مقدمه
1. فن آوری رسوب شیمیایی بخار ترکیبات آلی فلز (MOCVD)
MOCVD روشی برای رسوب شیمیایی بخار است که از ترکیبات آلی فلزی استفاده می کند که به راحتی در دماهای پایین تجزیه می شوند و فرار می شوند و عمدتاً برای رشد فاز بخار ترکیب استفاده می شود.نیمه هادی ها. در مقایسه با CVD سنتی، MOCVD دمای رسوب نسبتاً پایین‌تری دارد و می‌تواند سطوح ساختاری ویژه‌ای مانند لایه‌های بسیار نازک یا حتی لایه‌های اتمی را رسوب دهد که امکان رسوب لایه‌های نازک مختلف را بر روی سطوح مختلف بستر فراهم می‌کند. بنابراین، برای زیرلایه هایی که نمی توانند دمای بالای CVD معمولی را تحمل کنند و نیاز به استفاده از بسترهای با دمای متوسط تا پایین مانند فولاد دارند، ارزش کاربردی بالایی دارد. علاوه بر این، SiO2 پلی کریستالی رشد یافته با فناوری MOCVD یک ماده رسانای شفاف خوب است و فیلم های کریستالی TiO2 به دست آمده توسط MOCVD نیز در لایه های ضد انعکاس، فوتوالکترولیز آب و فوتوکاتالیز استفاده شده است.سلول های خورشیدی. جذاب ترین کاربرد جدید فناوری MOCVD تهیه لایه های نازک سرامیکی اکسید ابررسانا با دمای بالا است.
2. رسوب بخار شیمیایی پلاسما (PCVD)
رسوب دهی بخار شیمیایی افزایش یافته پلاسما، همچنین به عنوان رسوب بخار شیمیایی افزایش یافته پلاسما شناخته می شود، فرآیندی است که از پلاسمای با دمای پایین تولید شده توسط تخلیه درخشش گاز برای افزایش فعالیت شیمیایی واکنش دهنده ها، ترویج واکنش های شیمیایی بین گازها و رسوب پوشش های با کیفیت بالا استفاده می کند. دماهای پایین تر
در حال حاضر، PCVD عمدتاً بر روی بسترهایی مانند فلزات، سرامیک و شیشه به عنوان لایه‌های محافظ، فیلم‌های تقویت‌کننده، فیلم‌های اصلاحی و فیلم‌های کاربردی استفاده می‌شود. پیشرفت مهم جدید در کاربرد آن، رسوب فیلم های کربنی الماس مانند است که عموماً با ترکیب تجزیه گاز هیدروکربنی پلاسما با فرکانس رادیویی و رسوب پرتو یونی تهیه می شوند. این فیلم‌های سرامیکی دارای چشم‌انداز کاربردی منحصر به فردی در زمینه‌های پوشش‌های مقاوم در برابر سایش برای ابزارهای برش، بازتابنده‌های لیزری،فیلم های فیبر نوریو غیره
3. رسوب بخار شیمیایی لیزری (LCVD)
LCVD یک روش رسوب لایه نازک است که از انرژی فوتون یک پرتو لیزر برای تحریک و ترویج واکنش های شیمیایی در طول فرآیند رسوب بخار شیمیایی استفاده می کند. در حال حاضر، فناوری LCVD به طور گسترده ای در آن استفاده می شودلیتوگرافی لیزریاصلاح ماسک های مدار مجتمع در مقیاس بزرگ، رسوب تبخیر لیزری و متالیزاسیون. روش LCVD برای فیلم نیترید سیلیکون با سختی متوسط تا 2200HK به سطح کاربرد صنعتی رسیده است.
4. رسوب شیمیایی بخار کم فشار (LPCVD)
محدوده فشار LPCVD به طور کلی بین 1 × 104 و 4 × 104 Pa است. به دلیل افزایش متوسط مسیر آزاد مولکول ها در فشار کم، سرعت انتقال جرم واکنش دهنده های گازی و محصولات جانبی تسریع می شود و در نتیجه واکنش تسریع می شود. سرعت تشکیل مواد لایه نازک ته نشین شده در همین حال، توزیع ناهموار مولکول‌های گاز را می‌توان در مدت زمان کوتاهی حذف کرد و امکان رشد لایه‌های نازک با ضخامت یکنواخت را فراهم کرد. علاوه بر این، در حین انتقال مولکول های گاز، مولکول های واکنش دهنده شرکت کننده در واکنش های شیمیایی، مقدار معینی انرژی را در دمای معین جذب می کنند که این مولکول ها را فعال کرده و آنها را در حالت فعال قرار می دهد. این امر باعث می‌شود که واکنش‌های شیمیایی بین مولکول‌های گاز واکنش‌دهنده شرکت‌کننده در واکنش‌های شیمیایی آسان شود، به این معنی که نرخ رسوب LPCVD نسبتاً بالا است. از این روش می توان برای رسوب سیلیکون پلی کریستالی، نیترید سیلیکون، دی اکسید سیلیکون و غیره استفاده کرد.
5. رسوب بخار شیمیایی با خلاء فوق العاده (UHVCVD)
در جهت توسعه دیگر CVD - روش رسوب شیمیایی بخار با خلاء بالا، خلاء فوق العاده بالا (UHVCVD) پدیدار شده است. دمای رشد آن کم است (425-600 درجه)، اما به درجه خلاء کمتر از 1.33 × 10-8Pa نیاز دارد. طراحی و ساخت سیستم آسانتر از اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) است و مزیت آن توانایی دستیابی به رشد چند ویفر است. طراحی و ساخت سیستم واکنش نیز دشوار نیست. بر خلاف اپیتاکسی سنتی، این تکنیک از رشد ولتاژ پایین و دمای پایین استفاده می‌کند و آن را به ویژه برای رسوب‌گذاری مواد نیمه‌رسانا مانند Sn: Si، Sn: Ge، Si: C، Gex: Si{6}}x و غیره مناسب می‌کند.
6. رسوب بخار شیمیایی اولتراسونیک (UWCVD)
رسوب بخار شیمیایی اولتراسونیک در جستجوی منابع انرژی با انرژی بالا که CVD را در شکل تابشی متفاوت از امواج الکترومغناطیسی آغاز می‌کنند، پدیدار شد. امواج مافوق صوت می توانند نرخ رسوب CVD را بهبود بخشند و لایه های رسوب صاف و یکنواختی را تشکیل دهند که CVD سنتی نمی تواند به دست آورد. طبق گزارش‌های مربوطه، تنظیم فرکانس و قدرت اولتراسوند به‌طور مناسب می‌تواند اندازه دانه‌ها را اصلاح کند، استحکام و چقرمگی لایه‌های رسوب‌شده CVD را بهبود بخشد، چسبندگی بین لایه‌های رسوب‌شده و بسترها را افزایش دهد و فیلم‌های رسوب‌شده را دارای جهت‌گیری قوی کند.
با توجه به مزایای UWCVD که با برخی از روش های دیگر CVD نمی توان به دست آورد، مانند ساختار فیلم رسوبی ریز و متراکم، چسبندگی قوی بین فیلم رسوب شده و بستر و استحکام و چقرمگی خوب فیلم رسوب شده، بررسی و مطالعه این امر ضروری است. فرآیند جدید، و همچنین امکان اعمال موثر آن در تولید صنعتی وجود دارد.
برنامه
1. پوشش محافظ
موادی که در بسیاری از محیط‌های خاص استفاده می‌شوند، اغلب به محافظت از پوشش نیاز دارند تا عملکردهایی مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و مقاومت در برابر تشعشع را ارائه دهند. TiN، TiC، Ti (C، N) و سایر لایه های نازک تهیه شده به روش CVD دارای سختی و مقاومت سایشی بالایی هستند. پوشش تنها 1-3 μm فیلم TiN روی سطح برش ابزار می تواند عمر مفید آن را بیش از سه برابر افزایش دهد. و سایر اکسیدهای فلزی، کاربیدها، نیتریدها، سیلیسیدها، فسفیدها، نیترید بور مکعبی، فیلم‌های کربنی الماس مانند، و همچنین فیلم‌های کامپوزیت مختلف نیز مقاومت سایشی عالی از خود نشان می‌دهند. علاوه بر این، مقاومت به خوردگی Al2O3، TiN و سایر لایه‌های نازک به‌دست‌آمده از رسوب بسیار خوب است، در حالی که مقاومت به خوردگی فیلم‌های آمورف حاوی کروم حتی بالاتر است. ترکیبات مبتنی بر سیلیکون مانند SiC، Si3N4، MoSi2 و غیره، پوشش‌های مهم مقاوم در برابر اکسیداسیون در دمای بالا هستند که لایه‌های متراکم SiO2 را بر روی سطح ایجاد می‌کنند و می‌توانند در برابر اکسیداسیون در درجه 1400-1600 مقاومت کنند.
2. فناوری میکروالکترونیک
در فرآیند تولید اولیه دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع، مراحل اصلی شامل رشد همپایه فیلم های نیمه هادی، تشکیل عناصر انتشار اتصال pn، جداسازی دی الکتریک، رسوب ماسک های انتشار و فیلم های فلزی است. رسوب بخار شیمیایی به تدریج جایگزین فرآیندهای قدیمی مانند اکسیداسیون در دمای بالا و انتشار سیلیکون در تهیه این لایه های مواد شده است و جایگاه غالبی را در فناوری مدرن میکروالکترونیک به خود اختصاص داده است. در تولید مدارهای مجتمع بسیار بزرگ، از رسوب بخار شیمیایی می توان برای رسوب فیلم های سیلیکونی پلی کریستالی، فیلم های تنگستن، فیلم های آلومینیومی، سیلیسیدهای فلزی، فیلم های اکسید سیلیکون و فیلم های نیترید سیلیکون استفاده کرد. این مواد لایه نازک را می توان به عنوان الکترود دروازه، فیلم های عایق بین لایه ای برای سیم کشی چند لایه، سیم کشی فلزی، مقاومت ها و مواد دفع گرما استفاده کرد.
3. فن آوری ابررسانا
تهیه CVD مواد ابررسانا توسط شرکت رادیویی آمریکا (RCA) در دهه 1960 اختراع شد. نوار ابررسانا با دمای پایین Nb3Sn که توسط رسوب بخار شیمیایی تولید می شود، دارای پوشش متراکم، کنترل ضخامت آسان و خواص مکانیکی خوبی است. در حال حاضر بهترین ماده برای شلیک آهنرباهای کوچک با قدرت میدان بالا است.
4. استفاده از انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی یک منبع تمام نشدنی انرژی است و استفاده از تابع تبدیل فوتوالکتریک مواد معدنی برای ساخت سلول های خورشیدی راه مهمی برای مهار انرژی خورشیدی است. در حال حاضر، فناوری CVD، از جمله فرآیندهای LPCVD و PCVD، معمولا برای تهیه باتری های لایه نازک سیلیکونی پلی کریستالی استفاده می شود. تولید آزمایشی موفقیت آمیز سلول های همجنس سیلیکون و گالیم آرسنید، و همچنین سلول های خورشیدی ناهمگونی مختلف ساخته شده از نیمه هادی های II-V و I-VI، مانند SiO2/Si، GaAs/GaAlAs، CdTe/CdS و غیره، تقریباً همگی هستند. به شکل فیلم نازک ساخته شده است و رسوب بخار فناوری اصلی آماده سازی آنها است.
5. تولید ویسکر
سبیل نوعی تک بلور در حال توسعه است که نقش بسزایی در زمینه مواد کامپوزیت ایفا می کند و می توان از آن برای تولید انواع جدیدی از مواد کامپوزیتی استفاده کرد. روش رسوب شیمیایی بخار از خواص کاهش هیدروژن هالیدهای فلزی در تولید سبیل های کریستالی استفاده می کند. رسوب بخار شیمیایی نه تنها می تواند سبیل های فلزی مختلف را آماده کند، بلکه سبیل های ترکیبی مانند آلومینا، الماس، سبیل کاربید تیتانیوم و غیره را نیز تولید می کند.
6. تهیه لایه های نازک فلزات گرانبها
لایه های نازک فلزات گرانبها به دلیل مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون، رسانایی بالا، فعالیت کاتالیزوری قوی و پایداری فوق العاده مورد توجه محققان قرار گرفته است. در مقایسه با سایر روش های تولید لایه های نازک فلزات گرانبها، رسوب شیمیایی بخار دارای مزایای فنی بیشتری است، بنابراین اکثر روش های تهیه لایه های نازک فلزات گرانبها از این روش استفاده می کنند. انواع مواد رسوبی مورد استفاده برای ته نشینی لایه های نازک فلزات گرانبها نسبتا گسترده است، اما بیشتر آنها هالیدها و ترکیبات آلی عناصر فلزات گرانبها مانند Cl3Ir، COCl2، کلرید پلاتین، کلرید ایریدیوم، ترکیبات DCPD، ترکیبات C5H2F6O2 یا C5H5F3O2، C15H21IrO6 و C10H14O4Pt و غیره.
