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1、可完成常压工艺和低真空工艺; 2、全套石英真空生长腔体,用于在最大直径200mm芯片上生长石墨烯薄膜; 3、自动悬臂石英舟送取片方式; 4、全自动控制系统,实现“一键式”操作。完备的实时监控和显示功能,设备各种状态直接显示到界面上,一目了然。强大的程序编辑、修改、存储功能,支持几十到几百步程序,可存储上万种程序,并在自动模式下自动执行。可以方便地修改已有工艺文件,工艺文件存入计算机,可以随时调用,工艺文件中错误的指令不会被执行,并发出错误提示; 5、配备德国Busch变频无油机械泵,氮气吹扫,无需维护; 6、反应腔基本真空50mTorr,正常工艺真空度200mtorr到500torr。
石墨烯有很多多型号,每种型号的参数指标都不一样,常见的有单层石墨烯,少层石墨烯,多层石墨烯。纯度一般在95~99.5%.具体要看要求,价格在几十元到几百元每克,市面上很多用石墨烯氧化物当石墨烯卖的,那...
制造下一代超级计算机。石墨烯是目前已知导电性能最好的材料,这种特性尤其适合于高频电路,石墨烯将是硅的替代品,可用来生产未来的超级计算机,使电脑运行速度更快、能耗降低。制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想...
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石墨烯材料生长技术获重大进展
<正>近日,哈工大材料科学与工程学院于杰教授及其课题组2014级博士生曾杰在石墨烯材料生长技术取得重大进展,研究成果发表于国际著名材料期刊《先进材料》(Advanced Materials)(影响因子:19.791)。论文题目为"热化学气相沉积生长三维石墨烯纤维"。石墨烯由于其独特的单原子层结构而具有多方面的优越性质,近年来广受关注,应用前景
石墨烯材料生长技术获重大进展
近日,哈工大材料科学与工程学院于杰教授及其课题组2014级博士生曾杰在石墨烯材料生长技术取得重大进展,研究成果发表于国际著名材料期刊《先进材料》(Advanced Materials)(影响因子:19.791)。论文题目为“热化学气相沉积生长三维石墨烯纤维”。
化学气相沉积是制备各种薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术,利用这一技术可以在各种基片上制备元素及化合物薄膜。化学气相沉积相对于其他薄膜沉积技术具有许多优点:它可以准确地控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比;可在复杂形状的基片上沉积成膜;由于许多反应可以在大气压下进行,系统不需要昂贵的真空设备;化学气相沉积的高沉积温度会大幅度改善晶体的结晶完整性;可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料;沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。
化学气相沉积的明显缺点是化学反应需要高温;反应气体会与基片或设备发生化学反应;在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂,且有许多变量需要控制。
化学气相沉积有较为广泛的应用,例如利用化学气相沉积,在切削工具上获得的TiN或SiC涂层,通过提高抗磨性可大幅度提高刀具的使用寿命;在大尺寸基片上,应用化学气相沉积非晶硅可使太阳能电池的制备成本降低;化学气相沉积获得的TiN可以成为黄金的替代品从而使装饰宝石的成本降低。而化学气相沉积的主要应用则是在半导体集成技术中的应用,例如:在硅片上的硅外延沉积以及用于集成电路中的介电膜如氧化硅、氮化硅的沉积等。
在化学气相沉积中,气体与气体在包含基片的真空室中相混合。在适当的温度下,气体发生化学反应将反应物沉积在基片表面,最终形成固态膜。在所有化学气相沉积过程中所发生的化学反应是非常重要的。在薄膜沉积过程中可控制的变量有气体流量、气体组分、沉积温度、气压、真空室几何构型等。因此,用于制备薄膜的化学气相沉积涉及三个基本过程:反应物的输运过程,化学反应过程,去除反应副产品过程。广义上讲,化学气相沉积反应器的设计可分成常压式和低压式,热壁式和冷壁式。常压式反应器运行的缺点是需要大流量携载气体、大尺寸设备,膜被污染的程度高;而低压化学气相沉积系统可以除去携载气体并在低压下只使用少量反应气体,此时,气体从一端注入,在另一端用真空泵排出。因此,低压式反应器已得到广泛应用和发展。在热壁式反应器中,整个反应器需要达到发生化学反应所需的温度,基片处于由均匀加热炉所产生的等温环境下;而在冷壁式反应器中,只有基片需要达到化学反应所需的温度,换句话说,加热区只局限于基片或基片架。
下面是在化学气相沉积过程中所经常遇到的一些典型的化学反应。
1.分解反应
早期制备Si膜的方法是在一定的温度下使硅烷SiH4分解,这一化学反应为:
SiH4(g) ——→Si(s) 2H2(g)
许多其他化合物气体也不是很稳定,因而利用其分解反应可以获得金属薄膜:
Ni(CO)4(g)——→Ni(s) 4CO(g)
Til2(g)——→Ti(s) 2I(g)
2.还原反应
一个最典型的例子是H还原卤化物如SICl4获得Si膜:
SiCl4(g) 2H2(g)——→Si(s) 4HCl(g)
其他例子涉及钨和硼的卤化物:
WCl6(g) 3H2(g)——→W(s) 6HCl(g)
WF6(g) 3H2(g)——→W(s) 6HF(g)
2BCl3(g) 3H2(g)——→2B(g) 6HCI(g)
氯化物是更常用的卤化物,这是因为氯化物具有较大的挥发性且容易通过部分分馏而钝化。氢的还原反应对于制备像Al、Ti等金属是不适合的,这是因为这些元素的卤化物较稳定。
3.氧化反应
SiO2通常由SiH4的氧化制得,其发生的氧化反应为:
SiH4(g) O2(g)——→SiO2(s) 2H2(g)反应可以在450℃较低的温度下进行。
常压下的化学气相反应沉积的优点在于它对设备的要求较为简单,且相对于低压化学气相反应沉积系统,它的价格较为便宜。但在常压下反应时,气相成核数将由于使用的稀释惰性气体而减少。
SiCl4和GeCl4的直接氧化需要高温:
SiCl4(g) O2(g)——→SiOz(s) 2Cl2(g)
GeCl4(g) O2(g)——→GeO2(s) 2Cl2(g)
由氯化物的水解反应可氧化沉积Al:
Al2Cl6(g) 2CO2(g) 3H2(g)——→Al2O3(s) 6HCl(g) 3CO(g)
4.氮化反应和碳化反应
氮化硅和氮化硼是化学气相沉积制备氮化物的两个重要例子:
3SiH4(g) 4NH3(g)——→Si3N4(s) 12H2(g)
下列反应可获得高沉积率:
3SiH2Cl2(g) 4NH3(g)——→Si3N4(s) 6HCI(g) 6H2(g)
BCl3(g) NH3(g)——→BN(s) 3HCl(g)
化学气相沉积方法得到的膜的性质取决于气体的种类和沉积条件(如温度等)。例如,在一定的温度下,氮化硅更易形成非晶膜。在碳氢气体存在情况下,使用氯化还原化学气相沉积方法可以制得TiC:
TiCl4(g) CH4(g)——→TiC(s) 4HCl(g)
CH3SiCl3的热分解可产生碳化硅涂层:
CH3SiCl3(g)——→SiC(s) 3HCl(g)
5.化合反应
由有机金属化合物可以沉积得到Ⅲ~V族化合物:
Ga(CH3)3(g) AsH3(g)——→GaAs(s) 3CH4(g)
如果系统中有温差,当源材料在温度T1时与输运气体反应形成易挥发物时就会发生化学输运反应。当沿着温度梯度输运时,挥发材料在温度T2(T1>T2)时会发生可逆反应,在反应器的另一端出现源材料:
6GaAs(g) 6HCI(g)↔As4(g) As2(g)) 6GaCI(g) 3H2(g)(T1正反应,T2逆反应)
在逆反应以后,所获材料处于高纯态。
下表给出了化学气相沉积制备薄膜时所使用的化学气体以及沉积条件。
膜 |
反应气体 |
沉积温度/℃ |
基底 |
ZnO |
(C2H5)2Zn和O2 |
200~500 |
玻璃 |
Ge |
GeH4 |
500~900 |
Si |
SnO2 |
SnCl2和O2 |
350~500 |
玻璃 |
Nb/Ge |
NbCl5和GeCl4 |
800和900 |
氧化铝 |
BN |
BCl3和NH3 |
600~1000 |
SiO2和蓝宝石 |
TiB2 |
H2,Ar,TiCl4和B2H5 |
600~900 |
石墨 |
BN |
BCl3和NH3 |
250~700 |
Cu |
a-Si :H |
Si2H4 |
380~475 |
Si |
CdTe |
CdTe和HCl |
550~650 |
CdTe(110) |
Si |
SiH4 |
570~640 |
Si(001) |
W |
WF6,Si和H2 |
300 |
热氧化Si片 |
Si3N4 |
SiH2Cl2::NH3=1:3 |
800 |
n型Si(111) |
B |
B10H14 |
600~1200 350~700 |
Al2O3和Si Ta片 |
Si |
SiH4 |
775 |
Si片 |
TiSn2 |
SiH4和TiCl4 |
650~700 |
Si片 |
W |
WF6和Si |
400 |
多晶Si |
热化学气相沉积(TCVD)是指利用高温激活化学反应进行气相生长的方法 。
热化学气相沉积按其化学反应形式可分成几大类:
(1)化学输运法(chemical t ransport):构成薄膜物质在源区与另一种固体或液体物质反应生成气体.然后输运到一定温度下的生长区,通过相反的热反应生成所需材料,正反应为输运过程的热反应,逆反应为晶体生长过程的热反应。
(2)热解法(pyrolysis):将含有构成薄膜元素的某种易挥发物质,输运到生长区,通过热分解反应生成所需物质,它的生长温度为1000-1050摄氏度。
(3)合成反应法(synthesis):几种气体物质在生长区内反应生成所生长物质的过程,上述三种方法中,化学输运法一般用于块状晶体生长,分解反应法通常用于薄膜材料生长,合成反应法则两种情况都用。热化学气相沉积应用于半导体材料,如Si,Cae,GaAs,InP等各种氧化物和其它材料 。