» » Принципы метода химического осаждения из паровой фазы
18.01.2016

Этот метод включает термическую диссоциацию, химическую реакцию газообразных реагентов на нагретой поверхности подложки или вблизи нес с образованием твердых продуктов. Осаждение включает гомогенные или гетерогенные химические реакции, приводящие к образованию порошков или пленок. Химические процессы, используемые при осаждении из паровой фазы, можно классифицировать по типам реакций: термическое разложение (пиролиз), окисление, восстановление, гидролиз, азотирование и т.п.
Принципы метода химического осаждения из паровой фазы

Выделяют следующие основные этапы метода химического осаждения из паровой фазы (СVD-метода) (рис. 16.6).
1. Образование активных частиц паровой (газовой) фазы исходного материала (прекурсора).
2. Перенос частиц в реакционную камеру.
3. Реакция газообразного прекурсора с образованием промежуточного продукта.
3а. При высокой температуре в реакционной камере имеет место гомогенная реакция газовой фазы, при которой промежуточный продукт разлагается или вступает в химическую реакцию с образованием порошка и летучего сопутствующего продукта. Порошок собирается на поверхности подложки, и его частицы могут действовать как центры кристаллизации, а сопутствующий продукт удаляется из камеры.
3б. При температурах ниже температуры диссоциации промежуточной фазы частицы промежуточного продукта диффундируют в тонком слое вдоль поверхности.
4. Частицы промежуточного продукта адсорбируются на нагретой поверхности подложки, где в дальнейшем протекает гетерогенная реакция газ — твердая фаза, приводящая к образованию частиц осадка и сопутствующего газообразного продукта.
5. В результате миграции частиц вдоль нагретой поверхности подложки образуются центры кристаллизации с последующим ростом пленки.
6. Газообразный сопутствующий продукт диффундирует из поверхностного слоя.
7. Непрореагировавший газообразный прекурсор и сопутствующий продукт удаляются из реакционной камеры осаждения.
При получении порошков предпочтительна гомогенная газофазная реакции. Дли осаждения пленок и покрытий специально подбираются условия процесса с целью реализации гетерогенной реакции. Основные параметры метода химического осаждения из паровой фазы: температура осаждения, давление, исходное соотношение компонентов газа и скорость потока. Температура осаждения является доминирующим параметром.
Скорость осаждения возрастает с температурой, что связано с ускорением термически активируемых реакций при высокой температуре поверхности подложки, что стимулирует высокую скорость роста, повышенную поверхностную подвижность атомов. Осаждение резко возрастает в области температур, при которых процесс контролируется кинетикой химической реакции. При высокой температуре осаждения скорость осаждения слабо зависит от температуры и больше зависит от скорости диффузии активных частиц газовой фазы через пограничный слой на поверхности осаждения. В этом случае имеет место режим, контролируемый массопереносом. Скорость осаждения в области, контролируемой массопереносом, может быть увеличена за счет снижения давлении осаждения, так как подвод частиц паровом фазы к поверхности подложки усиливается при понижении давления.
Метод химического осаждении более сложен, чем метод физического осаждения из паровой фазы. Он включает массо-, теплоперенос и химические реакции в неравновесных условиях. Результаты термодинамического моделирования могут определить только направление выбора подходящих условий процесса, которые следует оптимизировать экспериментально, в отличие от метода физического осаждения из паровой фазы.