激光诱导化学气相沉积法LCVD省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

激光诱导化学气相沉积法(LCVD)第1页 气相沉积涂层技术是材料表面改性技术中一个主要组成部分。因为激光含有高能量密度及良好相干性能经过激光激活可使常规CVD技术得到强化。LCVD已从最初金属膜沉积发展到半导体膜、介质膜、非晶态膜以及掺杂膜等在内各种薄膜材料沉积。当前，应用连续CO2激光制取TiN膜、TiC膜及复合氮化钛膜已经有报道。第2页一、激光化学气相沉积原理及特点 1、LCVD反应原理（1）、光LCVD 光LCVD是利用反应气体分子或催化分子对特定波长激光共振吸收，反应气体分子受到激光加热被诱导发生离解化学反应，在适当制备工艺参数如激光功率、反应室压力与气氛百分比、气体流量以及反应区温度等条件下形成薄膜。第3页（2）热LCVD 热LCVD主要利用基体吸收激光能量后在表面形成一定温度场，反应气体流经基体表面发生化学反应，从而在基体表面形成薄LCVD过程是一个急热急冷成膜过程，基材发生固态相变时，快速加热会造成大量形核，激光辐照后，成膜区快速冷却，过冷度急剧增大，形核密度增大。同时，快速冷却使晶界迁移率降低，反应时间缩短，能够形成细小纳米晶粒。第4页二、LCVD试验装置 尽管激光诱导化学气相沉积不一样薄膜时激光所起到作用不完全一样，但LCVD装置普通地都由以下几个主要部分组成：（1）源气体净化系统以及能够产生挥发性物质装置，该部件提供反应所需气体纯物质；（2）光LCVD激光光源采取紫外超短脉冲激光，光子能量高准分子激光器；而热LCVD则是采取红外波段光子能量较低固体或气体激光器。激光辐照方式可分为水平照射型和混合型。水平照射情况下，材料气体吸收光后分解，生成物移向基体并形成薄膜。垂直照射基片表面吸收材料分子也可光分解，而且照射部位有局部加热效应，将使化学吸附几率增加，而物理吸附降低；（3）真空反应器，是试验最基本部件，惯用反应器结构有开管式和封管式两种；（4）尾气排放系统。第5页三、成膜特点 试验研究表明，激光参加化学气相沉积过程主要有以下显著优点：（1）因为光激发作用而使源气体分子分解、吸附和反应等动力学过程加紧，从而能够提升膜沉积速率；（2）因为微区局部高温，膜杂质含量少，且可防止掺杂物在高温下产生重新分布基片产生热形变小；（3）结协力很高；（4）金属沉积仅发生在激光照射区域，不屏蔽就可到达局部成膜目标，可采取计算机控制膜层线路；（5）可依据物质对光吸收选择性，利用改变激光波长、材料气种类等方法实现各种薄膜沉积，（6）空间分辨和控制，既能够进行微小区域沉积，也能够进行大面积沉积，轻易实现自动控制等，这对微电子器件和大规模集成电路生产和修补含有重大意义。第6页四、激光化学气相沉积应用与发展 1、LCVD半导体薄膜材料 LCVD技术在半导体薄膜生长中特点含有非常引人注目标优越性，当前LCVD已可制备包含元素半导体，化合物半导体及非晶态半导体在内各类晶体薄膜。LCVD可在水平及垂直照射下，低温形成多晶或单晶Si，晶态Si是微电子集成电路首选材料。用CO2红外激光诱导化学气相沉积方法制备纳米Si，团聚少，而且能够连续制备。梁礼正等人认为，这主要因为激光强度大，则SiH4受热分解温度高，纳米Si成核率也就越高，纳米Si核密度大，每一个核生长所吸收Si原子数目越少，从而所得到纳米Si粒径小而均匀。第7页2、金刚石、纳米碳管与超硬膜,应用CO2激光技术和乙炔作为反应气体，可在较低气压和温度下进行激光气相反应生成金刚石粉。反应温度约为500-550C，合成产物包含多原子簇、石墨、非晶碳和球形金刚石颗粒，粒径约为0.3m。应用波长为193mArF紫外激光化学气相沉积可取得纳米碳化氮薄膜，所使用原料为C2H2与NH3混合气体，Si和TiN作为基体，氮与碳以单键和双键结合，薄膜中有纳米晶存在。在固液界面上应用脉冲激光化学法也可合成纳米超硬膜。如应用脉冲激光技术可制备双层和多层TiN和TiC薄膜，基体温度范围为300-700C。TiN-AlN:界面处化学反应和交互作用，形成了不一样合金相。经过控制层厚和基体温度能够控制Ti-Al-N:微结构。第8页3、介质膜 LCVD技术还能够在沉积包含绝缘膜、保护膜、SIM制造、抗损膜、增透膜等介质膜生长中。如用激光化学气相沉积法合成SiC和Si3N4复合纳米颗粒。SiC和Si3N4是主要高温陶瓷材料，SiC也是主要介电材料和半导体材料。据文件.报道，当前研究重点是SiC和Si3N4复合化以及组织上纳米化，从而提升强度和韧性。深入研究发觉，纳米化后纯SiC和纯Si3N4颗粒难以进行均匀复合化，LCVD是一个有效纳米材料合成方法，经过改变反应气体流量比也能够改变成份，有望同时实现复合化和纳米化。LCVD法制备纳米微粉含有成份纯度高，粒形规则，粒径小而均匀，粒度分布窄、无表面污染，粒子间粘结团聚差、易分散等一系列独特优点，其不足是反应原料必须是气体或强挥发性化合物，并要与激光波长相对应红外吸收带，因而限制了产品种类，增加了成本。第9页4、微电子薄膜领域 TiO2膜含有良好光学透射率和光电导性，较高折射率，化学稳定性以及较大介电常数，因而广泛应用于微电子领域。激光作为热源激光化学气相沉积TiO2时采取波长为10.6mCO2激光器，以TiCl4和O2为原料，由反应TiCl4+O2=TiO2+2Cl2经过激光化学气相沉积光致热分解反应生成TiO2薄膜。第10页五、LCVD研究现实状况及发展（1）研究分析LCVD过程中各主要工艺参数诸如激光功率、基体预处理和反应气压等对所制薄膜质量影响，促使LCVD技术理论化，成熟化。（2）研究和开发各种高效、长寿命光源以及各类特种气源，另外还有工艺监制伎俩完善等方面。（3）将LCVD技术与其它技术相结合，如激光诱导等离子体化学气相沉积LPCVD技术等。（4）因为LCVD技术难度较高，包括学科也多，当前大多数研究工作还未走出试验室。所以怎样使其得到大规模应用，也是广大科学工作者研究一个主要方面。第11页