. TiN, TiC, Ti (C, N) ja muut ohutkalvot, jotka on valmistettu CVD-menetelmällä, ovat kovia ja kulutusta kestäviä. Vain 1-3 μm TiN-kalvon päällystäminen työkalun leikkauspinnalle voi pidentää sen käyttöikää yli kolme kertaa. Ja muut metallioksidit, karbidit, nitridit, silisidit, fosfidit, kuutioinen boorinitridi, timantin kaltaiset hiilikalvot sekä erilaiset komposiittikalvot osoittavat myös erinomaista kulutuskestävyyttä. Lisäksi kerrostamalla saatujen Al2O3, TiN ja muiden ohutkalvojen korroosionkestävyys on erittäin hyvä, kun taas kromia sisältävien amorfisten kalvojen korroosionkestävyys on vielä korkeampi. Piipohjaiset yhdisteet, kuten SiC, Si3N4, MoSi2 jne., ovat tärkeitä korkean lämpötilan hapettumista kestäviä pinnoitteita, jotka muodostavat tiheitä SiO2-kalvoja pinnalle ja kestävät hapettumista 1400-1600 asteessa.
2. Mikroelektroniikan tekniikka
Puolijohdelaitteiden ja integroitujen piirien perusvalmistusprosessissa ydinvaiheita ovat puolijohdekalvojen epitaksiaalinen kasvu, pn-liitoksen diffuusioelementtien muodostus, dielektrinen eristys, diffuusiomaskien ja metallikalvojen kerrostaminen. Kemiallinen höyrypinnoitus on vähitellen korvannut vanhat prosessit, kuten korkean lämpötilan hapetuksen ja piin diffuusion näiden materiaalikerrosten valmistuksessa, ja sillä on hallitseva asema nykyaikaisessa mikroelektroniikkateknologiassa. Ultrasuuren mittakaavan integroitujen piirien tuotannossa kemiallista höyrypinnoitusta voidaan käyttää monikiteisten piikalvojen, volframikalvojen, alumiinikalvojen, metallisilikien, piioksidikalvojen ja piinitridikalvojen kerrostamiseen. Näitä ohutkalvomateriaaleja voidaan käyttää hilaelektrodeina, kerrosten välisinä eristekalvoina monikerroksisissa johdotuksissa, metallijohdoissa, vastuksina ja lämmönpoistomateriaaleina.
3. Suprajohtava tekniikka
Radio Corporation of America (RCA) keksi suprajohtavien materiaalien CVD-valmisteen 1960-luvulla. Kemiallisella höyrypinnoituksella valmistetulla matalan lämpötilan suprajohtavalla Nb3Sn-nauhalla on tiheä pinnoite, helppo paksuuden säätö ja hyvät mekaaniset ominaisuudet. Se on tällä hetkellä paras materiaali korkean kentänvoimakkuuden pienten magneettien polttamiseen.
4. Aurinkoenergian käyttö
Aurinkoenergia on ehtymätön energialähde, ja epäorgaanisten materiaalien valosähköisen muunnosfunktion hyödyntäminen aurinkokennojen valmistuksessa on tärkeä tapa hyödyntää aurinkoenergiaa. Tällä hetkellä CVD-tekniikkaa, mukaan lukien LPCVD- ja PCVD-prosessit, käytetään yleisesti monikiteisten piiohutkalvoparistojen valmistukseen. Piin ja galliumarsenidin homoliitoskennojen sekä erilaisten II-V- ja I-VI-puolijohteista valmistettujen aurinkokennojen, kuten SiO2/Si, GaAs/GaAlA, CdTe/CdS jne., onnistunut koetuotanto on lähes kaikki. valmistettu ohutkalvomuodossa, ja höyrypinnoitus on niiden tärkein valmistustekniikka.
5. Viiksien tuotanto
Viikset ovat eräänlainen kehittyvä yksikide, jolla on merkittävä rooli komposiittimateriaalien alalla ja jota voidaan käyttää joidenkin uudentyyppisten komposiittimateriaalien valmistukseen. Kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä käyttää metallihalogenidien vetypelkistysominaisuuksia kideviissien valmistuksessa. Kemiallinen höyrypinnoitus ei voi vain valmistaa erilaisia metalliviiksiä, vaan myös tuottaa yhdisteitä, kuten alumiinioksidi-, timantti-, titaanikarbidiviiksiä ja niin edelleen.
6. Jalometalliohutkalvojen valmistus
Jalometalliohutkalvot ovat herättäneet tutkijoiden kiinnostusta niiden erinomaisen hapettumisenkestävyyden, korkean johtavuuden, voimakkaan katalyyttisen aktiivisuuden ja erittäin stabiiliuden ansiosta. Verrattuna muihin menetelmiin jalometalliohutkalvojen muodostamiseksi kemiallisella höyrypinnoituksella on enemmän teknisiä etuja, joten useimmat jalometalliohutkalvojen valmistusmenetelmät käyttävät tätä menetelmää. Jalometalliohutkalvojen kerrostamiseen käytetyt kerrostusmateriaalityypit ovat suhteellisen laajoja, mutta suurin osa niistä on jalometallialkuaineiden halogenideja ja orgaanisia yhdisteitä, kuten Cl3Ir, COCl2, platinakloridi, iridiumkloridi, DCPD-yhdisteet, C5H2F6O2 tai C5H5F3O2-yhdisteet, C15H21IrO6 ja C10H14O4Pt jne.
