第七章 氣相沉積技術(shù)

一、物理氣相沉積（PVD）

定義：真空條件下，采用物理方法將成膜材料氣化成原子、分子或離子化成離子，在工件表面形成覆蓋層。真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍第七章氣相沉積技術(shù)利用氣相之間的反應(yīng)，在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜，從而使材料或制品獲得所需的各種優(yōu)異性能。（一）真空蒸鍍1、定義在真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)物質(zhì)（鍍膜材料）提供足夠的熱量以獲得蒸發(fā)所必須的蒸汽壓，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，蒸發(fā)粒子在工件上凝結(jié)形成薄膜。真空蒸發(fā)就是利用蒸發(fā)材料在高溫時所具有的飽和蒸汽壓進(jìn)行薄膜制備。2、原理和液體一樣，固體在一定溫度下也或多或少地氣化（升華），形成蒸氣。單位時間內(nèi)膜料單位面積上蒸發(fā)出來的材料質(zhì)量稱為蒸發(fā)速率。T,蒸發(fā)表面的熱力學(xué)溫度（K）；ps,溫度T時的材料飽和蒸發(fā)壓（Pa）；Ar,膜料的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。蒸鍍時一般要求膜料的蒸氣壓在10-1Pa~10-2Pa。材料的Gm通常處在[10-4~10-1]kg/（m2·s）范圍，因此可估算出已知蒸發(fā)材料的所需加熱溫度。理想的最高速率Gm[Kg/（m2·s）]：真空蒸發(fā)設(shè)備示意圖3、真空蒸發(fā)的設(shè)備真空蒸發(fā)設(shè)備主要由三部分組成：1.真空系統(tǒng)：為蒸發(fā)過程提供真空環(huán)境2.蒸發(fā)系統(tǒng)：放置蒸發(fā)源的裝置，以及加熱和測溫裝置3.基板及加熱系統(tǒng)：該系統(tǒng)是用來放置硅片或其它襯底，對襯底加熱及測溫裝置真空蒸發(fā)制備薄膜的三個基本過程:1.加熱蒸發(fā)過程：對蒸發(fā)源加熱，使其溫度接近或達(dá)到蒸發(fā)材料的熔點，蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相2.氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn)過程：氣態(tài)粒子通過基本上無碰撞的直線運(yùn)動方式傳輸?shù)交?.被蒸發(fā)的原子或分子在襯底表面的沉積過程：原子或分子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、生長、成膜汽化熱：真空蒸發(fā)系統(tǒng)中的熱源將蒸發(fā)源材料加熱到足夠高的溫度，使其原子或分子獲得足夠高的能量，克服固相原子的束縛而蒸發(fā)到真空中，并形成具有一定動能的氣相原子或分子。物質(zhì)的飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)的蒸汽與固態(tài)或液態(tài)相平衡時所呈現(xiàn)的壓力。物質(zhì)的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大，一定的飽和蒸氣壓則對應(yīng)著一定的溫度。規(guī)定物質(zhì)在飽和蒸氣壓為1.3Pa時的溫度，稱為該物質(zhì)的蒸發(fā)溫度。4、蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源（1）電阻加熱蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源普通電阻加熱：利用一些高熔點、低蒸氣壓的金屬（W，Mo,Ta等）制成各種形狀的加熱器；一方面作為加熱，同時支撐被加熱的物質(zhì)。（低壓大電流）加熱裝置的分類和特點：絲狀（0.05-0.13cm)，蒸發(fā)物潤濕電阻絲，通過表面張力得到支撐。只能蒸發(fā)金屬或合金；有限的蒸發(fā)材料被蒸發(fā)；蒸發(fā)材料必須潤濕加熱絲；加熱絲容易變脆。凹箔：蒸發(fā)源為粉末。錐形絲筐：蒸發(fā)小塊電介質(zhì)或金屬。缺點加熱裝置與蒸發(fā)物會反應(yīng)難以蒸發(fā)電介質(zhì)材料（Al2O3,Ta2O5,TiO2等）蒸發(fā)率低加熱蒸發(fā)時合金和化合物會分解。絲狀舟狀坩堝帶狀板狀電阻加熱蒸發(fā)源電子束通過5-10KV的電場后被加速，然后聚焦到被蒸發(fā)的材料表面，把能量傳遞給待蒸發(fā)的材料使其熔化并蒸發(fā)。電子束蒸發(fā)裝置示意圖（2）電子束加熱裝置及特點特點：無污染：與坩堝接觸的待蒸發(fā)材料保持固態(tài)不變，蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應(yīng)的可能性很小。（坩堝水冷）適合制備高純，難熔物質(zhì)薄膜可同時安置多個坩堝，同時或分別蒸發(fā)多種不同物質(zhì)?？梢灾苽涔鈱W(xué)、電子和光電子領(lǐng)域的薄膜材料。（3）激光加熱蒸發(fā)及特點利用激光作為熱源使待蒸發(fā)材料蒸發(fā)。激光蒸發(fā)屬于在高真空條件下制備薄膜的技術(shù)。激光源放在真空室外邊，激光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)材料上使其蒸發(fā)，沉積在襯底上。適合制備高純，難熔物質(zhì)薄膜特點：可用來制備光學(xué)薄膜；制備陶瓷薄膜；氧化物薄膜；超導(dǎo)薄膜。激光蒸發(fā)示意圖不同材料吸收激光的波段范圍不同，需選用相應(yīng)激光器。例：SiO2、ZnS、MgF2、TiO2、A12O3、SiN4等膜料（波長：10.6μm）；Cr、W、Ti、Sb2S3等（波長：1.06μm）；Ge、GaAs等（波長：0.692μm）。激光蒸發(fā)示意圖(4)電弧加熱蒸發(fā)及其特點利用電弧放電加熱優(yōu)點：無污染，適合制備高純，難熔導(dǎo)電物質(zhì)薄膜缺點：產(chǎn)生微米級的電極顆粒原理：用欲蒸發(fā)的材料做電極，通過調(diào)節(jié)真空室內(nèi)電極間的距離來點燃電弧，而瞬間的高溫電弧將使電極端部產(chǎn)生蒸發(fā)從而實現(xiàn)薄膜的沉積。真空室電極襯底

在較低的反應(yīng)氣體壓強(qiáng)下，經(jīng)電弧蒸發(fā)可得到一些陶瓷薄膜。如在氮氣氛下，對金屬Ti和Zr（鋯）起弧制的TiN和ZrN薄膜，在氧氣氛下，Al起弧制得氧化鋁薄膜。（5）高頻感應(yīng)加熱在高頻初級感應(yīng)線圈的作用下，通過坩堝或被加熱物質(zhì)本身的感生電流加熱實現(xiàn)對源物質(zhì)的加熱。（高頻高壓小電流）優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作容易，所制備的薄膜純度比較高，厚度控制比較準(zhǔn)確，成膜速率快。缺點：薄膜與襯底附著力較小，工藝重復(fù)性不理想。蒸發(fā)裝置必須屏蔽，否則會對廣播通訊產(chǎn)生影響。5、真空蒸鍍工藝（1）一般工藝鍍前處理→裝件→抽真空→烘烤→離子轟擊→預(yù)熔→蒸發(fā)沉積→冷卻→取件→后處理→成品a.鍍前處理鍍件清洗除靜電涂底漆b.裝件真空室清理與鍍件夾具清洗蒸發(fā)源的安裝

鍍件裝卡（2）合金蒸鍍工藝a.單源蒸發(fā)法：先按薄膜組分比例的要求制成合金靶，然后對合金靶進(jìn)行蒸發(fā)、沉積形成固態(tài)薄膜。基本要求是合金靶中各組分材料的蒸汽壓比較接近。b.多源同時蒸發(fā)法：利用多個坩堝，在每個坩堝中放入薄膜所需的一種材料，在不同溫度下同時蒸發(fā)。

c.多源順序蒸發(fā)法：把薄膜所需材料放在不同坩堝中，但不是同時蒸發(fā)，而是按順序蒸發(fā)，并根據(jù)薄膜組分控制相應(yīng)的層厚，然后通過高溫退火形成需要的多組分薄膜。多蒸發(fā)源和單蒸發(fā)源蒸鍍合金示意圖

（3）化合物蒸鍍工藝a.對于難分解或凝聚時各組元又重新化合成原膜料組分配比的化合物（前者如SiO2、B2O3、MgF2、NaCl、AgCl等，后者如ZnS、PbS、CdTe、CdSe等），采用一般蒸鍍法。b.大多數(shù)化合物在加熱蒸發(fā)時會全部或部分分解。用簡單蒸鍍無法由化合物鍍料鍍出組成符合化學(xué)比的膜層。除了熱分解問題，也有與坩堝反應(yīng)從而改變膜成分的問題。需采用反應(yīng)蒸鍍。(4)反應(yīng)蒸鍍在膜料蒸發(fā)的同時充入相應(yīng)氣體，使兩者反應(yīng)化合沉積成膜，如Al2O3、Cr2O3、SiO2、Ta2O5、TiN、ZrN、SiC、TiC等。例：鍍TiC，在蒸鍍Ti的同時，向真空室通入乙炔氣，得TiC膜。如果在蒸發(fā)源和基板之間形成等離子體，則可提高反應(yīng)氣體分子的能量、離化率和相互間的化學(xué)反應(yīng)程度，稱“活性反應(yīng)蒸鍍”。

2Ti＋C2H2→2TiC十H2

6、蒸鍍用途蒸鍍只用于鍍制對結(jié)合強(qiáng)度要求不高的功能膜;如用作電極的導(dǎo)電膜，光學(xué)鏡頭用的增透膜。蒸鍍純金屬膜中，90％是鋁膜。蒸鍍合金膜時，在保證合金成分這點上，比濺射難得多，但在鍍純金屬時，表現(xiàn)出鍍膜速率快的優(yōu)勢。（1）真空蒸鍍鋁膜制鏡（2）塑料膜的金屬化處理（3）塑料制品金屬化以氬離子槍濺射石墨靶材沉積薄膜示意圖（二）濺射鍍膜在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶材表面，使被轟擊出的粒子在基片上沉積的技術(shù)。

1、原理（1）濺射現(xiàn)象用100~10KeV或更高動能的荷能粒子轟擊材料表面，使其原子獲得足夠的能量而濺出進(jìn)入氣相，這種濺出的、復(fù)雜的粒子散射過程稱為濺射。被轟擊的材料稱為靶。濺射率（濺射產(chǎn)額）：入射一個離子所濺射出的原子個數(shù)（原子個數(shù)/離子）。影響濺射率（濺射產(chǎn)額）的因素與入射離子有關(guān)，包括入射離子的能量（存在閾射能量）、入射角、靶原子質(zhì)量與入射離子質(zhì)量之比、入射離子的種類等。與靶有關(guān)。與溫度有關(guān)。a.入射離子能量對濺射產(chǎn)額的影響只有入射離子能量超過一定閾值以后，才能從被濺射物質(zhì)表面濺射出離子，閾值能量與入射離子的種類關(guān)系不大，與被濺射物質(zhì)的升華熱有一定比例關(guān)系。隨入射離子能量的增加，濺射產(chǎn)額先增加，然后處于平緩（10Kev)，離子能量繼續(xù)增加，濺射產(chǎn)額反而下降。濺射產(chǎn)額與入射離子能量關(guān)系b.入射離子和被濺射物質(zhì)的種類對濺射產(chǎn)額的影響通常采用惰性氣體離子來濺射，重離子的濺射產(chǎn)額比輕離子高，但考慮價格因素，通常使用氬氣作為濺射氣體。用相同能量的離子濺射不同的物質(zhì)，濺射產(chǎn)額也是不同的，Cu，Ag，Au產(chǎn)額高，而Ti，W，Mo等產(chǎn)額低。c.離子入射角度對濺射產(chǎn)額的影響傾斜入射有利于提高產(chǎn)額，但當(dāng)入射角接近80時，產(chǎn)額迅速下降

（2）直流輝光放電靶材是需要被濺射的物質(zhì)，作為陰極，相對陽極加數(shù)千伏電壓，在真空室內(nèi)（10-2~10Pa真空度）充入Ar氣，在電極間形成輝光放電。輝光放電過程中，將產(chǎn)生Ar離子，陰極材料原子，二次電子，光子等（等離子體）。提供發(fā)生在襯底表面的氣體反應(yīng)所需要的大部分能量。

（只適用于靶材為良導(dǎo)體的濺射）

輝光放電混合氣體中加直流電壓、或射頻電壓，使混合氣體中的電子被電場加速，穿過混合氣體，與氣體原子或分子碰撞并激發(fā)他們，受激的原子、或離子返回其最低能級時，以發(fā)射光（或聲子）的形式將能量釋放出來。不同氣體對應(yīng)不同的發(fā)光顏色。氣體放電時，兩電極之間的電壓和電流的關(guān)系不能用簡單的歐姆定律來描述。真空室電極高真空泵等離子體RF發(fā)生器匹配部件

輝光放電過程包括初始階段AB：I=0無光放電區(qū)湯遜放電區(qū)BC：I迅速增大過渡區(qū)CD：離子開始轟擊陰極，產(chǎn)生二次電子，又與氣體分子碰撞產(chǎn)生更多離子輝光放電區(qū)DE：I增大，V恒定異常輝光放電區(qū)EF：濺射所選擇的工作區(qū)弧光放電：I增大，V減小弧光放電區(qū)FG：增加電源功率，電流迅速增加ABCDEFG（3）濺射鍍膜的特點對于任何待鍍材料，只要能作成靶材，就可實現(xiàn)濺射。濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好。濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好。濺射工藝可重復(fù)性好，可以在大面積襯底上獲得厚度均勻的薄膜。合金的濺射和沉積所制備的薄膜其化學(xué)成分與靶材基本一致。合金的濺射和沉積

自動補(bǔ)償效應(yīng)：濺射產(chǎn)額高的物質(zhì)已經(jīng)貧化，濺射速率下降，而濺射產(chǎn)額低的物質(zhì)得到富集，濺射速率上升。二極濺射裝置2、濺射鍍膜的方式（1）直流二極濺射濺射靶（陰極）和基片及固定架（陽極）構(gòu)成濺射裝置的兩個極。a、工作原理：當(dāng)加上直流電壓后，輝光放電開始，正離子打擊靶面，靶材表面的中性原子濺射出，這些原子沉積在襯底上形成薄膜。在離子轟擊靶材的同時，也有大量二次電子從陰極靶發(fā)射出來，被電場加速向襯底運(yùn)動，在運(yùn)動過程中，與氣體原子碰撞又產(chǎn)生更多的離子，更多的離子轟擊靶材又釋放出更多的電子，從而使輝光放電達(dá)到自持。氣體壓強(qiáng)太低或陰-陽極距離太短，二次電子達(dá)到陽極之前不能有足夠多的離化碰撞發(fā)生。反之所產(chǎn)生的離子會因非彈性碰撞而減速，打擊靶材時不會產(chǎn)生足夠的二次電子。另外濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將會受到過多散射，在襯底上的沉積速率反而下降。直流濺射若要保持一定的濺射速率，就必須一定的工作電流，要求靶材為金屬靶。若是導(dǎo)電性差的靶材，在離子轟擊過程中，正電荷便會積累在靶材表面。b、控制參數(shù)濺射氣壓1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。陰-陽極距離適中，大約為陰極暗區(qū)的2倍濺射電壓1-5KV。靶材必須為金屬。為保證薄膜的均勻性，陰極平面面積大約為襯底的2倍。c、特點優(yōu)點：構(gòu)造簡單，在大面積工件表面可制取均勻薄膜，放電電流隨壓力和電壓變化而變。缺點：工作壓力較高，膜有玷污；沉積速率低，不宜鍍10μm以上膜厚；大量二次電子直接轟擊基片使基片溫升過高。三極濺射示意圖三極濺射在低壓下，為增加離化率并保證放電自持，方法之一是提供一個額外的電子源將電子注入到放電系統(tǒng)中。（2）三極和四極濺射

四極濺射裝置四極濺射優(yōu)點：可實現(xiàn)低氣壓、低電壓濺射，放電電流和轟擊靶的離子能量可獨立調(diào)節(jié)控制。缺點：不能抑制由靶產(chǎn)生的高速電子對基片的轟擊，燈絲具有不純物而使膜玷污。a、工作原理在射頻濺射系統(tǒng)中，射頻電勢加在位于絕緣靶下面的金屬電極上，在射頻電場作用下，兩電極間振蕩運(yùn)動的電子具有足夠高的能量產(chǎn)生離化碰撞，從而使放電達(dá)到自持，陰極濺射的二次電子不再重要。由于電子比離子具有較高的遷移率，相對于負(fù)半周期，正半周期內(nèi)將有更多的電子到達(dá)絕緣靶表面，而靶變成負(fù)的自偏壓。它將在表面附近排斥電子，吸引正離子，使離子轟擊靶，產(chǎn)生濺射。（3）射頻濺射

射頻電壓周期性地改變每個電極的電位，因而每個電極都可能因自偏壓效應(yīng)而受到離子轟擊。在射頻電壓作用下，利用電子和離子運(yùn)動特性的不同，在靶表面感應(yīng)出負(fù)的直流脈沖而產(chǎn)生的濺射，對絕緣體也能進(jìn)行濺射鍍膜。b、特點優(yōu)點：射頻電壓可穿過各種阻抗，故電極不要求是導(dǎo)電體，可濺射任何材料。缺點：大功率射頻電源價高。

平面磁控濺射靶（4）磁控濺射

磁場的作用使電子不再做平行直線運(yùn)動，而是圍繞磁力線做螺旋運(yùn)動，這就意味著電子的運(yùn)動路徑由于磁場的作用而大幅度地增加，從而有效地提高了氣體的離化效率和薄膜的沉積速率。磁控濺射比直流和射頻濺射的沉積速率高很多。a、磁場中電子的電離效率提高b、在較低氣壓下（0.1Pa)濺射原子被散射的幾率減小提高了入射到襯底上的原子的能量，從而提高薄膜的質(zhì)量。優(yōu)點：低溫（基片溫升低），低損傷（對膜層損傷?。?，高速（比二極濺射提高了一個數(shù)量級）。缺點：靶材利用率不高，低于40%。（5）偏壓濺射

偏壓濺射是在一般濺射的基礎(chǔ)上，在襯底與靶材間加一定的偏壓，以改變?nèi)肷潆x子能量和離子數(shù)，達(dá)到改善薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。如圖所示，改變偏壓可改變Ta薄膜的電阻率。

Ta薄膜的電阻率隨偏壓的變化a、原理在存在反應(yīng)氣體的情況下，濺射靶材時，靶材料與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物，這種在沉積的同時形成化合物的濺射稱為反應(yīng)濺射。利用化合物直接作為靶材濺射生長薄膜時，可能薄膜與靶材的成分偏離。如制備氧化物薄膜時，會造成氧含量偏低，這時可在濺射氣體中通入適量的氧氣。（6）反應(yīng)濺射反應(yīng)濺射Al2O3實驗系統(tǒng)示意圖b、應(yīng)用采用純金屬作為靶材，通入不同的反應(yīng)氣體，可沉積不同的薄膜。氧化物：ZnO，Al2O3，SiO2，In2O3，SnO2等(反應(yīng)氣體O2）碳化物：SiC，WC，TiC等(反應(yīng)氣體CH4）氮化物：BN，F(xiàn)eN，TiN，AlN，Si3N4等(反應(yīng)氣體N2）硫化物：CdS，ZnS，CuS等(反應(yīng)氣體H2S）（7）離子束濺射

離子束濺射是從一個與沉積室隔開的離子源中引出高能離子束，對靶進(jìn)行濺射。沉積室真空度可達(dá)10-4~10-8Pa，殘余氣體少，可得高純度、高結(jié)合力膜層。

離子束濺射系統(tǒng)示意圖離子源是用熱陰極電弧放電產(chǎn)生等離子體優(yōu)點：a.

基底與等離子體隔離，不必考慮成膜中等離子體的影響；b.靶與基板又可保持等電位，靶上放出的電子或負(fù)離子不會對基底產(chǎn)生轟擊的損傷作用,成膜質(zhì)量高。c.離子束的入射角、能量、密度可在較大范圍變化，并可單獨調(diào)節(jié)，因而薄膜的結(jié)構(gòu)和性能能在相當(dāng)廣泛范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和控制。d.離子束濺射是在真空度比磁控濺射更高的條件下進(jìn)行的，有利于降低膜中雜質(zhì)氣體含量。缺點：鍍膜速率太低，只0.01μm/min左右。比磁控濺射低1~2個數(shù)量級。限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。4．濺射用途濺射薄膜按其不同功能和應(yīng)用分機(jī)械功能膜和物理功能膜。前者包括耐磨、減摩、耐熱、抗蝕等表面強(qiáng)化薄膜；后者包括電、磁、聲、光等功能薄膜。5、濺射鍍膜設(shè)備設(shè)備：真空系統(tǒng)、基材的清洗、干燥、加熱、膜厚測量與監(jiān)控等與真空蒸鍍相同。但主要工作部件不同，即蒸發(fā)鍍膜機(jī)的蒸發(fā)源被濺射源所取代。濺射與蒸發(fā)方法的原理及特性比較（三）離子鍍膜

在真空下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在基底上。鍍膜與離子轟擊改性同時進(jìn)行的過程。

直流二極離子鍍示意圖離子鍍的類型（1）空心陰極離子鍍（HollowCathodeDischarge,HCD）（2）離子束輔助沉積（1）空心陰極離子鍍（HCD）

HCD離子鍍裝置HCD法是利用空心熱陰極放電產(chǎn)生等離子體。用空心鉭管作為陰極，輔助陽極距陰極較近，二者作為引燃弧光放電的兩極。HCD空心陰極槍既是膜料氣化的熱源又是蒸發(fā)粒子的離化源。離化率達(dá)20~40%,各種膜都能鍍（二級離子鍍?yōu)?%）。轟擊基片的離子能量為幾百eV，遠(yuǎn)超過表面吸附氣體的物理吸附能0.1~0.5eV，也超過了化學(xué)吸附能1～10eV，能起清洗作用。這樣的離子能量還可避免膜層因嚴(yán)重濺射而變粗糙和降低鍍膜速率。

HCD特點：（2）離子束輔助沉積蒸鍍同時，用離子束轟擊基片，離子束由寬束離子源產(chǎn)生。雙離子束輔助沉積(雙離子束鍍)近年來發(fā)展起來的材料表面改性技術(shù)。是一種將離子注入和常規(guī)氣相沉積鍍膜結(jié)合起來的兼有兩者優(yōu)點的高新技術(shù)。低能的離子束1用于轟擊靶材，使靶材原子濺射并沉積在基片上。另一個高能的離子束2起轟擊（注入）作用。

雙離子束鍍原理圖特點：（1）原子沉積和離子注入各參數(shù)可精確獨立調(diào)節(jié)；（2）可在較低轟擊能量下，連續(xù)生長幾微米厚、組分一致的薄膜。（3）可在室溫下生長各種薄膜，避免高溫處理對材料及精密零部件尺寸的影響；（4）在膜和基材界面形成連續(xù)的原子混合區(qū)，提高附著力。

PVD三種基本方法之比較二、化學(xué)氣相沉積（CVD）

定義：借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基材表面沉積固態(tài)薄膜。與PVD不同：沉積粒子來源于化合物的氣相分解反應(yīng)分類：常壓、低壓、等離子體輔助氣相沉積等應(yīng)用：在制備半導(dǎo)體、氧化物、氮化物、碳化物納米薄膜材料中得到廣泛應(yīng)用。反應(yīng)溫度：大約為900～2000℃，它取決于沉積物的特性。1、CVD的反應(yīng)類型（1）熱分解氫化物SiH4→Si+2H2碳酰化合物W(CO)6→W+6CO鹵化物SiI4→Si+2I2（2）還原反應(yīng)氫還原：金屬鹵化物被氫還原

SiCl4+2H2→Si+4HCl金屬還原：金屬鹵化物與單質(zhì)金屬發(fā)生還原

BeCl2+Zn→Be+ZnCl2基材還原：反應(yīng)氣體被基材還原

WF6+3/2Si→W+3/2SiF4（3）氧化反應(yīng)（氧化物薄膜）金屬氫化物SiH4+O2→SiO2+2H2金屬鹵化物SiCl4+O2→SiO2+2Cl2金屬氧氯化合物

POCl3+3/4O2→1/2P2O5

+3/2Cl2有機(jī)金屬化合物

AlR3+3/4O2→1/2Al2O3

+R′（4）化學(xué)輸送在高溫區(qū)與鹵素反應(yīng)生成低價鹵化物，它們被輸送到低溫區(qū)域，在基材上形成薄膜。在高溫區(qū)Si（s)+I2(g)→SiI2(g)在低溫區(qū)SiI2(g)→1/2Si（s)+1/2SiI4(g)（5）水解反應(yīng)金屬鹵化物2AlCl3+3H2O

→Al2O3+6HClH2O

由CO2+H2→H2O+CO得到。常溫下AlCl3能與水完全發(fā)生反應(yīng)，制備時需把AlCl3和H2O混合氣輸至基材上。

（6）與氨反應(yīng)鹵化物SiH2Cl2+4/3NH3→1/3Si3N4

+2HCl+2H2氫化物SiH4+4/3NH3→1/3Si3N4+4H2（7）等離子體激發(fā)反應(yīng)用等離子體放電使反應(yīng)氣體活化，在較低溫度下成膜。（8）激光激發(fā)反應(yīng)有機(jī)金屬化合物在激光激發(fā)下

W(CO)6→W+6CO2、CVD的特點

①溫度：中溫或高溫；反應(yīng)物狀態(tài)：氣態(tài)；反應(yīng)：氣相化學(xué)反應(yīng)；產(chǎn)物：固體。②壓力：大氣壓(常壓)或者低于大氣壓下(低壓)進(jìn)行沉積。一般來說低壓效果要好些。③等離子和激光輔助技術(shù)：可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的溫度下進(jìn)行。④沉積層的化學(xué)成分可以改變，容易獲得功能梯度膜或者得到混合膜。⑤沉積層的密度和純度可控。⑥繞鍍性好：可在復(fù)雜形狀的基體上及顆粒材料上沉積。⑦氣流條件：層流，在基體表面形成厚的邊界層。⑧沉積層結(jié)構(gòu)：柱狀晶，不耐彎曲。通過各種技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氣相擾動，可以得到細(xì)晶粒的等軸沉積層。⑨應(yīng)用廣泛:可以形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物沉積層3.CVD的工藝（沉積TiC為例）

TiC氣相沉積裝置工件置于H2保護(hù)下，加熱到1000～1050℃，然后以H2作載流氣把TiCl4和CH4帶入爐內(nèi)反應(yīng)室中，使TiCl4中的鈦與CH4中的碳（以及鋼件表面的碳）化合，形成碳化鈦。反應(yīng)的副產(chǎn)物則被氣流帶出室外。(g)(g)基本過程①原料氣體向基片表面擴(kuò)散；②原料氣體吸附到基片；③吸附在基片上的化學(xué)物質(zhì)的表面反應(yīng)；④析出顆粒在表面的擴(kuò)散；⑤產(chǎn)物從氣相分離；⑥從產(chǎn)物析出區(qū)向塊狀固體的擴(kuò)散。CVD的化學(xué)反應(yīng)必須發(fā)生在基體材料和氣相間的擴(kuò)散層中。工藝參數(shù)的影響：（1）氣體中的氧化性組分（如微量氧、水蒸氣）對沉積影響很大。有氧時，沉積物的晶粒劇烈長大，并有分層現(xiàn)象。故選用高純度氣體（氫99.9％以上，TiCl499.5％以上），且通入反應(yīng)室前須凈化，除去氧化性成分。（2）沉積過程溫度要控制，若過高，TiC厚度增加，但晶粒變粗，性能較差；溫度過低，由TiCl4還原出來的鈦沉積速率大于碳化物的形成速率，沉積物多孔，且與基體結(jié)合不牢。（3）沉積中還須嚴(yán)格控制氣體的流量及含碳?xì)怏w與金屬鹵化物的比例，以防游離碳沉積，使TiC無法生成。鈦碳比例在1:(0.85～0.97)（4）沉積時間由所需厚度決定，愈長，TiC愈厚，反之愈薄。（5）零件鍍前應(yīng)清洗和脫脂，還應(yīng)在高溫氬氣流中還原處理。對尺寸較大的工件為脫除溶解在基體中的氣體，增加結(jié)合力，還須進(jìn)行真空脫氣。為盡可能減少變形，鍍前應(yīng)預(yù)先淬火回火處理。傳統(tǒng)CVD溫度在800℃以上，須選擇合適基體。大部分鋼不合適，發(fā)生固態(tài)相變及引起尺寸變化。另外鋼和鍍層熱膨脹系數(shù)差別，冷卻時在界面產(chǎn)生相當(dāng)大的切向應(yīng)力使結(jié)合破壞。常用基體：難熔金屬（鉬）石英陶瓷硬質(zhì)合金沉積溫度低于700℃，可用鋼耐磨硬鍍層的基體:硬質(zhì)合金、高碳高鉻工具鋼4、MOCVD常規(guī)CVD的發(fā)展。用易分解的金屬有機(jī)化合物作初始反應(yīng)物，因此沉積溫度較低。常用金屬有機(jī)化合物是II~VII族的烷基衍生物(C2H5)2Be，(C2H5)2Mg，(C2H5)2Zn,(CH3)2Cd，(CH3)2Te，(CH3)3Sb

MOCVD優(yōu)點：①沉積溫度低；②能沉積單晶、多晶、非晶的多層和超薄層、原子層薄膜；③可大規(guī)模、低成本制備復(fù)雜組分的薄膜和化合物半導(dǎo)體材料；④可在不同基材表面沉積。缺點：①沉積速度慢，僅適于沉積微米級表面層；②原料毒性較大，設(shè)備密封性、可靠性要好，謹(jǐn)慎管理和操作。5、PCVD工件置于陰極，利用輝光放電或外熱源使工件升到一定溫度后，通入反應(yīng)氣，經(jīng)過等離