化学气相沉积技术与材料制备

概述化学气相沉积技术是一般原理与技术，总结化学气相沉积技术在材料制备方面的发展与应用状况，着重介绍化学气相沉积技术在制备贵金属薄膜和涂层领域的最新进展。     

低压化学气相沉积生长双层石墨烯及其电输运特性研究

采用低压化学气相沉积法(LPCVD)以铜箔为生长衬底来制备石墨烯。XRD表征得石墨烯生长前后铜箔衬底主要为(100)晶面,而且铜箔在高温下退火晶粒明显长大有利于高质量石墨烯的生长。拉曼光谱表明所制备的石墨烯为双层结构。通过转移、刻蚀等工艺制备了石墨烯场效应晶体管(G-FET)原型器件,其转移特性曲线(IDS-VGS)表明所制备的石墨烯表现为p型输运特性。在器件中石墨烯的XPS图谱说明了石墨烯吸附有有机物基团,导致p型特性的部分原因。同时本文研究了真空退火对G-FET器件性能的影响,结果表明:退火温度为200℃时,G-FET的空穴载流子迁移率最佳;而随着温度增加,开关比(ON-OFF ratio)在不断减小,载流子迁移率迅速在降低。     

炭/炭复合材料化学气相沉积工艺进展

对多种化学气相沉积工艺进行了分析对比，指出在炭／炭复合材料的研制与开发中，以等温等压（ICVD）的工艺为最优。该工艺能很好地控制工艺参数，特别是对于装了大量异形件的高炉膛，所沉积的样件不仅密度均匀而且性能稳定，虽然其工艺周期较长，但在实际生产中，可以通过多料柱的高炉膛来降低成本，是比较成熟、稳定的生产工艺。近年来兴起的其他工艺，主要关注沉积速度和沉积机理，大多局限于实验室研究，距工业化大生产还有很大的距离。     

化学气相沉积制备SiC涂层—Ⅱ.动力学研究

对Ｈ２－ＭＴＳ体系化学气相沉积制备ＳｉＣ涂层进行了实验研究。结果表明，热力学计算能够对Ｈ２－ＭＴＳ体系单相ＳｉＣ的沉积进行很好的预报。动力学实验显示：在８００￣１０００℃之间，沉积过程由化学动力学控制，此时ＭＴＳ热解为一级反应，反应活化能为１９９ｋＪ／ｍｏｌ，而在１０００￣１１５０℃之间沉积过程由扩散控制。ＸＲＤ结果显示制备的是β－ＳｉＣ，形态为球形，涂层的生长可以用三维形核生长模型来描述。     

化学气相沉积制备SiC涂层：I.热力学研究

对化学气相沉积（ＣＶＤ）法制备ＳｉＣ的热力学进行了系统研究，考察了Ｈ２－ＭＴＳ，Ａｒ－ＳｉＯ－Ｃ，Ｈ２－ＳｉＯ－ＣｘＨｙ，Ｈ２－ＳｉＨ４－ＣｘＨｙ等体系，着重研空了温度、压力、载气量和图对ＣＶＤ法制备ＳｉＣ的实验具有指导作用。     

金属有机化合物化学气相沉积法制备铱薄膜的研究

以乙酰丙酮铱为前驱体,采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在钼基体上制备了铱薄膜.研究了铱的沉积速率与基体温度、乙酰丙酮铱的加热温度和运载气体(Ar)流速等沉积参数的关系.铱薄膜的沉积速率与沉积温度之间的关系不符合Arrhenius方程:沉积速率与绝对温度的倒数呈抛物线关系,当温度为750℃时,铱的沉积速率达到最大值,基体温度对薄膜质量有显著影响;随着以乙酰阿酮铱加热温度的升高,铱的沉积速率直线增加;而Ar流速的增大则显著减小铱的沉积速率.     

化学气相沉积制备粉体材料的原理及研究进展

采用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,简称CVD)不仅可以制备金属粉未,也可以制备氧化物、碳化物、氮化物等化合物粉体材料.该法是以挥发性的金属卤化物、氢化物或有机金属化合物等物质的蒸气为原料,通过化学气相反应合成所需粉末,因其制备的粉末纯度高,比表而积大,结晶度高,粒径分御均匀、可控,在粉体材料制备方面的应用日趋广泛.该文主要介绍CVD技术制粉的形成机理和研究进程.CVD法制粉主要包括化学反应、晶核形成、粒子生长以及粒子凝并与聚结4个步骤.按照加热方式不同,CVD技术分为电阻CVD、等离子CVD、激光CVD和火焰CVD等,用这4种技术制备超细粉末各有其优缺点,选择合适的气源,开发更为安全、环保的生产工艺,以及加强尾气处理是使CVD法制备超细粉体材料付诸于工业应用的重要保证.     

化学气相沉积法制备核/壳结构Co/C纳米颗粒的结构与热稳定性

以乙酰丙酮钴为原料,采用单步金属有机物化学气相沉积法,在600~800℃温度下制备碳包覆钴的核/壳结构Co/C纳米颗粒。利用X射线衍射、透射电镜和Raman光谱仪等对合成产物的元素组成和结构进行表征,研究合成温度对产物形貌和结构的影响,分析Co/C核/壳纳米颗粒的形成机理,并通过差式扫描量热分析/热重分析研究产物的热稳定性。结果表明,不同反应温度下的产物中,Co核的粒径均在10~60 nm之间,C壳层的厚度在10~20 nm之间。随合成温度从600℃升至800℃,Co核由HCP和FCC的混合结构逐步转变为单一的FCC结构,而C层的结晶度逐渐升高。核/壳结构Co/C纳米颗粒在空气气氛下从250℃开始缓慢氧化,结晶度高的C壳层对Co核具有更好的保护作用。     

硬质合金上化学气相沉积TiC和TiCXNY的研究

在TiCl₄-C₆H₅CH₃-H₂和TiCl₄-C₆H₅-H₂-N₂体系中,以YG₈硬质合金为基体,用化学气相沉积(CVD)法,研究了温度,反应物输入浓度对沉积TiC和TiC_xN_y涂层的沉积速度,显微硬度和形貌的影响。结果表明:TiC沉积速度,显微硬度随沉积温度升高而增大,对TiC沉积层的形貌也有较大的影响。TiC和TiC_xN_y的沉积速度、显微硬度随反应物摩尔比(mc/Ti)增加到某一最大值后又下降;mc/Ti=1时,TiC硬度呈最佳值。mc/Ti=0.87时,TiC_xN_y硬度出现最大值。此外,还对基体一涂层间是否出现η相进行了分析。并测定了在1223~1323K间TiC沉积反应的表观活化能为157.9kJ/mol。     

化学气相沉积TiN热力学研究

本文详细分析了TiCl_4-H_2-N_2系化学气相沉积TiN的化学过程及其热力学。计算结果表明:TiN的形成历程是TiCl_4进入体系的初期首先是气相还原反应,当TiCl_4量达到一定程度时还原产物输运到基体表面主要进行的是固气界面沉积TiN的反应。     

用低压化学气相沉积法形成钼膜

一种用氢还原五氯化钼膜的低化学气相沉积仪被开发。这种仪器可以使每组25片晶片薄膜厚度的均匀性在±5％以内,并且钼膜不被氧化。研究者发现,与常压下相比,在低压时,可在一个较高的温度下,钼的沉积速率受表面反应的制约,并与表面反应部分氢气分压的3/2成正比。     

H2对HfO2衬底上等离子体增强化学气相沉积石墨烯的影响

HfO₂薄膜和石墨烯是用于制作石墨烯场效应晶体管的主要材料,而采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)在HfO₂衬底上原位生长石墨烯是极具潜力的一种石墨烯制备方法,这种方法有助于降低石墨烯转移过程对石墨烯质量的影响,从而提高石墨烯场效应晶体管的性能。使用真空电子束蒸镀方法在重掺杂单抛硅片衬底上分别于50、150、250℃下沉积了100 nm厚的HfO₂薄膜样品;随后选用最优质量的HfO₂薄膜作为生长石墨烯的衬底,采用PECVD方法在温度为600℃、CH₄流速为4 sccm的条件下,以不同的H₂流速(0、5、10、15、20 sccm)原位生成石墨烯薄膜。结果显示,150℃下蒸镀的HfO₂薄膜粗糙度最低,表面最平整,同时也拥有最佳的介电性能。当H₂流速为10 sccm时,可获得少层石墨烯薄膜,此时的石墨烯薄膜缺陷最小,表面平整且连续性好。通过对HfO₂衬底上石墨烯的生长机理进行分析发现,H...     

CH4化学气相渗透沉积提高焦炭热性质研究

热解炭化学气相渗透沉积具有填充和修整焦炭气孔的功能,利用甲烷高温裂解生成的热解炭在焦炭内外表面渗透沉积可达到提高焦炭热性质的目的。试验结果显示,经过渗透沉积的焦炭抗CO4反应能力大幅提高,CRI和CSR明显改善,分别从31．04％降低到20．28％和从63．24％提高到77．69％。此外,试验还发现,反应的最佳条件为甲烷混合气的体积分数为47％,在51L／h的流量和1000℃的温度下反应6h。     

高频等离子体化学气相沉积法制氮化硅的化学平衡计算

基于Ｇｉｂｂｓ自由能最小原理，开发了热力学通用程序，分析了以Ａｒ为载气，ＳｉＣｌ４和ＮＨ３为原料，在高频等离子体化学气相沉积反应器中制备Ｓｉ３Ｎ４超细粉的化学热力学过程，得到了在典型条件下系统的主要组成，分析了温度，反应物浓度对平衡组成的影响。通过热力学模拟，发现当ＳｉＣｌ４进料口在前，ＮＨ３进料口在后，且两个进料口均在高频等离子体尾焰处时，经脱ＮＨ４Ｃｌ的产物中氮含量较高，而反应物ＮＨ３与ＳｉＣ     

钢铁表面化学气相沉积TiN的过渡层

研究了3种钢铁样品表面在化学气相沉积TiN时的过渡层、研究中发现Ti与N可以通过TiN涂层与铁形成过渡层,而钢中原有的C也可在气相沉积时向外扩散至TiN涂层中。在TiN沉积过程中,由于N在γ-Fe中的扩散速率远高于Ti,所以纯铁样品的过渡层包括x-Fe+Fe₂Ti+Fe₂N+TiN与x-Fe+Fe₂N两个分层。     

钢基体中碳与铁对化学气相沉积TiN动力学的影响

研究了在碳含量不同搂钢基体上化学气相沉积ＴｉＮ的沉积速率,研究结果表明,随着钢中碳含量的提高,沉积速率呈线性增长,涂层硬度也随碳含量的增加而提高。基于铁的触媒作用,推导出ＴｉＮ的沉积速率方程为Ｖ＝ｈ１＋Ｋ１０×ｘ（Ｃ）;对于碳含量较高的Ｃｒ１２ＭｏＶ钢和碳含量较低的２０钢基体,测得ＴｉＮ沉积表面过程表观活化能分别为１６５．１１ｋＪ／ｍｏｌ和１２０．３８ｋＪ／ｍｏｌ。钢中合金元素对ＴｉＮ沉积速率的影