Công nghệ tạo lớp phủ bề mặt CVD

LOGO
CHUYÊN ĐỀ KHOA HỌC BỀ MẶT
Đề tài : Công nghệ tạo lớp phủ bề mặt CVD
LOGO
NỘI DUNG
Nguyên lý tạo lớp phủ CVD
Cấu tạo hệ thống phủ CVD
Cách xử lý thực hiện tạo lớp phủ CVD
Ứng dụng của lớp phủ CVD
LOGO
CVD là công nghệ tạo lớp phủ từ pha khí,được
áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ để tạo
lớp phủ kim loạị và ceramic lên chi tiết.
Lớp phủ chống
mài mòn:TiC,TiN,
Al2O3…
Lớp phủ chống ăn
mòn :
Cr,Al,Si,SiC…
Lớp phủ cho
ngành điện tử :
AsGa, SiO2
I. Giới thiệu về công nghệ tạo lớp phủ
CVD
LOGO
Ưu điểm & Nhược điểm
Ưu điểm
- Phủ đồng thời được nhiều chi tiết
- Chất lượng lớp phủ tương đối cao
- Phủ được các chi tiết phức tạp
- Đầu tư cho thiết bị tương đối nhỏ,dễ áp dụng

Nhược điểm
- Khó phủ nhiều nguyên tố( chỉ từ một đến 2 nguyên tố)
- Nhiệt độ phủ cao
Xu hướng phát triển
- Các công nghệ CVD có kích thích: PACVD, LACVD
- phủ hữu cơ,phủ dùng hợp chất hữu cơ của kim loại
MOCVD
- Phủ tại chỗ
Đầu tư nghiên cứu cơ sở nhiệt động học,động học,thủy khí
động học,…để điều khiển quá trình CVD
LOGO
Nguyên tố
cần phủ dạng
khí.
Hoàn nguyên
nhờ tác động vật
lý,hóa học ở gần
bề mặt.
Lớp phủ
được hình
thành
Nguyên lý tạo lớp phủ CVD
Sơ đồ nguyên lý CVD
LOGO
Công nghệ CVD có thể sử dụng kích thích
laser,plasma,tác động nhiệt,hóa học ở T cao nhằm phá vỡ
các liên kết trong phân tử khí hoạt tính + tăng tốc độ phản
ứng.
Quá trình hình thành lớp phủ là kết quả của các phản ứng
dị thể.Phụ thuộc Nhiệt độ,áp suất,lưu lượng,thành phần

pha khí.
Có 2 nhóm phản ứng: - Phản ứng tạo nguyên tử hoạt tính

- Phản ứng tạo lớp phủ
Các phản ứng tạo trong quá trình
LOGO
Oxy hóa khử
Phân hủy
Trao đổi
Các phản ứng tạo nguyên tử hoạt tính
LOGO
1. Phản ứng oxy hóa khử
Một chất khí hình thành ở nhiệt độ cao khi chuyển
sang nhiệt độ thấp tạo thành sản phẩm rắn (nguyên tố
cần phủ).
( Kh1 ) <R> + ( Kh2 )
Sử dụng các phản ứng hoàn nguyên hoặc oxy hóa
các muối halogen để tạo ra các nguyên tử hoạt tính.
VD:
(WF6 )+3 (H2) = <W> + 6(HF)
(CrF2 ) + (H2) = <Cr> + 2(HF)
LOGO
2. Phân hủy
Phân hủy các muối halogen không
ổn định,phân ly các oxýt,các hợp chất
cacbuanyl,hydrua kim loại,các phức kim
loại…
VD :
Ni(CO)4 = <Ni> + 4 (CO)
CH4 = <C> + 2(H2)

LOGO
3. Trao đổi
Trong quá trình phủ xuất hiện 2 dòng vật chất ngược
chiều nhau: dòng nguyên tố phủ đi tới bề mặt chi tiết,
và dòng nguyên tố trong vật liệu chi tiết đi ra ngoài.
Nguyên tố trong vật liệu chi tiết tác dụng với các khí
hoạt tính tạo thành hợp chất thể khí và đi ra ngoài môi
trường,ở đây có sự trao đổi giữa ngyên tố phủ và
nguyên tố trong vật liệu chi tiết.
VD :
(CrCl3) + <Fe> = (FeCl3) + <Cr>
(BCl3) + <Fe > = (FeCl3) + <B>
Giữa B,Cr với Fe có sự “ đổi chỗ ” cho nhau.


LOGO
Cơ sở nhiệt động học
Cơ sở của phương pháp là dựa vào xác định cân bằng của hệ
đa cấu tử có tính đến cân bằng vật chất của quá trình. Lấy
trường hợp thấm nitơ lên thép,phản ứng tạo thành lớp
thấm:
[NH3]+ x<Fe > => <FexN> + 1,5 H2
Xét về mặt nhiệt động học:Ở cân bằng G = Go + RTln △ △
= 0
Và ln = , với Go = - - x△
Đặt (aN)= là hoạt độ nitơ trong môi trường thấm. Để quá
trình thấm xảy ra thì: ln(aN) >
LOGO
Ngoài điều kiện nhiệt động học ,ta còn phải căn cứ vào
bản chất lớp phủ để chọn lưu lượng và áp suất riêng phần

thích hợp.
Coi số lượng nguyên tử hoạt kết hợp với nhau tỷ lệ với số
nguyên tử tạo thành
Ta có phương trình:
: Tỷ lệ nguyên tử hoạt i tham gia tạo lớp phủ
: Số ngtử i tạo thành khi phân hủy 1mol mỗi chất
: Tỷ lệ phân hủy của mỗi chất
: Lưu lượng mỗi chất (đktc)
Từ lưu lượng tổng ta phải xác định áp suất tổng,tỷ lệ pha
khí “độn” => tính áp suất riêng phần thỏa mãn điều kiện
nhiệt động học.
Cuối cùng kiểm nghiệm và hiệu chỉnh theo điều kiện thực
tiễn và kết quả của quá trình CVD.
1 1 1 1 2 2 2 2
. . . . . .K N T Q K N T Q
=
i
K
i
Q
i
T
i
N
i
P
LOGO
Động học quá trình CVD
LOGO
Mô tả động học quá trình.

Ở vùng nhiệt độ thấp,tốc
độ vận chuyển chất đến bề
mặt lớn hơn,trong khi phản
ứng trên bề mặt chậm nên
nó quyết định tốc độ của quá
trình
Khi nhiệt độ tăng tốc độ
phản ứng trên mặt tăng và
lớn hơn tốc độ khuếch tán do vậy tốc
độ phủ nhỏ
Ở miền chuyển tiếp giữa 2 vùng khi
nhiệt độ cao,áp suất nhỏ,khuếch tán
càng thuận lợi do đó vùng khuếch
tán càng thu hẹp
LOGO
C. Cách xử lý thực hiện tạo lớp phủ
Thực hiện tạo lớp phủ CVD phụ thuộc rất
nhiều vào điều kiện xử lý : môi trường,áp
suất ,tác nhân kích thích,bản chất của khí
hoạt tính
Mỗi loại ứng với một công nghệ riêng.
Dựa vào các điều kiện đó ta có thể phân
loại :
LOGO
LOGO