Chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) - Klassifizierung, Merkmale und Anwendungen
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine Technik, bei der ein Gasgemisch bei einer bestimmten Temperatur miteinander oder mit der Oberfläche des Substrats in Wechselwirkung tritt und eine dünne Schicht aus Metallen oder Verbindungen auf der Oberfläche des Substrats bildet, so dass die Oberfläche des Materials so verändert werden kann, dass sie den Anforderungen an Verschleiß-, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit sowie an spezifische elektrische, optische, tribologische und andere besondere Eigenschaften entspricht. Eine Technologie.
Grundsätze der CVD-Technologie
Die CVD-Technologie basiert auf chemischen Reaktionen, die in der Regel als CVD-Reaktionen bezeichnet werden, bei denen sich die Reaktanten im gasförmigen Zustand und eines der Produkte im festen Zustand befinden; daher muss das chemische Reaktionssystem die folgenden drei Bedingungen erfüllen.
- Bei der Abscheidungstemperatur müssen die Reaktanten einen ausreichend hohen Dampfdruck aufweisen. Wenn die Reaktanten bei Raumtemperatur alle gasförmig sind, ist die Abscheidungsapparatur relativ einfach. Wenn die Reaktanten bei Raumtemperatur nur wenig verdampfen, müssen sie erhitzt werden, um sie zu verdampfen, und in einigen Fällen müssen sie durch ein Trägergas in die Reaktionskammer gebracht werden.
- Die Reaktionsprodukte müssen gasförmig sein, mit Ausnahme des erforderlichen Sediments, das fest sein muss.
- Der Dampfdruck der abgeschiedenen Schicht sollte niedrig genug sein, um sicherzustellen, dass die abgeschiedene Schicht während der Abscheidungsreaktion bei einer bestimmten Abscheidungstemperatur fest mit dem Substrat verbunden ist. Der Dampfdruck des Substratmaterials bei der Abscheidetemperatur muss ebenfalls niedrig genug sein.
Klassifizierung der CVD-Technologie
Klassifizierung nach Temperatur
- Niedertemperatur-CVD (LTCVD): Die Abscheidungstemperatur liegt in der Regel unter 400 °C und ist für temperaturempfindliche Substrate geeignet.
- Medium-Temperature CVD (MTCVD): Abscheidungstemperatur zwischen 400°C und 700°C.
- Hochtemperatur-CVD (HTCVD): Die Abscheidungstemperatur liegt in der Regel über 700 °C und eignet sich für Materialien, die eine hohe Temperaturstabilität erfordern.
Klassifizierung nach Druck
- Atmosphärendruck-CVD (APCVD): CVD-Verfahren, das bei Atmosphärendruck durchgeführt wird, einfache Ausrüstung, die jedoch leicht zu Partikelverunreinigungen führen kann.
- Niederdruck-CVD (LPCVD): Dieses Verfahren wird in einer Niederdruckumgebung durchgeführt und reduziert die Partikelkontamination und verbessert die Gleichmäßigkeit der Schichten.
- Ultrahochvakuum-CVD (UHVCVD): UHVCVD wird unter Ultrahochvakuumbedingungen durchgeführt und eignet sich für die Herstellung von hochreinen und hochwertigen Schichten.
Klassifizierung nach der Methode des Energieeintrags
- Thermische CVD (Thermal CVD): Die Bildung dünner Schichten durch Zersetzung oder Reaktion von Reaktionsgasen durch Erhitzen auf hohe Temperaturen.
- Plasmaunterstützte CVD (PECVD)Plasmaeinsatz zur Senkung der Reaktionstemperatur und zur Verbesserung der Abscheidungsrate und der Schichtqualität.
- Photounterstützte CVD (PACVD): Die Nutzung von Lichtenergie (in der Regel UV-Licht) zur Förderung chemischer Reaktionen, die üblicherweise bei der Abscheidung organischer Materialien eingesetzt wird.
- Laser-CVD (LCVD): Die Verwendung eines Laserstrahls zur Einleitung oder Förderung einer chemischen Reaktion, die eine örtlich begrenzte Feinabscheidung ermöglicht.
Klassifizierung nach Prozessmerkmalen
- Metallorganische CVD (MOCVD): Verwendet metallorganische Verbindungen als Reaktionsgase und ist bei der Herstellung von Halbleitern und optoelektronischen Geräten weit verbreitet.
- Vapor Phase CVD (VPCVD): verwendet gasförmige Verbindungen als Reaktanten.
- Flüssigphasen-CVD (LPCVD): verwendet flüssige Verbindungen als Reaktanten, die in der Regel zunächst vergast werden müssen.
Anwendungen von CVD
Die CVD-Technologie spielt aufgrund ihrer Flexibilität und Effizienz bei der Herstellung verschiedener Materialien und Schichten eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereichen.
- Dünnschichtabscheidung: CVD wird für die Abscheidung einer Vielzahl von Dünnschichten verwendet, wie z. B.Amorphes SiliziumPolykristallines Silizium,Siliziumnitrid (Si3N4), ,Siliziumdioxid (SiO2)usw.
- LEDs und Laser: CVD wird zur Herstellung von III-V-Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN) und Galliumarsenid (GaAs) in LEDs und Lasern verwendet.
- Fotovoltaikzellen: CVD wird zur Abscheidung dünner Schichten bei der Herstellung von Solarzellen verwendet, wie z. B.Siliziumschichtund Zinkoxid (ZnO) usw., um die photovoltaische Umwandlungseffizienz zu verbessern.
- Verschleißfeste Beschichtungen: CVD wird eingesetzt, um superharte Schichten wie Diamant und kubisches Bornitrid (c-BN) abzuscheiden, um die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer von Werkzeugen, Formen und mechanischen Teilen zu verbessern.
- Korrosionsschutzschichten: CVD ermöglicht die Abscheidung von korrosionsbeständigen Schichten wieTitannitrid (TiN)und Titancarbid (TiC) zum Schutz von Metalloberflächen vor Korrosion.
- Antireflexionsbeschichtung: CVD wird zur Herstellung von Antireflexionsbeschichtungen verwendet, um Reflexionen auf der Oberfläche optischer Elemente zu verringern und die optische Leistung zu verbessern.
- Filter und Wellenleiter: In der optischen Kommunikation wird CVD zur Herstellung von Geräten wie Filtern und Lichtwellenleitern eingesetzt, um die Effizienz der Signalübertragung zu verbessern.
- Biokompatible Beschichtungen: Die CVD-Technologie wird eingesetzt, um biokompatible Beschichtungen wie Titannitrid und Zirkoniumoxid (ZrO2) auf Oberflächen von medizinischen Geräten und Implantaten aufzubringen, um die Biokompatibilität und Haltbarkeit zu verbessern.
- Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS): CVD wird zur Herstellung von Strukturmaterialien und Funktionsschichten in MEMS-Bauteilen verwendet, z. B. Polysilizium und Siliziumnitrid.
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