Графитировочная печь сверхвысоких температур в вакууме

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) — это технология, в которой используются различные источники энергии, такие как нагрев, возбуждение плазмы или световое излучение, для химической реакции газообразных или парообразных химических веществ на газовой фазе или на границе газ-твердое тело с образованием твердых отложений в реакторе с помощью химическая реакция. Проще говоря, два или более газообразных сырья вводятся в реакционную камеру, а затем они реагируют друг с другом с образованием нового материала и его осаждением на поверхности подложки.

Печь CVD представляет собой комбинированную систему печей с высокотемпературной трубчатой печью, блоком управления газами и вакуумным блоком, она широко используется для экспериментов и производства композитных материалов, процессов микроэлектроники, полупроводниковой оптоэлектроники, использования солнечной энергии, оптоволоконной связи, сверхпроводников. технология, поле защитного покрытия.

Печь CVD состоит из блока высокотемпературной трубчатой печи, блока точного управления источником реагирующего газа, вакуумной насосной станции и соответствующих сборочных частей.

Вакуумный насос предназначен для удаления воздуха из реакционной трубы и обеспечения отсутствия нежелательных газов внутри реакционной трубы, после чего трубчатая печь нагреет реакционную трубу до заданной температуры, после чего блок точного управления источником реакционного газа может вводить различные газы с заданным соотношением в трубку печи для химической реакции, химическое осаждение из паровой фазы будет образовываться в печи CVD.

В процессе CVD можно использовать огромные источники газа, общие химические реакции CVD включают пиролиз, фотолиз, восстановление, окисление, окислительно-восстановительный процесс, поэтому газы, участвующие в этих химических реакциях, могут использоваться в процессе CVD.

В качестве примера возьмем выращивание CVD-графена. Газы, используемые в процессе CVD, будут CH4, H2, O2 и N2.

• При необходимости может быть изготовлен широкий ассортимент пленок: металлическая пленка, неметаллическая пленка и пленка из многокомпонентного сплава. В то же время он позволяет получать качественные кристаллы, которые трудно получить другими методами, такими как GaN, BP и др.
• Скорость формирования пленки высокая, обычно несколько микрон в минуту или даже сотни микрон в минуту. Возможно одновременное нанесение большого количества однородных по составу покрытий, что несравнимо с другими методами получения пленок, такими как жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).
• Рабочие условия выполняются при нормальном давлении или низком вакууме, поэтому покрытие имеет хорошую дифракцию, а детали сложной формы могут быть равномерно покрыты, что намного превосходит PVD.
• Благодаря взаимной диффузии реакционного газа, продукта реакции и подложки можно получить покрытие с хорошей адгезионной прочностью, что имеет решающее значение для получения пленок с упрочнением поверхности, таких как износостойкие и антикоррозионные пленки.
• Некоторые пленки растут при температуре намного ниже температуры плавления материала пленки. В условиях низкотемпературного роста реакционный газ и стенки реактора, а также содержащиеся в них примеси практически не вступают в реакцию, поэтому можно получить пленку высокой чистоты и хорошей кристалличности.
• Химическое осаждение из паровой фазы позволяет получить гладкую поверхность осаждения. Это связано с тем, что по сравнению с LPE химическое осаждение из паровой фазы (CVD) выполняется при высоком насыщении, с высокой скоростью зародышеобразования, высокой плотностью зародышеобразования и однородным распределением по всей плоскости, что приводит к макроскопически гладкой поверхности. В то же время при химическом осаждении из газовой фазы средний свободный пробег молекул (атомов) намного больше, чем при ЖФЭ, поэтому пространственное распределение молекул является более равномерным, что способствует формированию гладкой поверхности осаждения.
• Низкие радиационные повреждения, что является необходимым условием для изготовления металлооксидных полупроводников (МОП) и других устройств.

PECVD — это технология, использующая плазму для активации реакционного газа, стимулирования химической реакции на поверхности подложки или в приповерхностном пространстве и создания твердой пленки. Основной принцип технологии плазмохимического осаждения из паровой фазы заключается в том, что под действием ВЧ или постоянного электрического поля исходный газ ионизируется с образованием плазмы, низкотемпературная плазма используется в качестве источника энергии, соответствующее количество реакционного газа вводится, а плазменный разряд используется для активации реакционного газа и осуществления химического осаждения из паровой фазы.

По способу получения плазмы ее можно разделить на ВЧ-плазму, плазму постоянного тока и микроволновую плазму CVD и т. д.

Отличие PECVD от традиционной технологии CVD заключается в том, что плазма содержит большое количество высокоэнергетических электронов, которые могут обеспечить энергию активации, необходимую в процессе химического осаждения из паровой фазы, тем самым изменяя режим энергоснабжения реакционной системы. Поскольку температура электронов в плазме достигает 10000 К, столкновение между электронами и молекулами газа может способствовать разрыву химических связей и рекомбинации молекул реакционного газа с образованием более активных химических групп, в то время как вся реакционная система поддерживает более низкую температуру.

Таким образом, по сравнению с процессом CVD, PECVD может выполнять тот же процесс химического осаждения из паровой фазы при более низкой температуре.