Introduction
1. Technologie de dépôt chimique en phase vapeur de composés organométalliques (MOCVD)
MOCVD est une méthode de dépôt chimique en phase vapeur qui utilise des composés organométalliques facilement décomposables et volatils à basse température comme source de matériau, principalement utilisée pour la croissance en phase vapeur de composéssemi-conducteurs. Par rapport au CVD traditionnel, le MOCVD a une température de dépôt relativement plus basse et peut déposer des surfaces structurées spéciales telles que des couches ultra-minces ou même des couches atomiques, permettant le dépôt de différents films minces sur différentes surfaces de substrat. Par conséquent, il présente une valeur d'application élevée pour les substrats qui ne peuvent pas résister aux températures élevées du CVD conventionnel et nécessitent l'utilisation de substrats à température moyenne à basse, tels que l'acier. De plus, le SiO2 polycristallin développé par la technologie MOCVD est un bon matériau conducteur transparent, et les films cristallins de TiO2 obtenus par MOCVD ont également été utilisés dans les couches antireflet, la photoélectrolyse de l'eau et la photocatalyse decellules solairesLa nouvelle application la plus intéressante de la technologie MOCVD est la préparation de nouveaux films minces en céramique d’oxyde supraconducteur à haute température.
2. Dépôt chimique en phase vapeur par plasma (PCVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, également connu sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, est un procédé qui utilise du plasma à basse température généré par décharge luminescente de gaz pour améliorer l'activité chimique des réactifs, favoriser les réactions chimiques entre les gaz et déposer des revêtements de haute qualité à des températures plus basses.
Actuellement, le PCVD est principalement utilisé sur des substrats tels que les métaux, les céramiques et le verre comme films protecteurs, films de renforcement, films de modification et films fonctionnels. Le nouveau progrès important dans son application est le dépôt de films de carbone de type diamant, qui sont généralement préparés en combinant la décomposition de gaz d'hydrocarbures par plasma radiofréquence et le dépôt par faisceau ionique. Ces films céramiques ont des perspectives d'application uniques dans les domaines des revêtements résistants à l'usure pour les outils de coupe, les réflecteurs laser,films de fibres optiques, etc.
3. Dépôt chimique en phase vapeur par laser (LCVD)
Le LCVD est une méthode de dépôt de couches minces qui utilise l'énergie photonique d'un faisceau laser pour exciter et favoriser les réactions chimiques pendant le processus de dépôt chimique en phase vapeur. À l'heure actuelle, la technologie LCVD est largement utilisée danslithographie laser, correction de masques de circuits intégrés à grande échelle, dépôt par évaporation laser et métallisation. La méthode LCVD pour les films de nitrure de silicium a atteint le niveau d'application industrielle, avec une dureté moyenne allant jusqu'à 2200HK.
4. Dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD)
La plage de pression du LPCVD est généralement comprise entre 1 × 104 et 4 × 104 Pa. En raison de l'augmentation du libre parcours moyen des molécules sous basse pression, le taux de transfert de masse des réactifs gazeux et des sous-produits est accéléré, ce qui accélère la vitesse de réaction de formation des matériaux de film mince déposés. Parallèlement, la distribution inégale des molécules de gaz peut être éliminée en peu de temps, ce qui permet la croissance de films minces d'épaisseur uniforme. De plus, lors du transport des molécules de gaz, les molécules réactives participant aux réactions chimiques absorbent une certaine quantité d'énergie à une certaine température, ce qui active ces molécules et les met dans un état activé. Cela facilite la survenue de réactions chimiques entre les molécules de gaz réactif participant aux réactions chimiques, ce qui signifie que le taux de dépôt du LPCVD est relativement élevé. Cette méthode peut être utilisée pour déposer du silicium polycristallin, du nitrure de silicium, du dioxyde de silicium, etc.
5. Dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide (UHVCVD)
Dans une autre direction de développement du CVD, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous vide ultra-élevé (UHVCVD) a vu le jour. Sa température de croissance est basse (2 degrés), mais elle nécessite un degré de vide inférieur à 1,33 × 5 Pa. La conception et la fabrication du système sont plus faciles que l'épitaxie par jets moléculaires (MBE), et son avantage est la possibilité de réaliser une croissance multi-plaquettes. La conception et la fabrication du système de réaction ne sont pas non plus difficiles. Contrairement à l'épitaxie traditionnelle, cette technique utilise une croissance à basse tension et à basse température, ce qui la rend particulièrement adaptée au dépôt de matériaux semi-conducteurs tels que Sn:Si, Sn:Ge, Si:C, Gex:Si1-x, etc.
6. Dépôt chimique en phase vapeur par ultrasons (UWCVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur par ultrasons est né de la recherche de sources d'énergie à haute énergie qui initient le dépôt chimique en phase vapeur sous une forme de rayonnement différente des ondes électromagnétiques. Les ondes ultrasonores peuvent améliorer le taux de dépôt du dépôt chimique en phase vapeur et former des films de dépôt lisses et uniformes que le dépôt chimique en phase vapeur traditionnel ne peut pas obtenir. Selon les rapports pertinents, l'ajustement approprié de la fréquence et de la puissance des ultrasons peut affiner la taille des grains, améliorer la résistance et la ténacité des films déposés par dépôt chimique en phase vapeur, améliorer l'adhérence entre les films déposés et les substrats et donner aux films déposés une forte directivité.
En raison des avantages de l'UWCVD qui ne peuvent pas être obtenus par certaines autres méthodes CVD, tels que la structure du film déposé fine et dense, la forte adhérence entre le film déposé et le substrat, et la bonne résistance et ténacité du film déposé, il est nécessaire d'explorer et d'étudier ce nouveau procédé, et il est également possible de l'appliquer efficacement à la production industrielle.
Application
1. Revêtement protecteur
Les matériaux utilisés dans de nombreux environnements spéciaux nécessitent souvent une protection par revêtement pour assurer des fonctions telles que la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, la résistance à l'oxydation à haute température et la résistance aux radiations. TiN, TiC, Ti (C, N) et d'autres films minces préparés par la méthode CVD ont une dureté et une résistance à l'usure élevées. Le revêtement d'un film TiN de seulement 1-3 µm sur la surface de coupe de l'outil peut augmenter sa durée de vie de plus de trois fois. Et d'autres oxydes métalliques, carbures, nitrures, siliciures, phosphures, nitrure de bore cubique, films de carbone de type diamant, ainsi que divers films composites, présentent également une excellente résistance à l'usure. De plus, la résistance à la corrosion de Al2O3, TiN et d'autres films minces obtenus par dépôt est très bonne, tandis que la résistance à la corrosion des films amorphes contenant du chrome est encore plus élevée. Les composés à base de silicium tels que SiC, Si3N4, MoSi2, etc. sont d'importants revêtements résistants à l'oxydation à haute température, qui génèrent des films SiO2 denses sur la surface et peuvent résister à l'oxydation à 1400-1600 degré.
2. Technologie de la microélectronique
Dans le processus de fabrication de base des dispositifs semi-conducteurs et des circuits intégrés, les étapes principales comprennent la croissance épitaxiale des films semi-conducteurs, la formation d'éléments de diffusion à jonction pn, l'isolation diélectrique, le dépôt de masques de diffusion et de films métalliques. Le dépôt chimique en phase vapeur a progressivement remplacé les anciens procédés tels que l'oxydation à haute température et la diffusion du silicium dans la préparation de ces couches de matériaux, et occupe une position dominante dans la technologie microélectronique moderne. Dans la production de circuits intégrés à très grande échelle, le dépôt chimique en phase vapeur peut être utilisé pour déposer des films de silicium polycristallin, des films de tungstène, des films d'aluminium, des siliciures métalliques, des films d'oxyde de silicium et des films de nitrure de silicium. Ces matériaux à couche mince peuvent être utilisés comme électrodes de grille, films isolants intercouches pour le câblage multicouche, câblage métallique, résistances et matériaux de dissipation thermique.
3. Technologie supraconductrice
La préparation CVD de matériaux supraconducteurs a été inventée par Radio Corporation of America (RCA) dans les années 1960. La bande supraconductrice basse température Nb3Sn produite par dépôt chimique en phase vapeur présente un revêtement dense, un contrôle facile de l'épaisseur et de bonnes propriétés mécaniques. C'est actuellement le meilleur matériau pour la cuisson de petits aimants à champ élevé.
4. Utilisation de l’énergie solaire
L'énergie solaire est une source d'énergie inépuisable, et l'utilisation de la fonction de conversion photoélectrique des matériaux inorganiques pour fabriquer des cellules solaires est un moyen important d'exploiter l'énergie solaire. À l'heure actuelle, la technologie CVD, y compris les procédés LPCVD et PCVD, est couramment utilisée pour préparer des batteries à couches minces en silicium polycristallin. Les essais de production réussis de cellules à homojonction en arséniure de silicium et de gallium, ainsi que de diverses cellules solaires à hétérojonction fabriquées à partir de semi-conducteurs II-V et I-VI, tels que SiO2/Si, GaAs/GaAlAs, CdTe/CdS, etc., sont presque toutes fabriquées sous forme de couches minces, et le dépôt en phase vapeur est leur principale technologie de préparation.
5. Production de moustaches
Les whiskers sont un type de monocristal en développement qui joue un rôle important dans le domaine des matériaux composites et peut être utilisé pour produire de nouveaux types de matériaux composites. La méthode de dépôt chimique en phase vapeur utilise les propriétés de réduction de l'hydrogène des halogénures métalliques dans la production de whiskers cristallins. Le dépôt chimique en phase vapeur peut non seulement préparer divers whiskers métalliques, mais également produire des whiskers composés tels que des whiskers d'alumine, de diamant, de carbure de titane, etc.
6. Préparation de films minces de métaux précieux
Les films minces de métaux précieux ont suscité l'intérêt des chercheurs en raison de leur excellente résistance à l'oxydation, de leur conductivité élevée, de leur forte activité catalytique et de leur extrême stabilité. Par rapport aux autres méthodes de production de films minces de métaux précieux, le dépôt chimique en phase vapeur présente davantage d'avantages techniques, de sorte que la plupart des méthodes de préparation de films minces de métaux précieux utilisent cette méthode. Les types de matériaux de dépôt utilisés pour le dépôt de films minces de métaux précieux sont relativement larges, mais la plupart d'entre eux sont des halogénures et des composés organiques d'éléments de métaux précieux, tels que Cl3Ir, COCl2, chlorure de platine, chlorure d'iridium, composés DCPD, composés C5H2F6O2 ou C5H5F3O2, C15H21IrO6 et C10H14O4Pt, etc.
