Einführung
1. Technologie zur chemischen Gasphasenabscheidung metallorganischer Verbindungen (MOCVD)
MOCVD ist eine Methode der chemischen Gasphasenabscheidung, die metallorganische Verbindungen verwendet, die bei niedrigen Temperaturen leicht zersetzbar und flüchtig sind, als Materialquelle, hauptsächlich für das Dampfphasenwachstum von VerbindungenHalbleiter. Im Vergleich zu herkömmlichem CVD hat MOCVD eine relativ niedrigere Abscheidungstemperatur und kann speziell strukturierte Oberflächen wie ultradünne Schichten oder sogar Atomschichten abscheiden, wodurch die Abscheidung unterschiedlicher dünner Filme auf unterschiedlichen Substratoberflächen möglich ist. Daher hat es einen hohen Anwendungswert für Substrate, die den hohen Temperaturen von herkömmlichem CVD nicht standhalten können und die Verwendung von Substraten mit mittlerer bis niedriger Temperatur erfordern, wie z. B. Stahl. Darüber hinaus ist polykristallines SiO2, das durch MOCVD-Technologie gezüchtet wurde, ein gutes transparentes leitfähiges Material, und durch MOCVD gewonnene kristalline TiO2-Filme wurden auch in Antireflexionsschichten, Wasserphotoelektrolyse und Photokatalyse von verwendetSolarzellenDie attraktivste neue Anwendung der MOCVD-Technologie ist die Herstellung neuartiger dünner Filme aus supraleitender Oxidkeramik für hohe Temperaturen.
2. Chemische Gasphasenabscheidung mittels Plasma (PCVD)
Bei der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung, auch als plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung bekannt, handelt es sich um ein Verfahren, bei dem durch Gasglimmentladungen erzeugtes Niedertemperaturplasma verwendet wird, um die chemische Aktivität von Reaktanten zu steigern, chemische Reaktionen zwischen Gasen zu fördern und bei niedrigeren Temperaturen hochwertige Beschichtungen abzuscheiden.
Derzeit wird PCVD hauptsächlich auf Substraten wie Metallen, Keramiken und Glas als Schutzfilme, Verstärkungsfilme, Modifikationsfilme und Funktionsfilme verwendet. Der wichtige neue Fortschritt bei seiner Anwendung ist die Abscheidung diamantähnlicher Kohlenstofffilme, die im Allgemeinen durch die Kombination von Hochfrequenzplasma-Kohlenwasserstoffgaszersetzung und Ionenstrahlabscheidung hergestellt werden. Diese Keramikfilme haben einzigartige Anwendungsaussichten in den Bereichen verschleißfeste Beschichtungen für Schneidwerkzeuge, Laserreflektoren,optische Faserfolien, usw.
3. Chemische Gasphasenabscheidung mit Laser (LCVD)
LCVD ist ein Verfahren zur Dünnschichtabscheidung, bei dem die Photonenenergie eines Laserstrahls genutzt wird, um während des chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses chemische Reaktionen anzuregen und zu fördern. Derzeit wird die LCVD-Technologie häufig eingesetzt inLaserlithografie, Korrektur von Masken für integrierte Schaltkreise im großen Maßstab, Laserverdampfung und Metallisierung. Das LCVD-Verfahren für Siliziumnitridfilme hat das Niveau der industriellen Anwendung erreicht und erreicht eine durchschnittliche Härte von bis zu 2200 HK.
4. Chemische Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD)
Der Druckbereich von LPCVD liegt im Allgemeinen zwischen 1 × 104 und 4 × 104 Pa. Aufgrund der Erhöhung der durchschnittlichen freien Weglänge von Molekülen unter niedrigem Druck wird die Massenübertragungsrate von gasförmigen Reaktanten und Nebenprodukten beschleunigt, wodurch die Reaktionsrate der Bildung von abgeschiedenen Dünnschichtmaterialien beschleunigt wird. Gleichzeitig kann die ungleichmäßige Verteilung von Gasmolekülen in kurzer Zeit beseitigt werden, was das Wachstum von Dünnschichten mit gleichmäßiger Dicke ermöglicht. Darüber hinaus absorbieren die an chemischen Reaktionen beteiligten Reaktantenmoleküle während des Transports von Gasmolekülen bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Energiemenge, wodurch diese Moleküle aktiviert und in einen aktivierten Zustand versetzt werden. Dadurch können chemische Reaktionen zwischen den an chemischen Reaktionen beteiligten Reaktantengasmolekülen leicht auftreten, was bedeutet, dass die Abscheidungsrate von LPCVD relativ hoch ist. Mit dieser Methode können polykristallines Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid usw. abgeschieden werden.
5. Chemische Gasphasenabscheidung im Ultravakuum (UHVCVD)
In einer anderen Entwicklungsrichtung der CVD hat sich die Hochvakuum-Chemische Gasphasenabscheidung (UHVCVD) herausgebildet. Die Wachstumstemperatur ist niedrig (425-600 Grad), aber es ist ein Vakuum von weniger als 1,33 × 10-8Pa erforderlich. Das Design und die Herstellung des Systems sind einfacher als bei der Molekularstrahlepitaxie (MBE) und sein Vorteil ist die Möglichkeit, ein Wachstum mehrerer Wafer zu erreichen. Das Design und die Herstellung des Reaktionssystems sind ebenfalls nicht schwierig. Im Gegensatz zur traditionellen Epitaxie verwendet diese Technik ein Wachstum mit niedriger Spannung und niedriger Temperatur, wodurch sie sich besonders für die Abscheidung von Halbleitermaterialien wie Sn: Si, Sn: Ge, Si: C, Gex: Si1-x usw. eignet.
6. Chemische Gasphasenabscheidung mit Ultraschall (UWCVD)
Die chemische Gasphasenabscheidung mittels Ultraschall entstand bei der Suche nach hochenergetischen Energiequellen, die CVD in einer anderen Strahlungsform als elektromagnetische Wellen initiieren. Ultraschallwellen können die Abscheidungsrate von CVD verbessern und glatte und gleichmäßige Abscheidungsfilme bilden, die mit herkömmlicher CVD nicht erreicht werden können. Laut einschlägigen Berichten kann durch geeignete Anpassung der Frequenz und Leistung des Ultraschalls die Korngröße verfeinert, die Festigkeit und Zähigkeit von CVD-abgeschiedenen Filmen verbessert, die Haftung zwischen abgeschiedenen Filmen und Substraten verbessert und abgeschiedenen Filmen eine starke Richtung verliehen werden.
Aufgrund der Vorteile von UWCVD, die mit anderen CVD-Methoden nicht erreicht werden können, wie z. B. die feine und dichte Struktur des abgeschiedenen Films, die starke Haftung zwischen dem abgeschiedenen Film und dem Substrat sowie die gute Festigkeit und Zähigkeit des abgeschiedenen Films, ist es notwendig, dieses neue Verfahren zu erforschen und zu untersuchen, und es ist auch möglich, es effektiv in der industriellen Produktion anzuwenden.
Anwendung
1. Schutzbeschichtung
In vielen speziellen Umgebungen verwendete Materialien benötigen häufig einen Beschichtungsschutz, um Funktionen wie Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und Strahlungsbeständigkeit zu erfüllen. TiN, TiC, Ti (C, N) und andere durch CVD-Verfahren hergestellte dünne Filme weisen eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf. Das Aufbringen eines nur 1-3 μ m dicken TiN-Films auf die Schneidfläche eines Werkzeugs kann dessen Lebensdauer um mehr als das Dreifache erhöhen. Und auch andere Metalloxide, Carbide, Nitride, Silicide, Phosphide, kubisches Bornitrid, diamantähnliche Kohlenstofffilme sowie verschiedene Verbundfilme weisen eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf. Darüber hinaus ist die Korrosionsbeständigkeit von Al2O3, TiN und anderen durch Abscheidung erhaltenen dünnen Filmen sehr gut, während die Korrosionsbeständigkeit von amorphen Filmen mit Chrom sogar noch höher ist. Siliziumbasierte Verbindungen wie SiC, Si3N4, MoSi2 usw. sind wichtige oxidationsbeständige Beschichtungen bei hohen Temperaturen, die dichte SiO2-Filme auf der Oberfläche bilden und einer Oxidation bei 1400-1600 Grad standhalten können.
2. Mikroelektronik-Technologie
Im grundlegenden Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen umfassen die Kernschritte das epitaktische Wachstum von Halbleiterfilmen, die Bildung von pn-Übergangsdiffusionselementen, die dielektrische Isolierung sowie die Abscheidung von Diffusionsmasken und Metallfilmen. Die chemische Gasphasenabscheidung hat bei der Herstellung dieser Materialschichten nach und nach alte Verfahren wie Hochtemperaturoxidation und Diffusion von Silizium ersetzt und nimmt in der modernen Mikroelektroniktechnologie eine dominierende Stellung ein. Bei der Herstellung von ultragroßen integrierten Schaltkreisen kann die chemische Gasphasenabscheidung verwendet werden, um polykristalline Siliziumfilme, Wolframfilme, Aluminiumfilme, Metallsilizide, Siliziumoxidfilme und Siliziumnitridfilme abzuscheiden. Diese Dünnschichtmaterialien können als Gate-Elektroden, Zwischenschichtisolationsfilme für Mehrschichtverdrahtung, Metallverdrahtung, Widerstände und Wärmeableitungsmaterialien verwendet werden.
3. Supraleitende Technologie
Die CVD-Herstellung von supraleitenden Materialien wurde in den 1960er Jahren von der Radio Corporation of America (RCA) erfunden. Das durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellte Nb3Sn-Niedertemperatur-Supraleiterband hat eine dichte Beschichtung, lässt sich leicht in der Dicke steuern und hat gute mechanische Eigenschaften. Es ist derzeit das beste Material zum Brennen kleiner Magnete mit hoher Feldstärke.
4. Nutzung der Sonnenenergie
Sonnenenergie ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Die Nutzung der photoelektrischen Umwandlungsfunktion anorganischer Materialien zur Herstellung von Solarzellen ist eine wichtige Methode zur Nutzung der Sonnenenergie. Derzeit wird die CVD-Technologie, einschließlich LPCVD- und PCVD-Prozesse, häufig zur Herstellung von polykristallinen Silizium-Dünnschichtbatterien verwendet. Die erfolgreiche Versuchsproduktion von Silizium- und Galliumarsenid-Homoübergangszellen sowie verschiedener Heteroübergangssolarzellen aus II-V- und I-VI-Halbleitern wie SiO2/Si, GaAs/GaAlAs, CdTe/CdS usw. werden fast alle in Dünnschichtform hergestellt, und die Dampfabscheidung ist ihre wichtigste Herstellungstechnologie.
5. Herstellung von Whiskern
Whisker sind eine Art sich entwickelnder Einkristall, der im Bereich der Verbundwerkstoffe eine bedeutende Rolle spielt und zur Herstellung einiger neuer Arten von Verbundwerkstoffen verwendet werden kann. Die chemische Gasphasenabscheidung nutzt die Wasserstoffreduktionseigenschaften von Metallhalogeniden zur Herstellung von Kristallwhiskern. Durch chemische Gasphasenabscheidung können nicht nur verschiedene Metallwhisker hergestellt werden, sondern auch zusammengesetzte Whisker wie Aluminiumoxid-, Diamant-, Titankarbid-Whisker usw.
6. Herstellung von Edelmetall-Dünnschichten
Edelmetalldünnschichten haben aufgrund ihrer hervorragenden Oxidationsbeständigkeit, hohen Leitfähigkeit, starken katalytischen Aktivität und extremen Stabilität das Interesse der Forscher geweckt. Im Vergleich zu anderen Verfahren zur Erzeugung von Edelmetalldünnschichten hat die chemische Gasphasenabscheidung mehr technische Vorteile, daher wird diese Methode bei den meisten Verfahren zur Herstellung von Edelmetalldünnschichten verwendet. Die Arten der zur Abscheidung von Edelmetalldünnschichten verwendeten Abscheidungsmaterialien sind relativ vielfältig, aber die meisten davon sind Halogenide und organische Verbindungen von Edelmetallelementen, wie Cl3Ir, COCl2, Platinchlorid, Iridiumchlorid, DCPD-Verbindungen, C5H2F6O2- oder C5H5F3O2-Verbindungen, C15H21IrO6 und C10H14O4Pt usw.
