氣相沉積CVD、PVD簡(jiǎn)介

1、氣相沉積簡(jiǎn)介CVD(Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積），指把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的過(guò)程。在超大規(guī)模集成電路中很多薄膜都是采用CVD方法制備。經(jīng)過(guò)CVD處理后，表面處理膜密著性約提高30%，防止高強(qiáng)力鋼的彎曲，拉伸等成形時(shí)產(chǎn)生的刮痕。特點(diǎn)沉積溫度低，薄膜成份易控，膜厚與淀積時(shí)間成正比，均勻性，重復(fù)性好，臺(tái)階覆蓋性?xún)?yōu)良。制備的必要條件1） 在沉積溫度下，反應(yīng)物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當(dāng)?shù)乃俣缺灰敕磻?yīng)室；2） 反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)外，都必須是揮發(fā)性的；3） 沉積薄膜和基體

2、材料必須具有足夠低的蒸氣壓。PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理氣相沉積）的縮寫(xiě)，是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。涂層技術(shù)增強(qiáng)型磁控陰極?。宏帢O弧技術(shù)是在真空條件下，通過(guò)低電壓和高電流將靶材離化成離子狀態(tài)，從而完成薄膜材料的沉積。增強(qiáng)型磁控陰極弧利用電磁場(chǎng)的共同作用，將靶材表面的電弧加以有效地控制，使材料的離化率更高，薄膜性能更加優(yōu)異。過(guò)濾陰極?。哼^(guò)濾陰極電弧(FCA )配有高效的電磁過(guò)濾系統(tǒng)，可將離子源產(chǎn)生的等離子體中的宏觀粒子、

3、離子團(tuán)過(guò)濾干凈，經(jīng)過(guò)磁過(guò)濾后沉積粒子的離化率為100%，并且可以過(guò)濾掉大顆粒， 因此制備的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蝕性能好，與機(jī)體的結(jié)合力很強(qiáng)。磁控濺射：在真空環(huán)境下，通過(guò)電壓和磁場(chǎng)的共同作用，以被離化的惰性氣體離子對(duì)靶材進(jìn)行轟擊，致使靶材以離子、原子或分子的形式被彈出并沉積在基件上形成薄膜。根據(jù)使用的電離電源的不同，導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料均可作為靶材被濺射。離子束DLC：碳?xì)錃怏w在離子源中被離化成等離子體，在電磁場(chǎng)的共同作用下，離子源釋放出碳離子。離子束能量通過(guò)調(diào)整加在等離子體上的電壓來(lái)控制。碳?xì)潆x子束被引到基片上，沉積速度與離子電流密度成正比。星弧涂層的離子束源采用高電壓，因而離子能量更

4、大，使得薄膜與基片結(jié)合力很好；離子電流更大，使得DLC膜的沉積速度更快。離子束技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于可沉積超薄及多層結(jié)構(gòu)，工藝控制精度可達(dá)幾個(gè)埃，并可將工藝過(guò)程中的顆料污染所帶來(lái)的缺陷降至最小。電化學(xué)勢(shì)窗電極的析氧電位與析氫電位的電勢(shì)差值，稱(chēng)為電極的電勢(shì)窗口(Potential Window)。電化學(xué)電位窗口是衡量一個(gè)電極材料的電催化能力的重要指標(biāo)，電化學(xué)窗口越大，特別是陽(yáng)極析氧過(guò)電位越高，對(duì)于在高電位下發(fā)生的氧化反應(yīng)和合成具有強(qiáng)氧化性的中間體更有利。另外，對(duì)于電分析性能來(lái)說(shuō)，因?yàn)殡姌O上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的同時(shí)，還存在著水電解析出氧氣和氫氣的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，若被研究物質(zhì)的氧化電位小于電極的析氧電位或還原電

5、位大于電極的析氫電位，在電極達(dá)到析氧或者析氫電位前，被研究物質(zhì)在陽(yáng)極上得以電催化氧化或者還原，可以較好的分析氧化或還原過(guò)程。但若氧化或還原過(guò)程在電極的電勢(shì)窗口以外發(fā)生，被研究物質(zhì)得到的信息會(huì)受到析氫或析氧的影響，得不到最佳的研究條件甚至根本無(wú)法進(jìn)行研究。類(lèi)金剛石薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與其物理特性 碳有 2 種結(jié)晶態(tài) , 即石墨和金剛石。這2種晶態(tài)表現(xiàn)出 2 種不同的物理特性。石墨結(jié)晶結(jié)構(gòu)是在室溫條件下熱力學(xué)中優(yōu)先生成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。它是一種層狀結(jié)構(gòu) , 其 C 原子 緊密以共價(jià)鍵連接在一個(gè)平面 (稱(chēng)為 SP2 混合鍵) 內(nèi) , 層與層之間的連接很弱。在金剛石中 , 一個(gè) C原子被另外 3 個(gè) C原子所圍繞

6、并形成共價(jià)鍵 (稱(chēng)為 SP3 混合鍵) , 表現(xiàn)出硬 度高的特性 (但其晶體需要在高溫、高壓條件下才能形成) 。因此 , 在溫度不太高的條件 (100 300 ) 下 , 碳離子在基片上形成一種無(wú)定形碳膜 , 其結(jié)構(gòu)含有石墨結(jié)構(gòu)成分(SP2 結(jié)構(gòu)) 和金剛石結(jié)構(gòu)成分 (SP3 結(jié)構(gòu)) ,而 SP2 和 SP3 含量的多少 , 決定其宏觀的物理特性。因此 , SP2 和 SP3 含量的測(cè)試是保證類(lèi)金剛石薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵。Raman 光譜分析法是測(cè)試類(lèi)金剛石薄膜化學(xué)結(jié)構(gòu)的主要方法。美國(guó)學(xué)者 R. E. Shroder 建立了一個(gè)SP2 和 SP3 成分相對(duì)比率喇曼光譜定標(biāo)曲線。 分別用氮化硼 (BN

7、) 和金剛石粉末以及用石墨與金剛石粉末 2 種混合物 , 在嚴(yán)格確定混合粉末成分比例條件下 , 得到了幾組喇曼光譜圖 。隨著石墨與金剛石粉末含量的變化 , 喇曼光譜在 1355cm 處的 D 峰和1580cm 處的 G峰有著明顯的變化 , 其中 D峰代表 SP3 成分的含量 (即金剛石結(jié)構(gòu)的含量) , G峰代表 SP2 成分的含量。由于類(lèi)金剛石薄膜是一種無(wú)定形態(tài)的碳膜, 其 SP2 鍵與SP3 鍵的雜化軌道表現(xiàn)在喇曼光譜在1100cm1700cm 范圍內(nèi)有較寬的展寬。因此, 用上述方法嚴(yán)格定量分析是困難的。有些學(xué)者提出, 用喇曼光譜中 G峰向 D 峰方向的位移量計(jì)算 SP2 與 SP3 含量的

8、相對(duì)比率 。測(cè)量方法循環(huán)伏安法（背景電流）是一種常用的 HYPERLINK /doc/4328393.html t _blank 電化學(xué)研究方法。該法控制 HYPERLINK /doc/1178317.html t _blank 電極電勢(shì)以不同的速率，隨時(shí)間以三角波形一次或多次反復(fù) HYPERLINK /doc/5407385.html t _blank 掃描，電勢(shì)范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的還原和氧化反應(yīng)，并記錄電流-電勢(shì)曲線。主要用于判斷電極表面微觀反應(yīng)過(guò)程，電極反應(yīng)的可逆性、作為無(wú)機(jī)制備反應(yīng)“摸條件”等。循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry)一種常用的電化學(xué)研究方法。該法控

9、制電極電勢(shì)以不同的速率，隨時(shí)間以三角波形一次或多次反復(fù)掃描，電勢(shì)范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的還原和 HYPERLINK /doc/5937006.html t _blank 氧化反應(yīng)，并記錄電流-電勢(shì)曲線。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。常用來(lái)測(cè)量電極反應(yīng)參數(shù)，判斷其控制步驟和反應(yīng)機(jī)理，并觀察整個(gè)電勢(shì)掃描范圍內(nèi)可發(fā)生哪些反應(yīng)，及其性質(zhì)如何。對(duì)于一個(gè)新的電化學(xué)體系，首選的研究方法往往就是循環(huán)伏安法，可稱(chēng)之為“電化學(xué)的譜圖”。本法除了使用汞電極外，還可以用鉑、金、玻璃碳、碳纖維微電極以及化學(xué)修飾電極等。循環(huán)伏安法是改變電位以得

10、到氧化還原電流方向之方法。主要是以施加一循環(huán)電位的方式來(lái)進(jìn)行，從一起始電位以固定速率施加到一終點(diǎn)電位，再以相同速率改變回起始電位，此為一個(gè)循環(huán)，可繪制一可逆氧化反應(yīng)物分析所得的CV圖，當(dāng)從低電位往高電位掃描時(shí)，會(huì)使分析物產(chǎn)生一氧化電流的氧化峰（anodic peak），此CV圖可幫助我們判斷在何種電位時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)線性掃描伏安法（電催化特性；曲線中，峰值尖銳電壓區(qū)間小，電流值大，效果好）linear sweep voltammetry；LSV 一種伏安法技術(shù)。將線性電位掃描(電位與時(shí)間為線性關(guān)系)施加于電解池的工作電極和輔助電極之間。工作電極是可極化的 HYPERLINK /doc/6236

11、119.html t _blank 微電極，如滴 HYPERLINK /doc/1588666.html t _blank 汞電極、 HYPERLINK /doc/1126474.html t _blank 靜汞電極或其他固體電極；而 HYPERLINK /doc/3823491.html t _blank 輔助電極和 HYPERLINK /doc/6398651.html t _blank 參比電極則具有相對(duì)大的表面積，是不可極化的。常用的電位 HYPERLINK /doc/348478.html t _blank 掃描速率介于000101Vs?？蓡未螔呙杌蚨啻螔呙琛８鶕?jù)電流-電位曲線測(cè)得的

12、峰電流與被測(cè)物的濃度呈 HYPERLINK /doc/5974240.html t _blank 線性關(guān)系，可作定量分析，更適合于有吸附性物質(zhì)的測(cè)定。交流阻抗（測(cè)量表面吸附量）交流阻抗也叫做電化學(xué)阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，簡(jiǎn)寫(xiě)為EIS)，早期的電化學(xué)文獻(xiàn)中稱(chēng)為交流阻抗(ACImpedance)。阻抗測(cè)量原本是電學(xué)中研究線性電路網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性的一種方法，引用到研究電極過(guò)程，成了電化學(xué)研究中的一種實(shí)驗(yàn)方法。交流阻抗法就是以不同頻率的小幅值正弦波擾動(dòng)信號(hào)作用于電極系統(tǒng)，由電極系統(tǒng)的響應(yīng)與擾動(dòng) HYPERLINK /doc/5419011.html t _blank 信號(hào)之間的關(guān)系得到的電極阻抗，推測(cè)電極的等效電路，進(jìn)而可以分