Deposición química en fase vapor (CVD) Clasificación, características y aplicaciones
El depósito químico en fase vapor (CVD) es una técnica en la que una mezcla de gases interactúa entre sí o con la superficie del sustrato a una temperatura determinada y forma un revestimiento de película fina de metales o compuestos sobre la superficie del sustrato, de modo que la superficie del material puede modificarse para cumplir los requisitos de resistencia al desgaste, la oxidación y la corrosión, así como propiedades eléctricas, ópticas, tribológicas y otras propiedades especiales específicas. Una tecnología.
Principios de la tecnología CVD
La tecnología CVD se basa en reacciones químicas, normalmente denominadas reacciones CVD, en las que los reactivos se encuentran en estado gaseoso y uno de los productos en estado sólido, por lo que el sistema de reacción química debe cumplir las tres condiciones siguientes.
- A la temperatura de deposición, los reactivos deben tener una presión de vapor suficientemente elevada. Si los reactivos son todos gaseosos a temperatura ambiente, el aparato de deposición es relativamente sencillo; si los reactivos se evaporan muy poco a temperatura ambiente, es necesario calentarlos para evaporarlos y, en algunos casos, introducirlos en la cámara de reacción mediante un gas portador.
- Los productos de reacción deben ser gaseosos, excepto el sedimento requerido, que debe ser sólido.
- La presión de vapor de la película depositada debe ser lo suficientemente baja para garantizar que, durante la reacción de deposición, la película depositada quede firmemente adherida al sustrato a una determinada temperatura de deposición. La presión de vapor del material del sustrato a la temperatura de deposición también debe ser lo suficientemente baja.
Clasificación de la tecnología CVD
Clasificación por temperatura
- CVD a baja temperatura (LTCVD): La temperatura de deposición suele ser inferior a 400 °C y es adecuada para sustratos sensibles a la temperatura.
- CVD a media temperatura (MTCVD): Temperatura de deposición entre 400°C y 700°C.
- CVD de alta temperatura (HTCVD): La temperatura de deposición suele ser superior a 700 °C, lo que resulta adecuado para materiales que requieren una alta estabilidad térmica.
Clasificación por presión
- CVD a presión atmosférica (APCVD): proceso CVD realizado a presión atmosférica, equipo sencillo, pero fácil de provocar contaminación por partículas.
- CVD a baja presión (LPCVD): Realizado en un entorno de baja presión, reduce la contaminación por partículas y mejora la uniformidad de la película.
- CVD en ultra alto vacío (UHVCVD): Realizado en condiciones de ultra alto vacío, el UHVCVD es adecuado para la preparación de películas de gran pureza y alta calidad.
Clasificación por método de aporte de energía
- CVD térmico (Thermal CVD): Formación de películas finas por descomposición o reacción de gases reactivos mediante calentamiento a alta temperatura.
- CVD mejorado por plasma (PECVD)Aplicación del plasma para reducir la temperatura de reacción y mejorar la velocidad de deposición y la calidad de la película.
- CVD fotoasistido (PACVD): uso de energía luminosa (normalmente luz ultravioleta) para promover reacciones químicas, comúnmente utilizado en la deposición de materiales orgánicos.
- CVD por láser (LCVD): uso de un rayo láser para iniciar o promover una reacción química, lo que permite una deposición fina localizada.
Clasificación por características del proceso
- CVD metal-orgánico (MOCVD): Utiliza compuestos metal-orgánicos como gases reactantes y se emplea ampliamente en la fabricación de semiconductores y dispositivos optoelectrónicos.
- CVD en fase vapor (VPCVD): utiliza compuestos gaseosos como reactivos.
- CVD en fase líquida (LPCVD): utiliza compuestos líquidos como reactivos, que normalmente deben gasificarse primero.
Aplicaciones del CVD
La tecnología CVD desempeña un papel clave en varios campos debido a su flexibilidad y eficacia en la preparación de diferentes materiales y películas.
- Deposición de películas finas: El CVD se utiliza para depositar una variedad de películas finas, tales comoSilicio amorfoSilicio policristalino,Nitruro de silicio (Si3N4), ,Dióxido de silicio (SiO2)etc.
- LED y láseres: el CVD se utiliza para fabricar materiales semiconductores III-V como el nitruro de galio (GaN) y el arseniuro de galio (GaAs) en LED y láseres.
- Células fotovoltaicas: el CVD se utiliza para depositar películas finas en la fabricación de células solares comopelícula de silicioy óxido de zinc (ZnO), etc., para mejorar la eficiencia de la conversión fotovoltaica.
- Recubrimientos resistentes al desgaste: el CVD se utiliza para depositar recubrimientos superduros como el diamante y el nitruro de boro cúbico (c-BN) para mejorar la resistencia al desgaste y la vida útil de herramientas, moldes y piezas mecánicas.
- Recubrimientos anticorrosión: el CVD permite depositar recubrimientos resistentes a la corrosión comoNitruro de titanio (TiN)y carburo de titanio (TiC) para proteger las superficies metálicas de la corrosión.
- Revestimiento antirreflectante: el CVD se utiliza para preparar revestimientos antirreflectantes para reducir los reflejos en la superficie de los elementos ópticos y mejorar el rendimiento óptico.
- Filtros y guías de ondas: en las comunicaciones ópticas, el CVD se utiliza para fabricar dispositivos como filtros y guías de ondas ópticas para mejorar la eficacia de la transmisión de señales.
- Recubrimientos biocompatibles: la tecnología CVD se utiliza para depositar recubrimientos biocompatibles como el nitruro de titanio y el óxido de circonio (ZrO2) en las superficies de dispositivos médicos e implantes para mejorar la biocompatibilidad y la durabilidad.
- Sistemas microelectromecánicos (MEMS): el CVD se utiliza para fabricar materiales estructurales y películas funcionales en dispositivos MEMS, como el polisilicio y el nitruro de silicio.
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