化学気相成長法（CVD）の分類、特徴、用途

2024-03-26

化学気相成長法（CVD）とは、混合ガスが一定の温度で互いに、または基材表面と相互作用し、基材表面に金属または化合物の薄膜コーティングを形成する技術であり、これにより材料の表面は、耐摩耗性、耐酸化性、耐腐食性、特定の電気的、光学的、トライボロジー的、その他の特殊な特性の要件を満たすように改質することができる。技術である。

CVD技術の原理

CVD技術は、通常CVD反応と呼ばれる、反応物が気体状態で生成物の一つが固体状態の化学反応に基づいているため、化学反応システムは以下の3つの条件を満たす必要がある。

蒸着温度では、反応物は十分に高い蒸気圧を持たなければならない。反応物が室温ですべて気体であれば、蒸着装置は比較的簡単である。反応物が室温でほとんど蒸発しない場合は、蒸発させるために加熱する必要があり、場合によってはキャリアガスによって反応チャンバーに導入する必要がある。
反応生成物は気体でなければならないが、沈殿物は固体でなければならない。
蒸着膜の蒸気圧は、蒸着反応中、ある蒸着温度で蒸着膜が基板にしっかりと密着するように、十分に低くなければならない。蒸着温度における基材の蒸気圧も十分に低くなければならない。

CVD技術の分類

温度による分類

低温CVD（LTCVD）：成膜温度は通常400℃以下で、温度に敏感な基板に適している。
中温CVD（MTCVD）：成膜温度は400℃～700℃。
高温CVD（HTCVD）：成膜温度は通常700℃以上で、高温安定性を必要とする材料に適している。

圧力による分類

大気圧CVD（APCVD）：大気圧で行うCVDプロセスで、装置はシンプルだが、パーティクル汚染を招きやすい。
低圧CVD（LPCVD）：低圧環境で行われるため、パーティクルの混入が少なく、膜の均一性が向上する。
超高真空CVD（UHVCVD）：超高真空条件下で行われるUHVCVDは、高純度で高品質な膜の作製に適している。

エネルギー投入法による分類

熱CVD（Thermal CVD）：高温加熱による反応ガスの分解または反応によって薄膜を形成すること。
プラズマエンハンストCVD (PECVD)プラズマを利用して反応温度を下げ、成膜速度と膜質を向上させる。
光アシストCVD（PACVD）：化学反応を促進するために光エネルギー（通常はUV光）を利用することで、一般的に有機材料の成膜に用いられる。
レーザーCVD（LCVD）：化学反応を開始または促進するためにレーザービームを使用し、局所的な微細成膜を可能にする。

プロセス特性による分類

有機金属CVD（MOCVD）：反応ガスとして有機金属化合物を使用し、半導体や光電子デバイスの製造に広く利用されている。
気相CVD（VPCVD）：反応物質として気体化合物を使用する。
液相CVD（LPCVD）：反応物質として液体化合物を使用し、通常は最初にガス化する必要がある。

CVDの応用

CVD技術は、さまざまな材料や膜の調製においてその柔軟性と効率性から、いくつかの分野で重要な役割を果たしている。

薄膜蒸着：CVDは以下のような様々な薄膜の蒸着に使用される。アモルファスシリコン多結晶シリコン、窒化ケイ素 (Si3N4), ,二酸化ケイ素 (SiO2)その他
LEDとレーザー：CVDは、LEDやレーザーに使われる窒化ガリウム（GaN）やガリウムヒ素（GaAs）などのIII-V族半導体材料の製造に使われる。
太陽電池：CVDは、以下のような太陽電池の製造における薄膜の成膜に使用される。シリコンフィルムや酸化亜鉛（ZnO）などを使用し、太陽光発電の変換効率を向上させている。
耐摩耗性コーティング：CVDは、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素（c-BN）などの超硬質コーティングの成膜に使用され、工具、金型、機械部品の耐摩耗性と耐用年数を向上させる。
耐食コーティング: CVDは、以下のような耐食コーティングの成膜を可能にする。窒化チタン（TiN）および炭化チタン（TiC）は金属表面を腐食から保護する。
反射防止コーティング：CVDは、光学素子表面の反射を抑え、光学性能を向上させる反射防止コーティングの調製に使用される。
フィルターおよび導波路：光通信では、CVDはフィルターや光導波路などのデバイスの製造に使用され、信号の伝送効率を向上させる。
生体適合性コーティング：CVD技術は、生体適合性と耐久性を向上させるために、窒化チタンや酸化ジルコニウム（ZrO2）などの生体適合性コーティングを医療機器やインプラントの表面に成膜するために使用される。
微小電気機械システム（MEMS）：CVDは、ポリシリコンや窒化ケイ素など、MEMSデバイスの構造材料や機能膜の製造に用いられる。