氣相沉積技術

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,*,材料表面強化技術,第三章 氣相沉積技術,1,,氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學過程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的,金屬,或,化合物,涂層。,Target,Medium,Substrate,,氣相沉積的物理基礎,,,,相變,驅動力,是亞穩(wěn)定的氣相與沉積固相之間的吉布斯自由能差，沉積的,相變阻力,還是形成新相表面能的增加。,,,氣相沉積的必要條件是沉積物質的過飽和蒸汽壓，過飽和度是氣相沉積的動力，遵守形核和晶體長大的一般規(guī)律，當結晶條件受到抑制時，則按非晶化規(guī)律轉變，形成非晶

2、膜。氣相沉積的特殊性是氣相直接凝固成固相。,2,,氣相沉積的特點,,① 氣相沉積都是在密封系統(tǒng)的真空條件下進行，除常壓化學氣相沉積系統(tǒng)的壓強約為一個大氣壓外，都是負壓。沉積氣氛在真空室內進行，原料轉化率高，可以節(jié)約貴重材料資源。,,,② 氣相沉積可降低來自空氣等的污染，所得沉積膜或材料純度高。,,,③ 能在較低溫度下制備高熔點物質。,,,④ 便于制備多層復合膜、層狀復合材料和梯度材料。,3,,真空技術基礎,,所謂“真空”是指低于,101.3,kPa的氣體狀態(tài)，即與正常的大氣相比，是較為稀薄的一種氣體狀態(tài)。因此，我們所說的“真空”均指相對真空狀態(tài),。,,“真空度”和“壓強”,,,真空度是對氣體稀

3、薄程度的—種度量，最直接的物理量應該是每單位體積中的分子數，,,,氣體的壓強是指氣體作用于單位面積器壁上的壓力。,,,真空度的高低通常都用氣體的壓強來表示。,為了方便起見，常根據壓強的高低，習慣將真空劃分為以下幾個區(qū)域：,粗真空：,,低真空：,,高真空：,,超高真空：,,極高真空：,真空,4,,,真空的獲取,,,氣體傳輸泵,：,旋片式機械真空泵、油擴散泵、分子泵,；——前級泵,,,氣體捕獲泵,：,分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和低溫泵。,——,次級泵。,旋片式機械泵結構示意圖,低溫泵結構示意圖,5,,幾種常用真空泵的真空使用范圍,,根據成膜過程機理的不同，,可將氣相沉積技術分為,物理氣相沉

4、積,（PVD）,、,化學氣相沉積（CVD）,和,物理化學氣相沉積（PCVD),三,個大類,。,6,,物理氣相沉積,,一般說來，物理氣相沉積是把固態(tài)或液態(tài)成膜材料通過某種物理方式(高溫蒸發(fā)、濺射、等離子體、離子束、激光束、電弧等)產生氣相原子、分子、離子(氣態(tài)、等離子態(tài))，再經過輸運在基體表面沉積，或與其他活性氣體反應形成反應產物在基體上沉積為固相薄膜的過程。,7,,真空蒸鍍,,,真空蒸發(fā),(Vacuum Evaporation,)鍍膜簡稱蒸發(fā)鍍，是在真空條件下用蒸發(fā)器加熱待蒸發(fā)物質，使其汽化并向基板輸送，在基板上冷凝形成固態(tài)薄膜的過程。,,真空蒸,鍍,的基本過程,,(,1),,加熱蒸發(fā)過程,：

5、包括固相或液相轉變?yōu)闅庀嗟南嘧冞^程(固相或液相→氣相)，每種物質在不同的溫度有不同的飽和蒸氣壓。,,(,2),,汽化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運,，此過程中汽化原子或分子與殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數決定于蒸發(fā)原子或分子的平均自由程以及源—基距離。,,(,3)蒸發(fā)原子或分子在基片表團的沉積過程,，即蒸氣的凝聚成核，核生長形成連續(xù)膜(氣相→固相的相變過程)。,8,,,蒸發(fā)源,,,蒸發(fā)源是蒸鍍材料蒸發(fā)汽化的熱源。目前使用的蒸發(fā)源主要有以下幾類：,,,電阻加熱蒸發(fā)源,,用絲狀或片狀的高熔點金屬（鎢、鉬、鉭）做成適當形狀的蒸發(fā)源，將膜料放在其中，接通電阻加熱膜料而使其蒸發(fā)。,,,特點：,結構簡單、

6、操作方便、造價低廉,,,電子束加熱蒸發(fā)源,,e型電子槍電子槍發(fā)出的電子束直接照射鍍料表面，將高速電子的動能轉化為加熱材料的熱能，使鍍料熔化蒸發(fā)，而進行蒸鍍。,,,特點：,能量可高度集中，使膜料的局部表面獲得很高的溫度，能準確而方便的控制蒸發(fā)溫度。適用于制備高純度的膜層。,,,,激光束蒸發(fā)源,,通過聚焦可使激光束密度達到10,6,W/cm,2,以上，它以無接觸加熱方式使膜料迅速氣化，然后沉積在基片上形成薄膜。,,,特點：,實現化合物沉積，不會產生分流現象，能蒸發(fā)高熔點材料,。,真空蒸鍍的特點及應用,,,優(yōu)點：工藝過程真空度高，因而膜層致密度及純度高；鍍膜工藝過程及設備比較簡單、易控制。,,,缺點

7、：膜層與基片結合力差，繞鍍性差。,9,,濺射,,濺射現象,,,入射核能離子轟擊靶材表面產生相互作用，結果會產生如圖所示的一系列物理化學現象，主要包括三類現象：,,,⑴ 表面粒子：,濺射原子或分子,，二次電子發(fā)射，正負離子發(fā)射，濺射原子返回，解吸附雜質（氣體）原子或分解，光子輻射等。,,,⑵ 表面物化現象：加熱、清洗、刻蝕、化學分解或反應。,,,⑶材料表面層的現象：結構損傷（點缺陷、線缺陷）、熱釘、碰撞級聯、離子注入、擴散、非晶化和化合相。,10,,,濺射機理,,,濺射完全是動能的交換過程。入射離子最初撞擊靶體表面上的原子時，產生彈性碰撞，它的動能傳遞給靶表面的原子，該表面原子獲得的動能再向靶內

8、部原子傳遞，經過一系列的碰撞過程即級聯碰撞，其中某一個原子獲得指向靶表面外的動量，并且具有了克服表面勢壘（結合能）的能量，它就可以溢出靶面而成為濺射原子。,,在濺射過程中，通過動量傳遞，95%的離子能量作為熱量而被損耗，僅有5%的能量傳遞給二次發(fā)射的粒子。,,濺射的中性粒子:二次電子:二次離子=100:10:1,入射粒子引起靶材表面,,原子的級聯碰撞示意圖,11,,,濺射產額,,,濺射產額是指每一個入射離子所擊出的靶材的原子數，又稱濺射率或濺射系數。用S表示。,,,濺射產額S的大小與轟擊粒子的類型、能量、入射角有關，也與靶材原子的種類、結構有關，與濺射時靶材表面發(fā)生的分解、擴散、化合等狀況有關

9、，與濺射氣體的壓強有關。,,濺射能量閾值,,,當入射離子的能量小于或等于某個能量值時，不會發(fā)生濺射，S=0，此值稱為濺射能量閾值。,與入射離子的種類關系不大、與靶材有關。,12,,合金和化合物的濺射,,合金靶材,：為了得到與靶材成分基本相同的膜層，應當加強靶的冷卻，使靶處在冷態(tài)下濺射，這樣就降低了靶內組分的擴散效應。開始濺射時，高濺射率的組分優(yōu)先濺出，表面該組分貧化，若降低擴散遷移，深層元素不向表面補充，表面低濺射率元素濃度相對增高下多濺出，就可使沉積膜接近靶材成分。,,化合物靶材,：大多數化合物的離解能在,10～100eV,范圍內，而濺射工況下入射離子能量都超過這一范圍，所以，化合物靶材在濺

10、射時化合物會發(fā)生離解。膜成分和靶組分的化學配比將發(fā)生偏差，化合物的離解產物中常常是氣體原子，有可能被抽氣系統(tǒng)抽掉，所以要補償膜組分中化學配比的偏差，需要引入適量的“反應氣體”，通過反應濺射的方式來糾正化學配比的偏差。例如，氧化物、氮化物或硫化物的濺射中，需要添加一定比例的,O,2,，N,2,，H,2,S,等參加到濺射氣體中進行反應濺射，以保證化學配比。,13,,濺射鍍膜方法,1、二極濺射,濺射原理,：陰極濺射時，靶材作為陰極，其過程首先是將密閉系統(tǒng)抽至真空度為133.3,×10,-5,～133.3×10,-4,Pa，,然后充入一定量的惰性氣體（通常是氬氣），此時真空度應保持在,133.3,×1

11、0,-3,～133.3×10,-2,Pa。,在陰極和陽極之間之間加上3,～,4kv的高電壓，這時惰性氣體即產生輝光放電,并部,分電離，在陰極周圍形成一個暗區(qū)。陰極暗區(qū)的等離子體包括惰性氣體的離子、中性原子、電子和光子。在陰極負高壓的吸引下，陰極暗區(qū)內的惰性氣體離子(如,Ar,+,)被加速，并以極高的速度轟擊靶，使靶材濺射出來。從靶材濺射出來的原子或分子以足夠高的速度飛向放在周圍的零件而形成鍍層。由于濺射出來的原子具有,10～35ev,的動能，因而濺射膜的附著力較強。,,濺射方法根據特征可分為：,直流濺射,、,射頻濺射,、,磁控濺射,和,反應濺射,。,14,,2、射頻濺射,？,如果靶材是絕緣材料

12、，在正離子的轟擊下就會帶正電，從而使電位上升，離子加速電場就逐漸變小，到停止濺射，至輝光放電停止。,,在高頻交變電場作用下，可在絕緣靶表面上建立起負偏壓的緣故。在靶上施加射頻電壓，在靶處于正半周時，由于電子質量比離子質量小，故遷移率高，在很短時間內飛向靶面，中和其表面累積的正電荷，并且在靶表面迅速積累大量電子，使靶材表面呈負電位，吸引正離子繼續(xù)轟未靶表面產生濺射。實現了正、負半周中，均可產生濺射。,15,,①,傳統(tǒng)濺射方法缺點：,3、磁控濺射,,沉積速率比較低,，特別是陰極濺射，共放電過程中只有大約,0.3,％,～,0.5,％的氣體分子被電離,；,,工作氣壓高；,,氣體分子對薄膜污染高,,是一

13、種高速低溫濺射技術，由于在磁控濺射中運用了正交電磁場，使離化率提高到,5,%～,6,%,，使濺射速率比二極濺射提高10倍以上，沉積速率可達每分鐘幾百至,2000,nm,。,②,磁控濺射技術：,16,,③,磁控濺射原理：,,,電子e在電場E的作用下，在飛向基板的過程中與Ar原子發(fā)生碰撞，使其電離成Ar,+,和一個電子e，電子e飛向基片，Ar,+,在電場的作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，濺射出中性靶原子或分子沉積在基片上形成膜。另外，被濺射出的二次電子e,1,一旦離開靶面，就同時受到電場和磁場作用，進入負輝區(qū)則只受磁場作用。于是，從靶表面發(fā)出的二次電子e,1,，首先在陽極暗區(qū)受到電場加

14、速飛向負輝區(qū)。進入負輝區(qū)的電子具有一定的速度，并且是垂直于磁力線運動的，在,Lonenlz,力,F＝q(E十v×B),的作用下，而繞磁力線旋轉。電子旋轉半圈后重新進入陰極暗區(qū)，受到電場減速。當電子接近靶平面時速度降為零。以后電子在電場作用下再次飛離靶面，開始新的運動周期。電子就這樣跳躍式地向,E×B,所指方向漂移。電子在正交電磁場作用下的運動軌跡近似,一,條擺線。若為環(huán)行磁場，則電子就近似擺線形式在靶表面做圓周運動。二次電,子,在環(huán)狀磁場的控制下，運動路徑很長，增加了與氣體碰撞電離的概率，從而實現磁控濺射沉積速率高的特點,。,17,,化合物薄膜占全部薄膜的70%，在薄膜制備中占重要地位。大多數

15、化合物薄膜可以用,,化學氣相沉積(CVD)法制備，但是PVD也是制備化合物薄膜的一種好方法。,4、反應濺射,,濺射鍵膜中，引入某些活性反應氣體與濺射粒子進行化學反應，生成不同于靶材的化合物薄膜。例如通過在,O,2,中濺射反應制備氧化物薄膜．在,N,2,或,NH,3,個制備氮化物薄膜，在,C,2,H,2,或,CH,4,中制備碳化物薄膜等。,,將反應氣體和濺射氣體分別送至基板和靶附近，以形成壓力梯度。一般反應濺射的氣壓都很低，氣相反應不顯著。但是，等離子體中流通電流很高，對反應氣體的分解、激發(fā)和電離起著重要作用，因而使反應濺射中產生強大的由載能游離原子團組成的粒子流，與濺射出來的靶原子從陰極靶流向

16、基片，在基片上克服薄膜生成的激活能，而生成化合物。在很多情況下，只要改變?yōu)R射時反應氣體與惰性氣體的比例，就可改變薄膜性質，如可使薄膜由金屬導體非金屬。,18,,離子鍍,離子鍍技術是結合了蒸發(fā)與濺射兩種薄膜沉積技術而發(fā)展起來的一種物理氣相沉積方法。,二極直流放電離子鍍示意圖,離子鍍的定義,：是指在真空條件下，利用氣體放電使工作氣體或被蒸發(fā)物質（鍍料）部分離化，在工作氣體離子或被蒸發(fā)物質的離子轟擊作用下，把蒸發(fā)物或其反應物沉積在被鍍物體表面的過程。,離子鍍的類型,：（從離子來源的角度可分為）蒸發(fā)源離子鍍和濺射離子鍍兩大類。,離子鍍技術的特征,：在基片上施加負偏壓，用來加速離子，增加調節(jié)離子的能量。

17、,離子鍍的主要優(yōu)點：⑴等離子體的活性有利于降低化合物的合成溫度；⑵離子轟擊提高了薄膜的致密度；⑶改善了膜層的組織結構；⑷提高膜/基結合力。,19,,⑴ 荷能離子對基體表面的轟擊效應：,,濺射清洗,,產生缺陷,,結晶系破壞,,改變表面形貌,,氣體滲入,,溫度升高,,和表面成分變化,離子鍍的特點,：,清除表面吸附氣體和氧化物的污染,促使晶格原子離位和遷移而形成,,空位和間隙原子點缺陷,導致破壞表面結晶結構或非晶態(tài)化,表面粗糙化,氣體滲入沉積的膜中,大部分轟擊粒子的能量轉成表面加熱,選擇濺射及擴散作用使表面成分有異于整體材料成分,20,,⑵,荷能離子對基體和鍍層界面的轟擊效應：,,物理混合,,增強擴

18、散,,改善成核,,減少松散結合原子,,改善表面覆蓋度,,增加繞鍍性,反沖注入與級聯碰撞，引起近表面區(qū)的非擴,,散型混合，形成,“偽擴散層”界面，即膜基,,之間的過濾層，厚達幾微米，其中甚至會出,,現新相。這可大大提高膜基附著強度。,高缺陷濃度與溫升提高了擴散速率，增強沉積原子與基體原子之間的相互擴散,即使原來屬于非反應性成核模式,,的情況，經離子轟擊表面產生更,,多缺陷，增加了成核密度，從而,,更有利于形成擴散—反應型成核,,模式。,優(yōu)先去除結合松散的原子,21,,⑶,荷能離子在薄膜生長中的效應：,,有利于化合物形成,,清除柱狀晶、提高致密度，,,對膜層內應力的影響，,,改變膜的組織結構，,,

19、強化基體表面等；,鍍料粒子與反應氣體激活,,反應，活性提高，在較低,,溫度下形成化合物,轟擊和濺射破壞了柱狀晶,,生長條件，轉變成稠密的,,各向異性結構,使原子處于非平衡位置而增,,加應力或增強擴散和再結晶,,等松弛應力。,提高沉積粒子的激活能，,,甚至出現新亞穩(wěn)相，改變,,膜的組織結構和性能,基體表面產生壓應力,22,,,真空室抽至,10,-3,～10,-4,Pa,，隨后通入惰性氣體（,Ar,），真空度達,1～10,-1,Pa,，接通高壓電源，在蒸發(fā)源（陽極）和基片（陰極）之間建立起一個低壓氣體放電的低溫等離子區(qū)?；蔀檩x光放電的陰極，其附近成為陰極暗區(qū)。在負輝區(qū)附近產生的惰性氣體離子進入

20、進入陰極暗區(qū)被電場加速并轟擊基片表面，可有效地清除基片表面的氣體和污物。隨后，讓鍍料汽化，蒸發(fā)的粒子進入等離子區(qū)，并與等離子區(qū)中的正離子和被激發(fā)的惰性氣體原子以及電子發(fā)生碰撞，其中一部分蒸發(fā)粒子被電離成正離子，而大部分原子達不到離化的能量，處于激發(fā)狀態(tài)。被電離的鍍料離子和惰性氣體離子一起受到負高壓電場加速，以較高的能量轟擊基片和鍍層的表面，并沉積成膜。這種荷能粒子的轟擊貫穿鍍膜成核和生長的全過程。離子鍍成膜過程中所需的能量靠荷能離子供給，而離子的能量是在電離碰撞以及離子被電場加速獲得的，而不是靠加熱方式獲得的。,,離子鍍原理,23,,離子鍍技術必須具備三個條件：一是有一個氣體放電空間，工作氣體

21、部分地電離產生等離子體；二是要將鍍料原子或反應氣體引進放電空間，在其中進行電荷交換和能量交換，使之部分離化，產生鍍料物質或反應氣體的等離子體；三是在基片上部施加負電位，形成對離子加速電場。,,在離子鍍過程中，鍍料氣化粒子來源于蒸發(fā)，而鍍料離子的電離則發(fā)生在鍍料與基片之間的氣體放電空間。處于負電位的基片表面受到等離子體的包圍，在鍍膜前受到惰性氣體正離子的轟擊濺射，清理了表面。在鍍膜時則受到惰性氣體離子和鍍料離子的轟擊濺射，沉積與反濺共存。所以說離子鍍是真空蒸發(fā)和濺射技術相結合的產物，只不過濺射的對象是基片和沉積中的膜層。,24,,25,,化學氣相沉積,化學氣相沉積,（,Chemical Vapo

22、r Deposition,CVD,）,是通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質在氣相或氣固界面上經化學反應形成固態(tài)沉積物的技術。,簡單來說就是：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內,,,然后他們相互之間發(fā)生化學反應，形成一種新的材料，沉積到基片表面上。,為適應,CVD,技術的需要，選擇原料、產物及反應類型等通常應滿足以下幾點基本要求：,,(1),反應劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高的蒸氣壓而易于揮發(fā)成蒸汽的液態(tài)或固態(tài)物質，且有很高的純度；,,(2),通過沉積反應易于生成所需要的材料沉積物，而其他副產物均易揮發(fā)而留在氣相

23、排出或易于分離；,,(3),反應易于控制。,26,,,,與PVD時的情況不同，CVD過程多是在相對較高的壓力環(huán)境下進行的，因為較高的壓力有助于提高薄膜的沉積速率。此時，氣體的流動狀態(tài)己處于黏滯流狀態(tài)。氣相分子的運動路徑不再是直線，而它在襯底止的沉積幾率取決于氣壓、溫度、氣體組成、氣體激發(fā)狀態(tài)、薄膜表面狀態(tài)等多個復雜因素的組合。這一特性決定了CVD薄膜可以被均勻地涂覆在復雜零件的表面上，而較少受到陰影效應的限制。,,,利用CVD方法，可以制備的薄膜種類范圍很廣，包括固體電子器件所需的各種薄膜、軸承和工具的耐磨涂層，發(fā)動機或核反應堆部件的高溫防護涂層等。特別是在高質量的半導體晶體外延技術以及各種介

24、電薄膜的制備中，大量使用了化學氣相沉積技術,。,CVD特點及應用,27,,CVD,技術的分類,CVD,技術根據反應類型或者壓力可分為,,,低壓,CVD(LPCVD),,,,常壓,CVD(APCVD),,亞常壓,CVD(SACVD),,超高真空,CVD(UHCVD),,,等離子體增強,CVD(PECVD),,高密度等離子體,CVD(HDPCVD),,快熱,CVD(RTCVD),,金屬有機物,CVD(MOCVD),,28,,CVD,是建立在化學反應基礎上的，要制備特定性能材料首先要選定一個合理的沉積反應。用于,CVD,技術的通常有如下所述五種反應類型。,,(1),熱分解反應,,熱分解反應是最簡單的

25、沉積反應，利用熱分解反應沉積材料一般在簡單的單溫區(qū)爐中進行，其過程通常是首先在真空或惰性氣氛下將襯底加熱到一定溫度，,然后導入反應氣態(tài)源物質使之發(fā)生熱分解，最后在襯底上沉積出所需的固態(tài)材料。熱分解發(fā)可應用于制備金屬、半導體以及絕緣材料等。,,最常見的熱分解反應有四種。,,（,a,）氫化物分解,,（,b,）金屬有機化合物的熱分解,,（,c,）氫化物和金屬有機化合物體系的熱分解,,（,d,）其他氣態(tài)絡合物及復合物的熱分解,化學氣相沉積法的原理,29,,(2),氧化還原反應沉積,,一些元素的氫化物有機烷基化合物常常是氣態(tài)的或者是易于揮發(fā)的液體或固體，便于使用在,CVD,技術中。如果同時通入氧氣，在反

26、應器中發(fā)生氧化反應時就沉積出相應于該元素的氧化物薄膜。例如：,,許多金屬和半導體的鹵化物是氣體化合物或具有較高的蒸氣壓，很適合作為化學氣相沉積的原料，要得到相應的該元素薄膜就常常需采用氫還原的方法。氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡單，因此有很大的實用價值。例如：,30,,(3),化學合成反應沉積,,化學合成反應沉積是由兩種或兩種以上的反應原料氣在沉積反應器中相互作用合成得到所需要的無機薄膜或其它材料形式的方法。這種方法是化學氣相沉積中使用最普遍的一種方法。,,與熱分解法比，化學合成反應沉積的應用更為廣泛。因為可用于熱分解沉積的化合物并不很多，而無機材料原則上都可以通過合

27、適的反應合成得到。,31,,(4),化學輸運反應沉積,,把所需要沉積的物質作為源物質，使之與適當的氣體介質發(fā)生反應并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經化學遷移或物理載帶而輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應生成源物質而沉積出來。這樣的沉積過程稱為化學輸運反應沉積。,,其中的氣體介質成為輸運劑，所形成的氣態(tài)化合物稱為輸運形式。,,這類反應中有一些物質本身在高溫下會汽化分解然后在沉積反應器稍冷的地方反應沉積生成薄膜、晶體或粉末等形式的產物,。,HgS,就屬于這一類，具體反應可以寫成：,,,也有些原料物質本身不容易發(fā)生分解，而需添加另一種物質（稱為輸運劑）來促進輸運中間氣態(tài)產物的生成。,3

28、2,,(5),等離子體增強的反應沉積,,在低真空條件下，利用直流電壓（,DC,）、交流電壓（,AC,）、射頻（,RF,）、微波（,MW,）或電子回旋共振（,ECR,）等方法實現氣體輝光放電在沉積反應器中產生等離子體。,,由于等離子體中正離子、電子和中性反應分子相互碰撞，可以大大降低沉積溫度，例如硅烷和氨氣的反應在通常條件下，約在,850℃,左右反應并沉積氮化硅，但在等離子體增強反應的條件下，只需在,350℃,左右就可以生成氮化硅。,,一些常用的,PECVD,反應有：,33,,(6),其他能源增強反應沉積,,隨著高新技術的發(fā)展，采用激光增強化學氣相沉積也是常用的一種方法。例如：,,,,,通常這一

29、反應發(fā)生在,300℃,左右的襯底表面。采用激光束平行于襯底表面，激光束與襯底表面距離約,1mm,，結果處于室溫的襯底表面上就會沉積出一層光亮的鎢膜。,,其他各種能源例如利用火焰燃燒法，或熱絲法都可以實現增強反應沉積的目的。,34,,一般來講，CVD裝置往往包括以下幾個基本部分：,,⑴ 反應氣體和載氣的供給和計量裝置；,,⑵ 必要的加熱和冷卻系統(tǒng)；,,⑶ 反應產物氣體的排出裝置或真空系統(tǒng)。,,如同在物理氣相沉積時的情形一樣。針對不同的薄膜材料和使用目的?；瘜W氣相沉積裝置可以具有各種不同的形式。其分類的方法可以是按照沉積過程中的溫度(低溫、高溫)、壓力(常壓、低壓)、加熱方式(冷壁、熱壁式)等。并

30、且，在CVD裝置中也可以輔助以各種物理手段，如等離子體或熱蒸發(fā)技術等。,化學氣相沉積裝置,等離子體輔助化學氣相沉積（,PECVD,）技術,35,,,在低壓化學氣相沉積過程進行的同時，利用輝光放電等離子體對沉積過程施加影響的技術稱為等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)技術。從這種意義上來講,，,傳統(tǒng)的CVD技術依賴于較高的襯底溫度實現氣相物質間的化學反應與薄膜的沉積，因而可以稱之為熱CVD技術,特點,：,等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需要的激活能,Ea,。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，因而顯著降低,

31、CVD,薄膜沉積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進行的,CVD,過程得以在低溫實現。低溫薄膜沉積的好處包括可以避免薄膜與襯底間發(fā)生不必要的擴散與化學反應、避免薄膜或襯底材料的結構變化與性能惡化、避免薄膜與襯底中出現較大的熱應力等。,36,,在PECVD過程中發(fā)生的微觀過程：,,,,,(a),,氣體分子與等離子體中的電子發(fā)生碰撞，產生出活性基團和離子。其中，形成離子的幾率要低得多，因為分子離化過程所需的能量較高。,,(b),,活性基團可以直接擴散到襯底。,,(c),,活性基團也可以與其他氣體分子或活性基團發(fā)生相互作用，進而形成沉積所需的化學基因。,,(d),,沉積所需的化學基團擴散到襯底表面。,,(e),,氣體分子也可能沒有經過上述活化過程而直接擴散到襯底附近。,,,,(f),,氣體分子被直接排出系統(tǒng)之外。,,(g),,到達襯底表面的各種化學基團發(fā)生各種沉積反應并釋放出反應產物。,37,,,,在,PECVD,裝置中，可以利用各種方法來產生所需要的等離子體。比如，二極直流輝光放電的方法、射頻輝光放電的方法、微波激發(fā)等離了體的方法等,。,電容耦合的射頻PECVD裝置的典型結構。在裝置中，射頻電壓被加在相對安放的兩個平板電極上，在其間通過反應氣體并產生相應的等離子體。在等離子體產生的活性基團的參與下，在襯底上實現薄膜的沉積。,38,,