Химическое осаждение из паровой фазы — это метод нанесения покрытий, который обычно используется для получения тонких пленок и покрытий очень высокого качества. В этом процессе обычно используются газообразные реагенты. При химическом осаждении из паровой фазы вы транспортируете пары одного или несколько веществ в реакционную камеру. Эти вещества обычно разлагаются на нагретой поверхности подложки в реакционной камере. В результате этого процесса образуются некоторые химические побочные продукты, которые выбрасываются из реакционной камеры вместе с непрореагировавшими парами. Методом химического осаждения из паровой фазы наносится множество материалов, в том числе силициды, оксиды металлов, сульфиды и арсениды.
Два реактора химического осаждения из паровой фазы
Существует два типа CVD-реакторов, каждый из которых имеет свое применение, преимущества и недостатки.
Реакторы с горячей стенкой
Реакторы с горячими стенками используются реже по сравнению с другими типами. Они включают в себя нагрев как подложек, так и стенок реактора.
Преимущества
- Возможность одновременного производства больших партий изделий.
- Реакторы с горячими стенками просты в эксплуатации.
- Поддерживается равномерная температура подложки. Таким образом, достигается равномерная толщина покрытия.
- Реакторы с горячими стенками могут работать в широком диапазоне температур и давлений.
Недостатки
- Процесс требует очень высокой температуры и энергии.
- Покрытие происходит не только на подложке, но и на стенках реактора. Это затрудняет очистку реактора.
- Вероятно возникновение газофазных реакций.
Реакторы с холодной стенкой
Реакторы с холодной стенкой являются наиболее часто используемым типом CVD-реакторов. Они нагревают подложку и одновременно охлаждают стенки реактора. Это создает более высокую температуру на подложке по сравнению со стенками. Реакторы с холодными стенками особенно подходят для процессов CVD для получения соединений полупроводников.
Преимущества
- На стенах меньше покрытий, что облегчает уборку.
- Реакторы с холодной стенкой требуют меньше температуры и энергии.
- Реакторы с холодными стенками поддерживают процессы химического осаждения из паровой фазы, в которых используется плазма.
- Отложения происходят более быстрыми темпами.
- Газофазные реакции происходят реже.
Недостатки
- Оборудование сложнее в эксплуатации.
- Одновременно можно обрабатывать меньшее количество материалов.
- Температура подложки неоднородна. Следовательно, толщина покрытия обычно не одинакова.
Типы процессов химического осаждения из паровой фазы
Плазмо-усиленное химическое осаждение из паровой фазы
PECVD – один из вариантов химического осаждения из паровой фазы. В этом варианте реагирующие газы преобразуются в плазму. Пространство между двумя электродами заполняется реагирующими газами, а для преобразования газов в плазму используется радиочастотный разряд или разряд постоянного тока.
Термическое химическое осаждение из паровой фазы
При термическом CVD покрытия легко наносятся на подложки в открытой атмосфере. В этом процессе материал-прекурсор добавляется к горящему газу, что делает прекурсор высокореактивным.
Химическое осаждение из паровой фазы с помощью горячей нити
HFCVD также называют каталитическим химическим осаждением из паровой фазы. В этом процессе для разложения газов-прекурсоров используется горячая нить. Подложка обычно имеет более низкую температуру, чем горячая нить.
Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы
MOCVD обычно используется для получения одиночных или поликристаллических тонких пленок. Не следует путать этот процесс с молекулярно-лучевой эпитаксией. В то время как молекулярно-лучевая эпитаксия включает в себя физическое осаждение для выращивания кристаллов, молекулярное химическое осаждение из паровой фазы включает в себя химическую реакцию. Обычно используемые прекурсоры для этого процесса включают герман, фосфин и аммиак.
Лазерное химическое осаждение из паровой фазы
LCVD обычно используется для точечного покрытия полупроводников. В этом методе лазерный луч используется для нагрева части подложки. Это приводит к более быстрому осаждению на нагретой стороне подложки.
Преимущества химического осаждения из паровой фазы
Химическое осаждение из паровой фазы является распространенным методом осаждения тонких пленок. Популярность этого метода объясняется некоторыми его преимуществами. Некоторые из этих преимуществ описаны ниже.
- Доступность: CVD является относительно экономичным методом нанесения покрытия.
- Универсальность: его можно использовать для покрытия широкого спектра элементов и соединений.
- Высокая скорость осаждения: CVD обеспечивает быстрое осаждение с превосходной адгезией.
- Равномерное покрытие: метод обеспечивает равномерное покрытие по всей подложке.
- Высокая чистота: продукты химического осаждения из паровой фазы демонстрируют высокий уровень чистоты.
- Нанесение вне прямой видимости: CVD может покрывать сложные формы и поверхности, которые не находятся в прямой видимости.
Применение химического осаждения из паровой фазы
Электроника
Это наиболее распространенное применение химического осаждения из паровой фазы. Химическое осаждение из паровой фазы используется для нанесения тонкой пленки на полупроводники, используемые в электронике.
Режущие инструменты
Химическое осаждение из паровой фазы используется для покрытия режущих инструментов. Это предотвращает коррозию и износ режущих инструментов. Кроме того, он улучшает смазывающую способность инструмента и обеспечивает тепловой барьер.
Солнечные батареи
Производство тонкопленочных солнечных элементов обычно включает химическое осаждение из паровой фазы. Один или несколько слоев фотоэлектрических материалов наносятся на подложку тонкопленочных солнечных элементов.
Заключение
Химическое осаждение из паровой фазы — ценный метод в индустрии покрытий, предлагающий многочисленные преимущества и универсальное применение. Продолжающиеся исследования продолжают раскрывать весь его потенциал.
