CVD化學(xué)與薄膜工藝

Ch.1緒論；化學(xué)氣相淀積（CVD）

－一個(gè)重要的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域1。1化學(xué)氣相淀積（CVD）:

概念、定義及其基本特點(diǎn)1。2學(xué)科與技術(shù)范圍1。3CVD與新材料1。4CVD與高新技術(shù)1。5本課程的內(nèi)容1。6主要參考1。7教學(xué)方式與考核

1。1化學(xué)氣相淀積（CVD）:

概念、定義及其基本特點(diǎn)定義：CVD是通過(guò)氣態(tài)物質(zhì)在氣相或氣/固界面上發(fā)生反應(yīng)生成固態(tài)材料的過(guò)程突出的特點(diǎn)－★原子、分子水平上化學(xué)合成材料－高度適應(yīng)性和創(chuàng)新性★高純度材料－基于CVD源可以通過(guò)氣相過(guò)程得到高純度★

組成和結(jié)構(gòu)可控性－制備工藝重現(xiàn)性★

廣泛的適應(yīng)性與多用性★

材料制備與器件制作的一致性★

設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、易于實(shí)現(xiàn)文集自動(dòng)控制…SiHCl3+H2=Si+3HCl圖1－1氯硅烷氫還原法生產(chǎn)多晶硅裝置簡(jiǎn)圖[172]薄膜生長(zhǎng)前驅(qū)物氣體襯底托架臥式反應(yīng)器襯底立式反應(yīng)器氣相輸運(yùn)載氣載氣氣態(tài)源液態(tài)源固態(tài)源前驅(qū)物氣體前驅(qū)物/源揮發(fā)納米粉制備MOCVDGrowthGa(CH3)3+AsH33CH4+GaAsRef:Yu-Cardona

1.2CVD:學(xué)科與技術(shù)范圍?

CVD過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)－CVD化學(xué)原理?

源的化學(xué)合成?源的提供－氣相質(zhì)量輸運(yùn)與流體力學(xué)?CVD系統(tǒng)的熱力學(xué)－目標(biāo)產(chǎn)物的形成?CVD過(guò)程動(dòng)力學(xué)與生長(zhǎng)機(jī)制?CVD摻雜生長(zhǎng)與材料層的物性?襯底材料與生長(zhǎng)層的相合作用?CVD系統(tǒng)設(shè)計(jì)（反應(yīng)、裝置、?CVD技術(shù)的發(fā)展與集成1.3CVD與新材料?物質(zhì)的合成與純化?超微（納米）粉體?研制無(wú)機(jī)新晶體?單晶膜的外延生長(zhǎng)?制備多晶陶瓷膜?制備非晶（玻璃）或無(wú)定形膜?晶須和其它一維材料的制備?復(fù)合材料的合成?。。。。。。1.4CVD與高新技術(shù)?微電子性工藝－大規(guī)模集成電路技術(shù)?半導(dǎo)體光電技術(shù)?信息技術(shù)與光纖通訊－信息高速公路?新能源：太陽(yáng)能利用，燃料電池?超導(dǎo)技術(shù)?傳感器技術(shù)?保護(hù)涂層技術(shù)

CVD技術(shù)也隨著高新技術(shù)的發(fā)展的要求而發(fā)展

中國(guó)科技大學(xué)國(guó)體化學(xué)與無(wú)機(jī)膜研究所

研制經(jīng)歷（研究課題）★硅烷熱解法（CVD）高純硅材料的制備（1970－1972）★GaN發(fā)光薄膜和器件（鹵化物法CVD，1975－1985）★氣敏半導(dǎo)體材料的合成：（RF）PCVD（1979－1986）★微波等離子體CVD法非晶硅太陽(yáng)電池膜（1984－1987）★微波等離子體CVD法金剛石薄膜（1986－1988）★PCVD法制備YSZ氧離子體薄膜（1987－1990）★MOCVD法研制YBCO高溫超導(dǎo)薄膜（1988－1992）★化學(xué)噴霧熱解法制備YBCO薄膜（1988-1989）★CVD法制備SnO2超細(xì)粉（1990-1995）★氮化鋁陶瓷膜的微波等離子體CVD合成（1993-1995）★氧化物納米微孔膜CVD縮孔與改性（1994-1996）★質(zhì)子導(dǎo)體納米膜的CVD制備與性能（1995-1997）★無(wú)機(jī)膜的軟化學(xué)合成與傳質(zhì)過(guò)程（1997-2000）★薄膜化SOFC的氣溶膠CVD制備研究（2000－2002）★脈沖氣溶膠CVD制備功能氧化物多層膜（2003－2005）本實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)和技術(shù)性積累★本實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)過(guò)的有關(guān)CVD的研究課題如下：●CVD法GaN發(fā)光材料薄膜研制（1975-85）中科院院內(nèi)合作項(xiàng)目●新型氧離子導(dǎo)體材料和氧傳感器研制（84-87）國(guó)家自然科學(xué)基金●金屬有機(jī)化合物熱解行為和MOCVD（86-89）高技術(shù)新材料探索課題●氧化物高溫超導(dǎo)薄膜的MOCVD法研制（88-90）國(guó)家超導(dǎo)攻關(guān)項(xiàng)目●化學(xué)噴霧熱解法制備YBCO薄膜（88-89）國(guó)家自然科學(xué)基金●CVD法制備氣敏材料SnO2超細(xì)粉（90-95）八五科技攻關(guān)項(xiàng)目●氮化鋁陶瓷膜的微波等離子體CVD合成（93-95）國(guó)家自然科學(xué)基金●氧化物納米微孔膜CVD縮孔與改性（94-96）國(guó)家自然科學(xué)基金●質(zhì)子導(dǎo)體納米膜的CVD制備與性能（95-97）國(guó)家自然科學(xué)基金●無(wú)機(jī)膜的軟化學(xué)合成與傳質(zhì)過(guò)程（97-2000）國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目●薄膜化SOFC新穎CVD制備技術(shù)研究（2000-2002）國(guó)家自然科學(xué)基金●新穎脈沖式氣溶膠等離子體MOCVD制備功能陶瓷薄膜（2003-2005）國(guó)家自然科學(xué)基金★所涉及的材料體系：III-V族化合物半導(dǎo)體（GaN，AlN）、非晶硅、金剛石、氣敏半導(dǎo)體、高溫超導(dǎo)體、透氫鈀合金膜、氧化物質(zhì)子導(dǎo)電膜、氧離子傳輸導(dǎo)電膜、燃料電池部件材料、無(wú)機(jī)分離膜材料

?

發(fā)表CVD方面的研究論文超過(guò)80篇，專著1，申報(bào)專利3件

?

以CVD為研究課題的研究生約25名，其中博士學(xué)位10人

?

研究生課程：CVD化學(xué)與薄膜工藝，20余年，>500人★與本申請(qǐng)項(xiàng)目直接相關(guān)的知識(shí)及技術(shù)性積累還包括：等離子體輔助的CVD技術(shù)（RF-CVD，微波PCVD，WM-MOCVD)發(fā)展了以金屬b-二酮螯合物為前驅(qū)物的MOCVD技術(shù)，成功制備YBCO超導(dǎo)薄膜，率先申報(bào)了專利（專利88100403.0已授權(quán)）發(fā)展了單一固體混合源MOCVD技術(shù)(專利96102145。4，已授權(quán)）發(fā)展了氣溶膠輔助的CVD和MOCVD技術(shù)(申請(qǐng)?zhí)?9124638.1）自行合成了十多種金屬b－二酮螯合物，作為MOCVD前驅(qū)物1.5本課程的內(nèi)容第一章緒論

第二章CVD的一般化學(xué)原理和技術(shù)第三章CVD系統(tǒng)中氣相化學(xué)輸運(yùn)第四章CVD體系的熱力學(xué)第五章淀積過(guò)程動(dòng)力學(xué)與機(jī)理第六章表面過(guò)程機(jī)理第七章影響淀積層質(zhì)量的因素第八章化學(xué)氣相淀積與新材料、新技術(shù)§8.1化學(xué)氣相淀積和新技術(shù)(講座1）§8.2化學(xué)氣相淀積和新技術(shù)(講座2）-.§8.3CVD工藝的設(shè)計(jì)和實(shí)踐§8.4CVD新進(jìn)展（講座3）1.6主要參考書目和資料【1】孟廣耀編著，化學(xué)氣相淀積與無(wú)機(jī)新材料，科學(xué)出版社，北京，1984【2】M.Konuma,FilmDepositionbyPlasmaTechnique,Springer-Verlag,.N.Y.,1992【3】JoneW.Hastie“HighTemperatureVapor-ScienceandTechnology”,AcademicPressNewYork,1975【4】C.H.L.Goodman(ed)“CrystalGrowthTheoryandTechniques”,Vol.1,PlenumPress,N.Y.,1974【5】ArthurSherman,“ChemicalVaporDepositionforMicroelectronics,(1987)【6】FrancisS.Galasso,“ChemicalVaporDepositedMaterials”

CRCPress(1991)【7】【8】歷屆國(guó)際CVD會(huì)議，國(guó)際MOCVD會(huì)議歷屆國(guó)際氣相生長(zhǎng)和外延會(huì)議;歐洲CVD系列會(huì)議【9】中英文參考文獻(xiàn)1.7教學(xué)方式與考核1。講授：基本原理和處理方法2。技術(shù)性講座（3次）3。實(shí)驗(yàn)室參觀（與講座相結(jié)合）4。閱讀文獻(xiàn)和討論按內(nèi)容分組，推舉報(bào)告人，討論5。期終考試課程論文參考選題（一）按科學(xué)問(wèn)題命題，如★復(fù)雜反應(yīng)CVD過(guò)程熱力學(xué)分析的近期進(jìn)展★化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)CVD的新近發(fā)展★開管氣流系統(tǒng)CVD的流體力學(xué)分析和反應(yīng)器設(shè)計(jì)★CVD過(guò)程表面生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型的新進(jìn)展CVD過(guò)程動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究CVD中的V-L-S機(jī)制及應(yīng)用CVD過(guò)程中襯底與生長(zhǎng)層的相互作用研究進(jìn)展CVD系統(tǒng)中的成核理論的研究化學(xué)氣相淀積的摻雜行為:摻雜過(guò)程的熱力學(xué),動(dòng)力學(xué)和機(jī)理CVD過(guò)程表面形貌和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)CVD法合成納米粉體材料的學(xué)科問(wèn)題等離子體CVD體系中的新穎學(xué)科問(wèn)題CVD技術(shù)用源物質(zhì)的研究CVD工藝用的新型先軀物（源物質(zhì)）-金屬的β二酮類螯合物CVD領(lǐng)域的若干新近進(jìn)展（二）按具體材料研究來(lái)命題CVD技術(shù)研制氮化鎵發(fā)光材料的進(jìn)展CVD法在金屬基底上制備陶瓷保護(hù)涂層（TiCx，