化学气相沉积法课件

化学气相沉积法化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯制备石墨烯化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯1化学气相沉积化学气相沉积（CVD)利用气态或蒸汽态的物质在热固表面上反应形成沉积物的过程气相生长技术气相生长技术化学气相沉积（CVD)利用气态或蒸汽态2CVD反应体系应满足的条件：反应体系应满足的条件：D反应体系应满足的条件：反应体系应满足的条件：在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压力，要保证能以适当的速率被引入反应室A反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液体或固态物质，反应易于生成所需要的沉积物，其他反应产物保留在气相中排除或易于分离B沉积薄膜本身必须具备足够低的蒸汽压，以保证在整个沉积反应过程中都能在受热基体上进行；基体材料在沉积温度下的蒸汽压也必须足够低CCVD反应体系应满足的条件：D反应体系应满足的条件：A反应原31反应剂在主气反应剂在主气流中越过边界流中越过边界层向基体材料层向基体材料表面扩散表面扩散2化学反应剂被化学反应剂被吸附在基体材吸附在基体材料的表面并进料的表面并进行反应行反应3化学反应生成化学反应生成的固态物质在的固态物质在基体表面成核，基体表面成核，生长成薄膜生长成薄膜4反应后的气相物反应后的气相物质离开基体材料质离开基体材料表面，扩散回边表面，扩散回边界层，随运输气界层，随运输气体排出反应室体排出反应室CVD反应过程的主要步骤反应过程的主要步骤1反应剂在主气流中越过边界层向基体材料表面扩散2化学反应剂被4CVD技术在无机合成时的特点技术在无机合成时的特点不改变固体基底的形状，保形性 可利用CVD技术对道具表面进行涂层处理，也可应用于超大规模集成电路制造工艺中。可以得到单一的无机合成物质 作为原料可以制备出更多产品可以得到特定形状的游离沉积物器具 制造碳化硅器皿和金刚石薄膜部件可以沉积生成晶体或细分状物质 可以用来生成超微粉体，在特定的工艺条件下可以生产纳米级的超细粉末CVD技术在无机合成时的特点不改变固体基底的形状，保形性 501020304 热壁低压化学气相沉积LPCVD金属有机化学气相沉积MOCVD等离子体化学气相沉积PECVD 激光化学气相沉积LCVDCVD技术的分类技术的分类01020304 热壁低压化学气相沉积LPCVD金属有机化6CVD装置装置 CVD装置由气源控制部件、沉积反应室、沉积控温部件，真空排气和压强控制部件组成出现于20世纪70年代末，被誉为集成电路制造工艺中的一项重大突破CVD装置 CVD装置由气源控制部件、沉积反应室、7石墨烯石墨烯 石墨烯是由石墨烯是由sp2杂杂化化的的碳碳原原子子键键合合而而成成的的具具有有六六边边形形蜂蜂窝窝状状晶晶格格结结构构的二维原子晶体的二维原子晶体石墨烯的主要制备方法：微机械剥离法 SiC外延生长法 化学氧化还原法 化学气相沉积法石墨烯 石墨烯是由石墨烯的主要制备方法：微机械剥离法 8利用甲烷等含碳化合物作为碳源,通过其在基体表面的高温分解生长石墨烯。CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯利用甲烷等含碳化合物作为碳源,通过其在基体表面的高温分解生9渗碳析碳机制：渗碳析碳机制：对于镍等具有较高溶碳量的金属基体，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内，在降温时再从其内部析出成核，最终生长成石墨烯。CVD法生长石墨烯的(a)渗碳析碳机制与(b)表面生长机制示意图CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯表面生长机制：表面生长机制：对于铜等具有较低溶碳量的金属基体，在高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附于金属表面，进而成核生长成石墨烯薄膜。渗碳析碳机制：对于镍等具有较高溶碳量的金属10 石墨烯的 生长主要涉及三个方面：碳源、生长基体和生长条件碳源、生长基体和生长条件CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯 石墨烯的 生长主要涉及三个方面：碳源、生长基体和生11CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯 碳源碳源烯烯目前生长石墨烯的碳源主要是烃类气体,如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等选择碳源需要考虑的因素主要有烃类气体的分解温度、分解速度和分解产物等。碳源的选择在很大程度上决定了生长温度 CVD 法制备石墨烯 碳源烯目前生长石墨烯12CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯 生长基体生长基体烯烯目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜。选择的主要依据有金属的熔点、溶碳量以及是否有稳定的金属碳化物等。金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长质量。CVD 法制备石墨烯 生长基体烯目前使用的13CVD 法制备石墨烯法制备石墨烯 生长条件生长条件烯烯从气压的角度可分为常压、低压(105 Pa 10-3Pa)和超低压(800)、中温(600 800)和低温(600)。CVD 法制备石墨烯 生长条件烯从气压的角14THANKSTHANKS15