Phương pháp CVD trong Kỹ thuật Vật liệu Hust

4.2 Phương pháp lắng đọng
hóa hơi hóa học (CVD)


Nội dung
1

Giới thiệu về phương pháp CVD

2

Nguyên lý của phương pháp CVD

3

Công nghệ CVD

4

Ứng dụng phương pháp CVD


1

Giới thiệu về phương pháp CVD


1. Giới thiệu chung

Phương
pháp

rộng rãi ứng
dụng trong công
nghệ chế tạo vât
liệu


1. Giới thiệu chung

Ứng dụng:
- Tạo ra vật liệu với độ sạch cao
- Sản xuất vật liệu bột
- Chế tạo vật liệu composit
- Công nghệ phủ màng mỏng
chất rắn


1. Giới thiệu chung

Chất phản ứng
(Precursor)

Năng lượng
(energy)

Lò phản ứng
(Reactor)

Solid product, thin film,
powder
Gas phase products

1. Giới thiệu chung

Mơ tả phương pháp:
- Khí hoặc hỗn hợp khí được
đưa vào thiết bị kín.
- Chi tiết được nung nóng ở
trong lị.
- Các phản ứng xảy ra tại bề
mặt chi tiết khi khí tiếp xúc với
bề mặt.
- Một lớp sản phẩm hình thành
trên chi tiết.

Khí


1. Giới thiệu chung

Đặc điểm của phương pháp CVD
 Phản ứng xảy ra giữa chất tham gia
phản ứng trên bề mặt chi tiết
 Khí được đưa vào trong thiết bị, phản
ứng hóa học với chi tiết xảy ra
 Phản ứng xảy ra trong điều kiện nhiệt
độ và áp suất cao
 Sản phẩm tạo thành trên bề mặt chi
tiết
 Các sản phẩm phụ được đưa ra ngoài

1. Giới thiệu chung

Ưu điểm của phương pháp

 Tạo lớp màng mỏng trên chi tiết
 Dễ dạng ứng dụng tạo lớp với chi
tiết có hình dang phức tạp
 Có thể ứng dụng đối với nhiều vật
liệu khác nhau
 Sản phẩm có thể đạt được độ sạch
rất cao
 Cơng nghệ CVD không cần độ chân
không cao


1. Giới thiệu chung

Nhược điểm
Chất lượng khí ảnh hưởng lớn
đến chất lượng sản phẩm
Đầu vào có thể có nhiều tạp
chất ảnh hưởng xấu đến chất
lượng sản phẩm
Sự không đồng nhất đối với
lớp màng phủ


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

2. Nguyên lý của phương pháp CVD
 Hồn hợp khí đưa
vào trong lị.
 Phản ứng hóa học
xảy ra
 Sản phẩm pha rắn
hình thành

Vùng phản ứng


2. Nguyên lý của phương pháp CVD
Nguyên lý của phản ứng:
1. Chất phản ứng di chuyển đến
vùng phản ứng
2. Phản ứng pha khí xảy ra
3. Chất phản ứng di chuyển đến
bề mặt chi tiết
4. Chất phản ứng hấp thụ vào bề
mặt chi tiết
5. Phản ứng bề mặt dẫn đến tạo
màng
6. Giải phụ những sản phẩm phụ
7. Khuếch tán và đối lưu ra
ngoài sản phẩm phụ


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Điều kiện của phản ứng hóa
học:
- Chất đưa vào là chất phản
ứng dạng khí.
Ví dụ: SiH4 là chất phố biến
dung để tạo ra màng Silicon.
- Phản ứng hóa học xảy ra
cần tuân theo định luât về nhiệt
động học.


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Các dạng phản ứng trong CVD
Phản ứng nhiệt phân
- Phản ứng phân ly thành phần khí
trên bề mặt sản phẩm nóng
SiH4 → Si + 2H2
Ni(CO)4 → Ni + 4CO


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Phản ứng hoàn nguyên
Dùng khí H2 để hồn ngun

SiCl4 + 2H2 → Si(s) + 4HCl(g)
WF4 + 3H2 → W(s) + 6HF(g)

2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Phản ứng oxy hóa:
- Dùng oxy để oxy hóa tạo ra
các oxit
SiH4 + O2 → SiO2 + 2H2
2AlCl3 + H2 + 3CO2 →
Al2O3 + CO + HCl


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Hợp chất được hình thành:
- Một số hợp chất được hình
thành carbide, nitride, boride
SiCl4 + CH4 → SiC + 4HCl
BF3 + NH3 → BN + 4HF


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Sự chuyển động của khí
- Dịng khí chuyển động trong buồng
phản ứng.
- Khí được phân bố đồng đều đến
chi tiết.
- Dịng khí phải đảm bảo tối ưu hóa
tốc độ phân ly.

2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Lớp biên giới:
- Gần với bề mặt sản phẩm
- Tạo lớp hấp phụ phía trên mặt
chi tiết.
- Phân tử có thể di chuyển qua
lớp này thông qua khuếch tán.


2. Nguyên lý của phương pháp CVD

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào
các yếu tố:
+ Hấp phụ
+ Phân ly
+ Phản ứng hóa học
+ Sản phẩm phân ly


3

Công nghệ CVD


3. Cơng nghệ CVD

Phản ứng trong bề mặt
nóng:

- Các chi tiết được nung
nóng
- Khí phản ứng được đưa
vào trong thiết bị
- Phản ứng xảy ra ở nhiệt
độ cao (điều kiện làm việc
phụ thuộc vào lò)


3. Cơng nghệ CVD

Quy trình cơng nghệ


3. Cơng nghệ CVD

Có hai buồng phản ứng được sử
dụng:
- Buồng phản ứng với tường ở
nhiệt độ cao
- Buồng phản ứng với tường ở
nhiệt độ thấp