ĐỀ tài môn PHƯƠNG PHÁ THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CVD

11 10 0
  • Loading ...
1/11 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 23/11/2016, 22:19

TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  TỔ VẬT LÝ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI MƠN PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Giáo viên hướng dẫn: T.S Lê Trấn Thực hiện: Nguyễn Thị Hảo Lớp: Quang học K21 TP HỒ CHÍ MINH 10/2011 Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 NỘI DUNG I ĐỊNH NGHĨA Lắng đọng hóa học phương pháp mà vật liệu rắn lắng đọng từ pha thơng qua phản ứng hóa học xảy gần bề mặt đế nung nóng để tạo thành màng mỏng II Q TRÌNH TẠO MÀNG BẰNG CVD Q trình tạo màng phương pháp CVD mơ tả đơn giản sau: − Precursor (khí phản ứng dạng hơi) đưa vào buồng phản ứng di chuyển tạo thành dòng − Một phần precursor di chuyển qua lớp biên để đến đế thơng qua đối lưu − Precursor khuếch tán bề mặt đế − Trên đề xảy phản ứng hóa học precursor tạo màng − Những sản phẩm dư thừa giải hấp khuếch tán khỏi bề mặt đế theo dòng ngồi Q trình tạo màng phương pháp CVD mơ tả theo sơ đồ sau: Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 Q trình tạo phản ứng tạo màng mơ tả theo sơ đồ sau: to III HỆ THỐNG THIẾT BỊ CVD − Hệ thống chân khơng – làm buồng phản ứng ứng tạo mơi trường áp suất thấp − Buồng phản ứng – nơi q trình ngưng tụ xảy − Nguồn nhiệt – cung cấp nhiệt chất khí phản ứng − Bộ phận cung cấp nhiệt cho tia (target) để làm bay vật liệu − Hệ thống vận chuyển khí (precursor) vào khỏi buồng phản ứng − Hệ thống hút khí thải khí thừa hệ thống xử lí khí thải Hệ thống xử − Bộ phận giữ đế phận cung cấp nhiệt cho đế − Hệ thống van điều khiển lí khí thải Tấm lọc ecursor pr Buồng chứa khí Buồng phản ứng Van Bơm khí thải Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 IV ĐIỀU KIỆN CẦN CHO Q TRÌNH TẠO MÀNG BẰNG CVD − Màng mỏng ngưng tụ đế tồn pha q bão hòa đế − Nhiệt độ đế cao để tạo phản ứng hóa học: 900-1200oC − Thành buồng phản ứng nóng hay lạnh tùy vào loại loại CVD − Đối với Precursor (chất khí phản ứng):  Tính chất dễ bay phải thích hợp để đạt tốc độ bay thích hợp nhiệt độ bay vừa phải  Sự bền để phân ly khơng xảy suất q trình bay  Khoảng nhiệt độ bay lắng đọng đủ để lắng đọng màng  Độ tinh khiết cao  Phân ly mà khơng có hợp tạp chất dư  Tương thích tốt với co-precursor phát triển vật liệu phức tạp  Bền với mơi trường xung quanh khơng khí ẩm Đề tài phương pháp thực nghiệm  Sản xuất dễ dàng với độ bền cao giá thành thấp  Khơng nguy hiểm mức độ nguy hiểm thấp 2011  Mở rộng: Một số precursor dùng nhiều cơng nghiệp:  Hydrides: SiH4, AsH3 ;  Metal alkyls: AlBu3, GaEt3…  Metal halides: WF6, TiCl4 − Buồng phản ứng Thành buồng nóng:  Dòng khí dễ dàng phản ứng với thành buồng  Định kì làm thành buồng Thành buồng lạnh:  Dòng khí khó phản ứng với thành buồng  Khó kiểm sốt nhiệt độ phản ứng V PHẢN ỨNG HĨA HỌC TRONG Q TRÌNH TẠO MÀNG Đặc trưng phương pháp CVD phân biệt phản ứng hóa học q trình lắng đọng hình thành màng: − Phản ứng phân hủy AB (khí)  A (rắn) + B (khí) 800 −1300 C Vd: SiH → Si + H − Phản ứng oxi hóa - khử Phản ứng phân hủy có tác động chất khí khác AB (khí) + C (khí)  A (rắn) + BC (khí) (C: kim loại hay halogen) Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 AB (khí) + 2D (khí)  AD(rắn) + BD (khí) (D: oxy hay Nito) Vd: SiCl4 + 2H2  Si +4HCl − Phản ứng thủy phân AB2 (khí) + 2H2O (khí) AO(khí) + BO(khí) + H2O (khí) − Vận chuyển hóa học  → AB (khí) A(rắn) + B(khí) ¬   Phương pháp thường áp dụng để chế tạo vật liệu khó tạo pha hơi, − Phản ứng trùng hợp xA (khí)  Ax (rắn) Q trình trùng hợp thường thực nhờ:  Bắn phá điện tử ion  Chiếu xạ quang, tia X, tia γ  Phóng điện  Xúc tác bề mặt VI CÁC CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VÀ Q TRÌNH TRONG CVD a Vận chuyển nhiệt Các q trình CVD làm việc nhiệt độ khác nhiệt độ phòng Đơi có mẫu bị đun nóng (thành bình lạnh), số trường hợp khác buồng bị nung nóng (thành bình nóng) Đơi q trình xảy nhiệt độ thấp (ví dụ lắng đọng parylene từ dimer precursor) Sự thay đổi nhiệt độ đòi hỏi vận chuyển nhiệt từ phận cấp nhiệt tới mẫu Nhiệt độ dòng khí bị ảnh hưởng mơi trường xung quanh (bao gồm thành buồng đế nung nóng), nhiệt độ ảnh hưởng trở lại phản ứng hóa học pha khí  Sự truyền nhiệt xảy theo cách chủ yếu: Đề tài phương pháp thực nghiệm − 2011 Dẫn nhiệt (Thermal conduction): vận chuyển nhiệt chất rắn, chất lỏng, chất khí Sự truyềnnhiệt chất khí có chế giống vận chuyển khối vận chuyển nhiệt chất rắn nghĩ giống khuếch tán phonon (sự dao động mạng) dẫn nhiệt khác vật liệu khác − Đối lưu (Convection): xảy mơi trường chất lỏng khí, có gradient nhiệt độ dẫn đến giãn nở nhiệt khác Cơ chế giống vận chuyểnkhối ta xét bên − Bức xạ nhiệt (Thermal radiation): xảy chân khơng vận chuyển cácphoton b Ngưng tụ Trong lắng đọng hóa học CVD, việc tạo nguồn cung cấp pha vật liệu (precursor) cần thiết Hơi vật liệu ngưng tụ bề mặt đế tồn pha q bão hòa đế Dòng ngưng tụ hàm phụ thuộc vào dòng tới Tại nhiệt độ đế xác định, dòng tới có giá trị giới hạn gọi dòng giới hạn Khi dòng tới lớn dòng giới hạn màng hình thành nhỏ khơng nhận lắng đọng Nhiệt độ đế cao dòng giới hạn lớn c Hấp phụ Hấp phụ hóa học (liên kết cộng hóa trị mạnh hình thành phân tử bề mặt) Để tạo màng ngun tử phải hấp phụ hóa học lên đế Khi phân tử bề mặt, chúng thay đổi vị trí xung quanh chút Và có phản ứng bề mặt để tạo thành màng Chuyển động mẫu bề mặt Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 kim loại bán dẫn lớn nhất, nơi mà liên kết khơng định hướng, hạn chế bề mặt điện mơi n mà liên kết cộng hóa trị định hướng cao dẫn đến giữ chặt phân tử chỗ bị hấp thụ hố học VII ƯU ĐIỂM CỦA CVD − Màng có độ dày đồng cao, bị xốp − Màng có độ tinh khiết cao − Có thể phủ đế có cấu hình phức tạp − Có thể phủ giới hạn khu vực (dùng trang trí hoa văn) − Màng có tính xếp chặt − Có khả lắng đọnh hợp kim nhiều thành phần − Tốc độ lắng đọng cao (đến µ m /phút) − Hệ thiết bị đơn giản VIII NHƯỢC ĐIỂM CỦA CVD − Cơ chế phản ứng phức tạp − Nhiệt độ đế cao nhiều so với phương pháp khác (19000F) − Đế dụng cụ buồng phản ứng dễ bị ăn mòn dòng − Nhiều sản phẩn khí sau phản ứng có tính độc nên cần hệ thống xử lí khí thải − Một số vật liệu khơng tạo màng phương pháp khơng có phản ứng hóa học thích hợp IX ỨNG DỤNG CỦA CVD − Phương pháp CVD dùng để chế tạo nhiều loại màng mỏng:  Chất bán dẫn: Si, AIIBVI, AIIIBV… Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011  Màng mỏng ơxít dẫn điện suốt: SnO2,In2O3:Sn(ITO)  Màng mỏng điện mơi: SiO2, Si3N4, BN, Al2O3, …  Màng mỏng kim loại − Trong cơng nghiệp vi điện tử: màng cách điện, dẫn điện, lớp chống gỉ, chống oxi hóa − Trong chế tạo sợi quang chịu nhiệt, độ bền cao − Chế tạo pin mặt trời − Chế tạo sợi composit nhiệt độ cao − Chế tạo vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao X PHÂN LOẠI CVD Phương pháp CVD phân thành loại sau: − Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng nhiệt, thường thực nhiệt độ cao (> 900oC) Đây phương pháp cổ điển − APCVD (Atmospheric pressure chemical vapor deposition): tốc độ lắng đọng cao, đơn giản Nhưng màng khơng đồng đều, khơng LPCVD Dùng chủ yếu tạo màng oxit − LPCVD (Low pressure chemical vapor deposition): buồng phản ứng có áp suất thấp (cần có hệ thống hút chân khơng) Màng độ cao Nhưng tốc độ lắng đọng màng lại thấp APCVD Dùng tạo màng silic, màng điện mơi Đề tài phương pháp thực nghiệm 2011 − MOCVD (Metal organic chemical vapor deposition): CVD nhiệt sử dụng precursor hợp chất hữu kim loại Phương pháp dùng tạo nhiều loại màng: màng bán dẫn, màng kim loại, màng oxit kim loại, màng điện mơi Nhưng độc, vật liệu nguồn đắt, ảnh hưởng đến mơi trường  Mở rộng: Một số vật liệu lắng đọng áp suất thấp, chúng khó bị hóa Một giải pháp tìm cách gắn kết kim loại Al, Cu, Ga với chất hữu mà có áp suất hóa cao Các hợp chất hữu thường có áp suất hóa cao cồn Liên kết kim hoại hữu yếu nên bị bẽ gãy nhiệt đế, nên dùng áp suất cao để lắng đọng kim loại lắng đọng chất hữu bị bơm ngồi Phương pháp độc thể người hấp thụ hợp chất hữu dễ Khi vào thể, liên kết kim loại-hữu dễ bị phá vỡ làm thể nhiễm độc Mà kim loại khó lấy khỏi thể nên giải pháp tình thay máu − PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition): sử dụng lượng plasma để kích hoạt phản ứng Nhiệt độ phản ứng khoảng 300-500 oC − Buồng phản ứng – nơi q trình ngưng tụ xảy − Nguồn nhiệt – cung cấp nhiệt chất khí phản ứng − Bộ phận cung cấp nhiệt cho tia (target) để làm bay vật liệu − Hệ thống vận chuyển khí (precursor) vào khỏi buồng phản ứng Đề tài phương pháp thực nghiệm − Hệ thống hút khí thải khí thừa hệ thống xử lí khí thải − Bộ phận giữ đế phận cung cấp nhiệt cho đế − Hệ thống van điều khiển 2011 [...].. .Đề tài phương pháp thực nghiệm − Hệ thống hút khí thải và khí thừa ra và hệ thống xử lí khí thải − Bộ phận giữ đế và bộ phận cung cấp nhiệt cho đế − Hệ thống các van điều khiển 2011
- Xem thêm -

Xem thêm: ĐỀ tài môn PHƯƠNG PHÁ THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CVD , ĐỀ tài môn PHƯƠNG PHÁ THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CVD , ĐỀ tài môn PHƯƠNG PHÁ THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CVD

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập