رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار

رسوب‌دهی شیمیایی از فاز بخار (Chemical Vapor Deposition) از ابتدا به عنوان یک راه مؤثر برای ساخت طیف وسیعی از قطعات و محصولات، به عنوان یک فرآیند تولید جدید در چندین بخش صنعتی شامل صنعت نیمه‌هادی، صنعت سرامیک و غیره توسعه داده شده است. روش فوق، بر اثر تلاش زیاد محققان دانشگاهی و صنعت در واحدهای تحقیق و توسعه از گستره اولیه خود در صنایع نیمه‌هادی و میکروالکترونیک بسیار فراتر رفته است. از دلایل توسعه‌پذیر بودن روش‌های CVD می‎توان به توانایی تولید لایه‎هایی با تنوع زیاد، پوشش فلزات، نیمه‌رساناها و ساخت لایه‌هایی با ترکیبات آلی و غیرآلی اشاره کرد. لایه‎های ایجاد شده معمولاً در شکل بلوری یا شیشه‎ای (آمورف) و با کنترل خواص مطلوب به دست می‌آیند.

رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار

 اساس روش CVD

در ساده‎ترین صورت آن،  CVDشامل جریان گاز یا گازهای پیش‌ماده در یک محفظه (Chamber) است. در محفظه فوق یک یا چند سطح گرم که قرار است پوشش‌دهی شوند، وجود دارد. در این روش، واکنش‌های شیمیایی بر روی (یا در نزدیکی) سطوح داغ رخ می‎دهد. در نتیجه رسوب به صورت یک فیلم نازک بر روی سطح به وجود می‎آید. این فرآیند منجر به تولید مواد شیمیایی می‎شود. همچنین مواد زائد و محصولات جانبی نیز به وجود می‎آیند که از محفظه، همراه با گازهای پیش‎ماده که واکنش نداده‎اند، خارج می‌شود. رسوب‎دهی به طور معمول در دماهای حدود 1000 درجه سانتیگراد انجام می‎پذیرد. برخلاف رسوب‌دهی فیزیکی از فاز بخار (PVD) که فرایندهایی مانند تبخیر، پراکنش و تصعید را شامل می‌شود، روش CVD دربرگیرنده تغییرات (واکنش‎های شیمیایی) در پیش‎ماده است.

شکل زیر مثال نوعی از سیستم CVD است، که در آن گازهای واکنش‌دهنده، که به طور معمول گازهای پیش‎ماده گفته می‌شود، در دمای مناسب وارد محفظه واکنش می‎شوند. همان‌طور که گازها از راکتور می‎گذرند، گازها در تماس با بستر (substrate) داغ قرار می‌گیرند؛ سپس واکنش می‎دهند و یک لایه جامد بر روی بستر رسوب داده می‎شود. معمولاً از یک گاز خنثی مانند آرگون (Ar) به عنوان رقیق‌کننده استفاده می‌شود. دما و فشار رسوب‌دهی دو عامل محدودکننده هستند. در انتهای واکنش، گازهای خروجی شامل HCl توسط NaOH به دام انداخته می‌شوند و قبل از خروج به اتمسفر توسط N2 متراکم می‎شوند.

بنابراین CVD یک نام عمومی برای گروهی از فرایندهاست که شامل ایجاد یک لایه نازک توسط واکنش شیمیایی و رسوب‌دهی لایه جامد بر روی بستر می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت در حین فرایند CVD مراحل زیر اتفاق می‌افتند:

  1. حمل و نقل جرم‎گونه‎های گازی واکنش‎دهنده به مجاورت بستر؛
  2. انتشار (Diffusion) گونه‌های واکنش‎دهنده از طریق لایه مرزی به سطح بستر یا واکنش‌های شیمیایی همگن برای تشکیل گونه‌های حد واسط؛
  3. جذب گونه‎های واکنش‎دهنده یا حد واسط بر روی سطح بستر؛
  4. مهاجرت سطحی، واکنش ناهمگن، ورود اتم (پوشش‌دهی) به سطح در حال رشد و تشکیل محصولات جانبی؛
  5. دفع محصولات جانبی در واکنش سطحی؛
  6. نفوذ محصولات جانبی به توده گاز؛
  7. انتقال محصولات جانبی به خارج از محیط واکنش.

مزایا و معایب روش CVD

مانند سایر روش‌ها، CVD دارای مزایایی است که مواردی در ذیل آورده شده‎اند:

  1. فیلم‌های تشکیل شده با روش CVD به طور معمول منسجم هستند بدین معنی که ضخامت لایه در تمامی نقاط قابل مقایسه و یکنواخت است.
  2. توانایی رسوب گستره وسیعی از مواد.
  3. رسوب‌دهی مواد قابل رسوب با درجه خلوص بسیار بالا.
  4. سرعت رسوب‎دهی مواد، نسبتاً بالا است.
  5. نیاز نداشتن به شکست خلأ برای رسوب لایه‌های مختلف.
  6. این روش توانایی کنترل ساختار کریستال، مورفولوژی سطح، استوکیومتری و جهت‌دهی رسوب را دارد.

البته قابل ذکراست که این روش دارای معایبی نیز هست:

  1. این روش ایمنی کمی دارد و پیش‎ماده‎ها گاه آلاینده یا انفجارپذیر هستند.
  2. هیدرات‌ها و کربونیل‎ها سمی هستند (برای تولید ترکیبات فرار).
  3. مواد آلی فلزی در تماس با هوا آتش‎گیر هستند.
  4. تولید لایه‎هایی با خلوص بالا، نیازمند هزینه بالایی است.
انتشار: بروزرسانی: 15 آذر 1398 شناسه مطلب: 24

دیدگاه های مرتبط با "رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید