选择特殊符号
选择搜索类型
请输入搜索
电沉积
电沉积(Electrodeposition)是一种制备化合物薄膜的常用方式。现以沉积碲化镉薄膜为例介绍它的基本特征。
电解液是含有镉盐和氧化亚碲的酸性水溶液,典型的组分是CdSO4和HTeO2 。电解与沉积的反应式为:
HTeO2 3H 4e-—→Te 2H2O
Cd2 Te 2e- —→ CdTe
上面两个反应同时在阴极表面上进行。阴极则是有透明导电膜或有硫化镉薄膜的衬底。阴极的电位为-0.2~ -0.5 V(相对于标准甘汞电极),这个值略低于金属镉的沉积电位。为了让电沉积过程持续进行,还要把纯镉棒和纯碲棒放置在电解槽内。这样可以延长电解液的使用寿命,一般在半年左右。使用寿命主要决定于电解液的组分、浓度变化和杂质的增加。
在沉积过程中,溶液须加热并要保持一定的温度(如在70~90℃之间)。溶液还须搅拌,常用的方式是利用塑料泵让电解液循环,充分的搅拌是制备大面积均匀薄膜的关键。受TeO2溶解度的制约,HTeO2 在溶液中的浓度较低。因此,沉积速率基本上由HTeO2 的浓度决定。于是,薄膜的沉积速率也较低,大约为1~2 μm/h。电沉积的主要参数包括溶液的组分、pH值、温度、HTeO2 的浓度、阴极电位、阳极电位和搅拌。电沉积的另一个特点是在沉积过程中加入掺杂剂可实现共—电沉淀(Co-Electrodeposition),从而获得n型或p型的样品,也可以获得三元系的薄膜。2100433B
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 |
石灰岩.砂岩、页岩 按沉积物的颗粒大小,沉积岩可分为砾岩、砂岩、页岩、等,石灰岩也是。沉积岩里面常常能找到古生物遗体、遗迹,沉积岩是地球历史的记录。 沉积岩,又称为水成岩,是三...
以物质来源为主要考虑因素的分类,沉积岩被分成三类,即由母岩风化物质、火山碎屑物质和生物遗体形成的不同沉积岩。 母岩分化产物形成的沉积岩是最主要的沉积岩类型,包括碎屑岩和化学岩两类。碎屑岩根据粒度细...
用途:1、沉积岩记录了地球演化历史 地球约有46亿年历史,最古老沉积岩36亿年,这36亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。 2、沉积岩(物)蕴藏着占世界矿产资源总储量的...
MOCVD水平式反应器中热泳力对沉积过程中反应前体浓度分布的影响分析及数值模拟
在MOCVD反应器中,针对GaN生长中的TMGa分子,推导出热泳力、热泳速度以及扩散速度的计算公式。在低温区,热泳速度大于扩散速度;在高温区则相反。影响热泳力的主要因素为温度梯度和分子直径。水平式反应器内,粒子同时受到热泳速度和扩散速度的影响。在只考虑组分输运以及包括化学反应等两种情况下,通过改变反应器上壁面温度,模拟得到水平式反应器中热泳力对沉积速率以及反应物粒子浓度分布的影响。并与文献中的实验数据对比,验证了模拟结果的正确性。结果显示,由于热泳力的影响,在相同操作条件下高温区H2等小直径粒子的质量分数增大、TMGa和NH3等大分子粒子的质量分数减小。从提高生长速率的角度,需减小上下壁面温度梯度;从沉积均匀性的角度,应使到达下游的反应粒子数增多,故需增大上下壁面温度梯度。
一体式膜--生物反应器中膜面污泥沉积速率及其影响因
一体式膜--生物反应器中膜面污泥沉积速率及其影响因——曝气量、膜通量和污泥浓度是影响一体式膜-生物反应器中膜面污泥沉积的重要设计参数。本研究首先通过均匀设计试验建立了基于这三个重要参数的膜间液体上升流速和膜面污泥沉积速率模型,并通过此模型对不同...
酸化会引起许多问题,包括:
(1)油管上的伤害物质进入地层。
(2)表面活性剂使油藏变为油湿,特别是缓蚀剂,它还能引起乳化堵塞。
(3)水锁。
(4)当注人大量酸液时产生沥青或石蜡沉积。
除了这些常见的伤害过程外,不合理的酸化施工设计可以导致产量损害,损害包括以下几个方面:
(1)酸和沥青反应产生酸渣,特别是当存在的某些添加剂(特别是表面活性剂)或溶液中存在铁时。
(2)酸和地层物质反应生成的沉淀产物。地化模型根据地层岩石、处理液成分、压力以及温度能预测产物的化学性质,但它不能预测产物是否产生伤害。水化硅可以沉淀在粘土表面上,但不会引起伤害。像硼硅酸盐和氟硼酸盐这些化合物甚至是有利的。像氢氧化铁这样的凝胶状沉淀物,能完全堵塞孑L隙,并很难清除。另一种副产品组成的物质,如以单晶体形式的氟硅酸盐能运移到孔喉处并桥塞喉道。当酸化含硫化物的井时,甚至能在低pH值环境中沉淀的硫化铁属于这类型的另一种化合物。
(1)酸化时使用多价螯合剂来防止铁伤害问题时,当酸被用完而没有铁存在时,其剩余部分能形成沉淀物。
(2)缓蚀剂里存在的残渣或聚合物(如降阻剂)热降解产生的残渣会使渗透率降低。
电弧等离子射流反应沉积是指利用电弧等离子体射流的高能环境进行化学反应制备涂层或新材料的工艺方法。
本发明提供一种用于从喷涂系统(尤其是化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)反应炉)中抽取工艺气体的装置,其包括具有流道的排气歧管(1),其中所述流道包括吸气口(2)、在流动方向(S)上的邻接抽气段(3)、以及在流动方向(S)上布置在抽气室(3)的下游并通入吸气管线(4、4'、4")的真空泵口(20、20',20")的集气段(5),其中吸气口(2)的沿长边方向(L)延伸的长度显著大于沿窄边方向(W)延伸的宽度,并且其中抽气室(3)和集气室(5)由沿长边方向(L)延伸的长侧壁(6、8)和沿窄边方向(W)延伸的窄侧壁(7)限定,该限定方式使得因吸气管线(4、4'、4")中产生的负压而在流道中形成气流。在抽气段(3)和集气段(5)之间的至少一个中间空间(9)中设有阻流结构,该阻流结构在位于两个边缘区域(R)之间的中央区域(Z)中对气流施加的流动阻力比在边缘区域(R)中施加的流动阻力大。