化學氣相沉積設備運作原理、優缺點與應用一次了解

 

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化學氣相沉積的優缺點與應用

2023年08月電子報

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　　 化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）是一種常見的薄膜成長技術，通常用於固體表面上製造具有特定性質和厚度的薄膜。使用化學氣相沉積設備的過程涉及將氣態前體化學物質輸送到基板表面，然後使其在基板表面上發生化學反應，形成所需的薄膜。這些前體物質可以是氣體或揮發性液體，並在高溫環境下進行反應。本文將深入探討化學氣相沉積(CVD)的運作原理、其優勢和限制，同時也會介紹相關的化學氣相沉積設備。

 

◉化學氣相沉積設備CVD的基本原理

　　化學氣相沉積設備的基本原理包括以下步驟：

• 氣體傳輸：氣體前體被通入反應室，通常與載氣（inert carrier gas）混合，以確保均勻的沉積。
• 表面吸附：氣體前體被吸附在基板表面上。
• 化學反應：在基板表面上，氣體前體發生化學反應，生成沉積物。
• 產物脫附：副產物被從基板表面脫附，同時可通入新的氣體前體進行更多的沉積。

◉化學氣相沉積設備CVD的優點

• 均勻性：CVD技術可以在整個基板表面均勻地沉積薄膜，使其非常適合大面積製造。
• 控制性：通過控制前體物質的供應和反應條件，可以調整薄膜的成分、厚度和結構，實現高度可控性。
• 晶體品質：由於高溫下的沉積，CVD薄膜通常具有較好的結晶品質，使其在半導體和光電行業中廣泛應用。
• 無需昂貴的設備：相對於其他薄膜成長技術，CVD所需的設備相對簡單，使其成本較低。

◉化學氣相沉積設備CVD的優點

• 均勻性：CVD技術可以在整個基板表面均勻地沉積薄膜，使其非常適合大面積製造。
• 控制性：通過控制前體物質的供應和反應條件，可以調整薄膜的成分、厚度和結構，實現高度可控性。
• 晶體品質：由於高溫下的沉積，CVD薄膜通常具有較好的結晶品質，使其在半導體和光電行業中廣泛應用。
• 無需昂貴的設備：相對於其他薄膜成長技術，CVD所需的設備相對簡單，使其成本較低。

◉化學氣相沉積設備CVD的缺點

• 高溫要求：CVD需要高溫環境來實現薄膜成長，這可能會導致一些基板材料或器件元件的熱損傷。
• 製程複雜性：CVD製程相對於其他薄膜成長技術來說更為複雜，需要精確控制氣體供應和反應條件。
• 高度依賴環境：製程中的微小變化或污染可能會影響薄膜的質量和成長速率。
• 有機前體使用：某些CVD製程可能需要使用有機前體物質，這些物質可能對環境和健康產生潛在風險。

◉化學氣相沉積設備CVD的應用

　　化學氣相沉積設備（CVD）在多個領域廣泛應用，包括但不限於以下領域：

• 半導體製造：在集成電路製造中，CVD用於成長絕緣層、金屬導線、半導體薄膜和其他關鍵元件。
• 光電產業：用於製造光學鍍膜、太陽能電池、發光二極體（LED）和液晶顯示器（LCD）。
• 硬質薄膜：用於製造耐磨、耐腐蝕、高溫和高壓的硬質薄膜，例如用於刀具塗層和汽車引擎零件的薄膜。
• 奈米材料：CVD可以用來成長碳奈米管、氧化物奈米顆粒和其他奈米結構。
• 生物醫學：在生物醫學領域中，CVD用於製造生物相容性塗層、醫療感測器和人工器官。

　　總結來說，CVD技術具有高度可控性和廣泛的應用領域，但它也面臨著製程複雜性和高溫要求等挑戰。隨著科技的不斷進步，CVD在材料科學和產業製造中仍然扮演著重要的角色，同時化學氣相沉積設備也在不斷演進與創新。

◉化學氣相沉積設備適用材料

　　化學氣相沉積（CVD）技術可以適用於多種不同的材料。以下是一些常見的CVD適用材料：

　　半導體材料：

矽（Silicon）：用於成長矽晶片、矽膜、矽氧化物等。
氮化鎵（Gallium Nitride，GaN）：用於製造高功率和高頻率的光電器件。
砷化鎵（Gallium Arsenide，GaAs）：常用於高速電子器件和光電元件。
磷化銦（Indium Phosphide，InP）：廣泛應用於光通信和光電器件。

　　金屬材料：

鈷（Cobalt）：用於製造硬質薄膜和磁性材料。
鈷合金（Cobalt Alloys）：用於高溫和耐磨應用，如氣輪機構件。
鉬（Molybdenum）：用於成長導熱膜、金屬薄膜等。
鉑（Platinum）：用於製造電極、催化劑和阻焊膠。
鈦（Titanium）：常用於生物醫學植入物、硬質薄膜等。

　　陶瓷材料：

氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）：用於製造陶瓷塗層、介電層等。
硝酸鋯（Zirconium Nitride，ZrN）：用於硬質塗層和保護層。
碳化矽（Silicon Carbide，SiC）：用於高溫和高壓應用，如車載電子器件。
碳化硼（Boron Carbide，B4C）：常用於防彈材料和硬質塗層。

　　光學材料：

二氧化矽（Silicon Dioxide，SiO2）：用於光學鍍膜和光學纖維。
氟化鋯（Zirconium Fluoride，ZrF4）：用於製造光學鍍膜和透鏡。

　　生物醫學材料：

鈣磷酸鹽（Calcium Phosphate）：用於骨植入物和牙科應用。
鈦合金：常用於製造人工骨骼和骨植入物。
以上僅列舉了一些常見的CVD適用材料，實際上，CVD技術能夠應用於眾多材料。由於CVD具有高度可控性和適應性，使其成為材料科學和工業製造領域中重要的技術之一。

辛耘可提供服務之產品介紹

ANNEALSYS化學氣相沉積設備

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沉積材料舉例: LiNbO3, LaNiO3, SrTiO3, BaO, Y2O3, Cr2O3, TiO2, Al2O3, HfO2, Bi2O3, Co3O4, CuCrO2, SiO2, TiN, AlN, Pt, MoS2 …

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PLASMA-THERM ® VERSALINE® 化學氣相沉積設備

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CORIAL 200 系列開發的工藝配方為廣泛的市場提供蝕刻和沈積解決方案，包括故障分析、微機電系統 (MEMS)、光電子、先進封裝、無線設備和功率半導體。CORIAL 300 系列系統非常適合光電子、MEMS、光掩模和功率半導體市場的批量生產薄膜蝕刻和沈積。

◎ RIE蝕刻系統
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◎ ICP-CVD系統

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Advanced Energy 化學氣相沉積設備

用於乾法蝕刻、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD) 離子注入機工藝工具及其維修服務的射頻發生器、匹配網絡、AC/DC 電源、遠程等離子體源 (RPS)、高壓電源和光纖溫度計。 AE-LumaSense 高溫計 UV400/UVR400，可用於金屬有機化學氣相沈積(metal organic CVD, MOCVD)。

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