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化学气相淀积与薄膜工艺 Chemical Vapor Deposition & Thin Film Technology

化学气相淀积与薄膜工艺 Chemical Vapor Deposition & Thin Film Technology. 孟广耀 Tel:3603234 Fax:3607627 mgym@ustc.edu.cn 中国科学技术大学 材料科学与工程系 固体化学与无机膜研究所. Ch.1 绪论； 化学气相淀积（ CVD） － 一个重要的科学技术领域. 1 。 1 化学气相淀积（ CVD）: 概念、定义及其基本特点 1 。 2 学科与技术范围 1 。 3 CVD 与新材料 1 。 4 CVD 与高新技术 1 。 5 本课程的内容 1 。 6 主要参考

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化学气相淀积与薄膜工艺 Chemical Vapor Deposition & Thin Film Technology

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  1. 化学气相淀积与薄膜工艺Chemical Vapor Deposition & Thin Film Technology 孟广耀 Tel:3603234 Fax:3607627 mgym@ustc.edu.cn 中国科学技术大学 材料科学与工程系 固体化学与无机膜研究所

  2. Ch.1绪论；化学气相淀积（CVD）－ 一个重要的科学技术领域 1。1 化学气相淀积（CVD）: 概念、定义及其基本特点 1。2 学科与技术范围 1。3 CVD与新材料 1。4 CVD 与高新技术 1。5 本课程的内容 1。6 主要参考 1。7 教学方式与考核

  3. 1。1 化学气相淀积（CVD）:概念、定义及其基本特点 定义：CVD是通过气态物质在气相或气/固界面上发生反 应生成固态材料的过程 突出的特点－ ★原子、分子水平上化学合成材料 － 高度适应性和创新性 ★ 高纯度材料 － 基于CVD源可以通过气相过程得到高纯度 ★组成和结构可控性 － 制备工艺重现性 ★广泛的适应性与多用性 ★材料制备与器件制作的一致性 ★设备较简单、操作简易、易于实现文集自动控制…

  4. 氯硅烷氢还原法生产多晶硅装置简图[172] SiHCl3+H2=Si+3HCl

  5. 气相输运 薄膜生长 纳米粉制备 前驱物/源 挥发 气态源 载气 液态源 前驱物气体 载气 固态源 衬底 托架 卧式反应器 前驱物气体 衬底 立式反应器

  6. MOCVD Growth Ga(CH3)3 + AsH3  3CH4 + GaAs Ref: Yu-Cardona

  7. 1.2 CVD:学科与技术范围 ♣CVD过程中的化学反应－ CVD化学原理 ♣源的化学合成 ♣ 源的提供－ 气相质量输运与流体力学 ♣ CVD系统的热力学 － 目标产物的形成 ♣ CVD过程动力学与生长机制 ♣ CVD 掺杂生长与材料层的物性 ♣ 衬底材料与生长层的相合作用 ♣ CVD系统设计（反应、源区设置、反应器。。。） ♣ CVD技术的发展与集成

  8. 1.3 CVD 与 新材料 ♣ 物质的合成与纯化 ♣ 超微（纳米）粉体 ♣ 研制无机新晶体 ♣ 单晶膜的外延生长 ♣ 制备多晶陶瓷膜 ♣ 制备非晶（玻璃）或无定形膜 ♣ 晶须和其它一维材料的制备 ♣ 复合材料的合成 ♣ 。。。。。。

  9. 1.4 CVD 与高新技术 ♣ 微电子性工艺－大规模集成电路技术 ♣ 半导体光电技术 ♣ 信息技术与光纤通讯－信息高速公路 ♣ 新能源：太阳能利用，燃料电池 ♣ 超导技术 ♣ 传感器技术 ♣ 保护涂层技术 CVD技术也随着高新技术的发展的要求而发展

  10. 中国科技大学国体化学与无机膜研究所研制经历（研究课题） 中国科技大学国体化学与无机膜研究所研制经历（研究课题） ★硅烷热解法（CVD）高纯硅材料的制备（1970－1972） ★GaN发光薄膜和器件（卤化物法CVD， 1975－1985） ★气敏半导体材料的合成：（RF）PCVD（1979－1986） ★微波等离子体CVD法非晶硅太阳电池膜（1985－1987） ★微波等离子体CVD法金刚石薄膜（1986－1988） ★PCVD法制备YSZ氧离子体薄膜（1987－1990） ★ MOCVD法研制YBCO高温超导薄膜（1988－1992） ★化学喷雾热解法制备YBCO薄膜（1988-1989） ★ CVD 法制备SnO2超细粉（1990-1995） ★氮化铝陶瓷膜的微波等离子体CVD合成（1993-1995） ★氧化物纳米微孔膜CVD缩孔与改性（1994-1996） ★ 质子导体纳米膜的CV D制备与性能（1995-1997） ★无机膜的软化学合成与传质过程（1997-2000） ★薄膜化SOFC的气溶胶CVD制备研究（2000－2002） ★ 脉冲气溶胶CVD制备功能氧化物多层膜（2003－2005）

  11. 本实验室研究基础和技术性积累 ★本实验室先后承担过的有关CVD的研究课题如下： ●CVD法GaN发光材料薄膜研制（1975-85）中科院院内合作项目 ●新型氧离子导体材料和氧传感器研制（84-87）国家自然科学基金 ●金属有机化合物热解行为和MOCVD（86-89）高技术新材料探索课题 ●氧化物高温超导薄膜的MOCVD法研制（88-90）国家超导攻关项目 ●化学喷雾热解法制备YBCO薄膜（88-89）国家自然科学基金 ●CVD 法制备气敏材料 SnO2超细粉（90-95） 八五科技攻关项目 ●氮化铝陶瓷膜的微波等离子体CVD合成（93-95）国家自然科学基金 ●氧化物纳米微孔膜CVD缩孔与改性（94-96）国家自然科学基金 ●质子导体纳米膜的CV D制备与性能（95-97）国家自然科学基金 ●无机膜的软化学合成与传质过程（97-2000）国家自然科学基金 重点项目 ●薄膜化SOFC新颖CVD制备技术研究（2000-2002）国家自然科学基金 ●新颖脉冲式气溶胶等离子体MOCVD制备功能陶瓷薄膜（2003-2005）国家自然科学基金

  12. ★所涉及的材料体系：III-V族化合物半导体（GaN，AlN）、非晶硅、金刚石、气敏半导体、高温超导体、透氢钯合金膜、氧化物质子导电膜、氧离子传输导电膜、燃料电池部件材料、无机分离膜材料★所涉及的材料体系：III-V族化合物半导体（GaN，AlN）、非晶硅、金刚石、气敏半导体、高温超导体、透氢钯合金膜、氧化物质子导电膜、氧离子传输导电膜、燃料电池部件材料、无机分离膜材料 ♣发表CVD方面的研究论文超过80篇，专著1，申报专利3件 ♣以CVD为研究课题的研究生约25名，其中博士学位10人 ♣研究生课程：CVD化学与薄膜工艺，20余年，> 500 人 ★与本申请项目直接相关的知识及技术性积累还包括： 等离子体辅助的CVD技术（RF-CVD，微波PCVD，WM-MOCVD) 发展了以金属b-二酮螯合物为前驱物的MOCVD技术，成功制备YBCO超导薄膜，率先申报了专利（专利88100403.0已授权） 发展了单一固体混合源MOCVD技术(专利96102145。4，已授权） 发展了气溶胶辅助的CVD 和MOCVD技术(申请号99124638.1） 自行合成了十多种金属b－二酮螯合物，作为MOCVD前驱物

  13. 本实验室毕业从事CVD技术工作的部分研究生 • 宋海政（Ph。D，2000－2003） 现在日本东京大学， 博士后研究 • 王怀兵（Ph。D，1999－2001）深圳某公司，GaN开发主管 • 潘铭（Ph。D，1996－1999）美国Georgia－Tech，实验室负责 • 黄磊（Ph。D，1997－2000）新加坡国立大学 • 王显东（M.S，1987－1990）吉利刀片CVD改性， 课题负责 • 曹传宝（Ph。D，1987－1992）北京理工大学博导 • 袁志好（M。S，1987－1989）天津理工大学特聘教授 • 王春林 （B。S，M。S，1980－1988）美国Austin某公司技术主管

  14. 1.5 本课程的内容 第一章 绪论 第二章 CVD的一般化学原理和技术 第三章 CVD系统中气相化学输运 第四章 CVD体系的热力学 第五章 淀积过程动力学与机理 第六章 表面过程机理 第七章 影响淀积层质量的因素 第八章 化学气相淀积与新材料、新技术 §8.1化学气相淀积和新技术(讲座 1） §8.2 化学气相淀积和新技术(讲座 2）-. §8.3 CVD工艺的设计和实践 §8.4 CVD新进展（讲座3）

  15. 1.6 主要参考书目和资料 【1】孟广耀编著，化学气相淀积与无机新材料，科学出版社，北京， 1984 【2】M.Konuma, Film Deposition by Plasma Technique, Springer-Verlag,. N.Y., 1992 【3】Jone W. Hastie “High Temperature Vapor-Science and Technology” , Academic Press New York,1975 【4】C.H.L.Goodman(ed)“Crystal Growth Theory and Techniques”,Vol.1,Plenum Press,N.Y.,1974 【5】Arthur Sherman, “Chemical Vapor Deposition for Microelectronics, (1987) 【6】 Francis S. Galasso, “Chemical Vapor Deposited Materials” CRC Press (1991) 【7】历届国际CVD会议， 国际MOCVD会议 历届国际气相生长和外延会议; 欧洲CVD系列会议 【8】中英文参考文献

  16. 1.7 教学方式与考核 1。讲授： 基本原理和处理方法 2。技术性讲座（3次） 3。实验室参观（与讲座相结合） 4。阅读文献和讨论 按内容分组，推举报告人，讨论 5。期终考试

  17. ♣ 微电子性工艺－大规模集成电路技术 ♣ 半导体光电技术（GaN 发光材料） ♣ 信息技术与光纤通讯－信息高速公路 ♣ 新能源：太阳能利用，燃料电池（SOFCs) ♣ 超导技术(高温超导体） ♣ 传感器技术 ♣ 保护涂层技术（金刚石薄膜）

  18. 课程论文选题参考 （一）按科学问题命题 ★ 复杂反应CVD过程热力学分析的近期进展 ★化学输运反应CVD 的新近发展 ★开管气流系统CVD的流体力学分析和反应器设计 ★ CVD过程表面生长动力学模型的新进展 ★ CVD 过程动力学的实验研究 ★ CVD中的V-L-S机制及应用 ★ CVD 过程中衬底与生长层的相互作用研究进展 ★ CVD 系统中的成核理论的研究 ★化学气相淀积的掺杂行为: 掺杂过程的热力学, 动力学和机理 ★ CVD 过程表面形貌和生长动力学 ★ CVD 法合成纳米粉体材料的学科问题 ★等离子体CVD体系中的新颖学科问题 ★ CVD 技术用源物质的研究 ★ CVD 用的新型先躯物（源物质） - 金属的β二酮类螯合物 ★ CVD 领域的若干新近进展

  19. （二）按具体材料研究来命题 ★ CVD 技术研制氮化镓发光材料的进展 ★ CVD 法在金属基底上制备陶瓷保护涂层（TiCx， TiN，BCx，。。。） ★ CVD技术合成金属晶须的发展（选其中的一种或多种） ★ CVD 法研制宽禁带材料SiC（或Si3N4） ★ CVD 法金刚石薄膜 。。。。。。 （三）从CVD在某个领域的应用命题 ★化学气相淀积和新技术和微电子学工艺 ★ CVD与半导体光电技术 ★ CVD与太阳能利用 ★ CVD与高分子材料 ★ CVD与光纤通讯 ★ CVD与超电导技术 ★ CVD与保护涂层 ★ CVD 与航空、航天技术

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