CVD deposizione chimica a fase vapore

CVD chemical vapor deposition

CVD chemical vapor deposition → processo “bottom-up” per deposito di film sottili.

• MOCVD: metal-organic vapor deposition
• MOUPE: metal-organic vapor phase epitaxy
• Crescita di un materiale cristallino sopra un altro materiale cristallino
• PECVD: plasma-enhanced CVD
• LCVD: laser-enhanced CVD
• ALCVD: atomic layer chemical vapor deposition
• APCVD: atmospheric pressure chemical vapor deposition
• LPCVD: low pressure chemical vapor deposition

CVD è un processo che lavora come una "gas" che scorre su una "superficie" che sfrutta le reazioni chimiche causando la deposizione.

Parametri del processo

Trasporto: pressione, temperatura, gas, flow rate.

Deposizione: temperatura, natura del precursore, energia, atmosphere (O₂, N₂, Ar), mezzi al di là di un gas (calore, plasma, laser, ecc.).

Come fa CVD in alte temperature:

Applicazioni: microelettronica, ottiche, materiali magnetici, coatings, protezioni, elettronica.

Materiali: metalli, nitruri, ossidi, carburi, polimeri (conduttori, semiconduttori, superconduttori, dielettrici).

Caratteristiche: struttura amorfa, epitassiale, policristallino, monocristallina.

Spessore da monocchiedi a 200 µm.

Uniformità conforme ma supporti porosi.

Svantaggi: molti precursori sono tossici, pericolo di contaminazioni, alti costi.

Vantaggi:

Strati omogenei di depositions, incollamenti di composizione, deposizione di materiali di dimensioni, veloce rate di crescita.

LPCVD: low pressure reactor.

PECVD: intensificazione con il plasma.

Precursori.

Reattore: taglia componenti e modalità, differenziale → composizione nel gas costante nel reattore, equipotiale, il tutto si reagente immesso viene utilizzato mano si hanno gradienti (non si opera precursore).

CVD - chemical vapor deposition

CVD - chemical vapor deposition.

Processo "bottom-up".

Per deposizione di film sottili.

• MOCVD: metal-organic vapor deposition
• MOVPE: metal-organic vapor phase epitaxy
• Crescita di un materiale cristallino sopra un altro materiale cristallino
• PECVD: plasma-enhanced caphemer-enhanced CVD
• LPCVD: low pressure CVD
• ALCVD: atomic layer chemical vapor deposition
• APCVD: atmospheric pressure chemical vapor deposition
• LPCVD: low pressure chemical vapor deposition

CVD il precursore trasportato fino alla zona come un gas che scorre sopra le superfici del substrato dove reazioni chimiche causano la deposizione.

Parametri del processo

Trasporto: pressione, temperatura, gas / flow rate.

Deposizione: temperatura, natura del precursore, energia, atmosfera (O₂, N₂, Ar), metanalo di dilutione (calore, plasma, laser, etc.).

Come fa CVD in al togamma altri comp.

Applicazione: microelettronica, ottica, materiali magnetiche catalisi, solari, energie, coating (protezione, decorazioni).

Materiali: metalli, metalloidi, legame, oxidi, polimeri (conduttori, semiconduttori, superconduttori, dielectrici).

Caratteristiche:

• Struttura amorfa epitaxiale, policristallino, monocristallino
• Rapido, da monolayer a μm
• Coating uniforme su supporti porosi

Svantaggi: alcuni precursori sono tossici, possibile contaminazione, alti costi.

Vantaggi: controllo di deposizione, morfologia, composizione, deposizione sottile su substrati differenti, veloce rate di crescita.

LPCVD: low pressure reactor.

PECVD: intensificazione col plasma.

Precursori.

Low volt CVD: tutto il reattore è > del gas precursore reagisce dentro.

Cold wall CVD: solo il substrato è scaldato delle > il reattore reattore gas prodotti (deposito solo su supporti).

Reattore: differenziale Epicroduco: change, composizione nella pompa costante nel reattore, tutto reggente immerso viene utilizzato meno si hanno gradi.

Key steps del processo CVD

• Precurson trasportato alla zona di trasporto (in genere remoto)
• (In pirolisi)
• Processo di diffusione dal bulk del gas alla superficie
• Adsorbito e desorbito/scatterato
• Reazioni: adsorbimento ed eliminazione, deposizione film

Trasporto di massa

1. Convezione: trasporto del gas massiccio determinato da differenze di pressione dei gas

J - Flux è numero adimensionale che esprime passaggio di area in unità di tempo.

Per gas ideali: J = Nu_xΔ∅_w 8kT/πM Δt/t.

Preferibile lo scorrimento: convezione → graduale turbolenza numero di Reynolds.

l = lunghezza livello superficiale.

v = velocità.

μ = tribolò.

Re = ρvl_x/μ.

Re piccolo → regime laminare.

Re grande → regime turbolento.

2. Diffusione: trasporto di materia stato fisico attraverso le superfici dovuto a gradienti di concentrazioni

Fick's law:

J = - D ∇Φ _j-l = m impeded in muscione di zona anale.

δ spontanee connducano √c gradente concentrazione.

Coeffe di diffusione.

(Opzione bulk/diff. materiali, presci dipende da x 2/3) c∂Φ - D ∂²Φ /∂t ∂x².

Convezione classicosa concentrazione nel tempo.

Flusso principale di gas reagenti.

Convezione

Convezione: par velocità gas innata, pompa che produce una ΔP transponte di gas mass flow controller (unità di defines: Sc cm³ x minuto).

Dato il flusso e il diamicro del tubo fa veloci di velocità del gas (t) F/d².

Per alcuni alti-gramsci alto [cm/min].

Campo delle velocità per differenti regimi:

• Flusso di pistone: velocità costante in tutto il tubo
• Flusso di bolla: gas in contatto con le pareti viene rallentato dall'attrito viscoso
• Velocità massima al centro
• Velocità minima sul bordo

Formula di Poiseuille:

ΔP = (8μL/Qπr⁴)(R-r).

R = diametro del tubo.

r = distanza dal centro.

μ = viscosità.

ΔP = calo di pressione.

Nel reattore le gas passa da regime di pistone a regime di Poiseuille.

Boundary Layer → definisce il confine tra i 2 regimi.

δ(t) ∝ √(μx/U).

δ(x) ∝ x/Re.

U = velocità del gas.

Re = numero di Reynolds.

x = direzione flusso.

Boundary Layer per T, c, s.

Substrato caldo.

Precursor

Precursor:

• I precursor possono essere solidi, liquidi o gas; con stechiometria semplice o complessa
• Combinazioni di precursori possono avere uscite ir ottenene materiali con stechiometrie complesse

Proprietà necessarie:

• Volatilità (P_vap, ΔH^o/RT = entalpia standard di vaporizzazione)
• Decomposizione facile con reazioni facilmente controllabili
• Controllabilità nella purezza similmente alla qualità del materiale finale
• Prodotta ablazione termochimica al non deporre in nomi tossiche

Processi

• Silico: es. SiH₄(g) 300-400°C → Si(s) + 2H₂(g)
• Ossidazione: Si(s) + O₂ → SiO₂(s) + H₂O(g)
• Clorazione: es. 2Fe₂O₃(s) + 3HCl → Al₂O₃(s) + 6 HCl(g)
• Fosfor: es. CrCl₃ + 3HF(g) → CrF₃(s) + 3HCl(g)
• Dicroismo solido: es. GeO₂(s) + 4HCl(g) + 4H₂(s) → GaAs(s) + 2Cl₂(g)

Deposizione

Deposizione:

La composizione della fase gassosa non è direttamente proporzionale alla crescita del film.

TiO₂ precursor:

• TiCl₄ (tossico, contaminazione di Cl)
• Ti[O_iPr]₄ (idrolizzazione del coordinamento)
• Ti[OPr_i]₄ (meno tossico)
• Cloruri alterato [Ti_x(OCH₂CH₂O)(dmmae)₂]₂ (equilibrio – impiegati)
• Ti nitruatodi spazzolazione precursoreche viene fatto gorgogliare in un per esempio

Bubbler: gas di trasporto viene fatto inviarli a contatto e la pressione è quella.

Direct liquid injection.

Freon.

Aerosol assisted.

Adsorbimento

Adsorbimento processo in cui c’è gas A lega alla superficie.

Di temperatura.

Pressione.

α crescente (aumento esponenziale).

Pressione e concentrazione.

2 tipi di adsorbimento.

1) Fisicoadsorbimento: basato su forze di tipo interazione delle unità elettroniche dell’atomo con la superficie elevate a livello molecolare superficie.

2) Chemisorbimento degli orbitali atomici della metallo che si avvicina (orbitali π pieni (es. dell’organoπ dispersi) elettroni del metallo popolano i rivuli elettronici σ o delocalizzazioni locale molecolare dell’idrogeno che non rompe se le forze elevata.

T bassa.

T oltre monodopera.

Rottura e creazione di legami con la superficie di commisuramento.

Reazione di superficie

Reazione di superficie modellizzata dal modello di Langmuir-Hinshelwood.

Si assume che sulla superficie solida siano presenti due siti attivi: “S” che possono ospitare A molecole uguali “A”.

• K₁ = assorbimento
• K_-1 = desorbimento
• K₂ = formazione nei prodotti finali (Costante k₂)

Molecola A, modello di assorbimento Scinematica.

-dC_a/dt = K₂C_s = K₂θC_s = prodotto di ricombinamento.

È una reazione del primo ordine.

Allo stato stazionario.

d(C_aθC_s)----------- dt.

0 = -0K₁(1)C_aC_s(1-θ)C_s - K₂(1)C_s - K_-1θC_s.

Reazione al superficie (formazione prodotti) θ = K₁C_a --------------- K₁C_a + K₁ -----------------------.

Cinetica CVD

Cinetica CVD.

Per avere deposito di film le molecole dei precursori devono essere portate sulla parte di superficie (limitazione del trasporto dei massimi) e le precursori dove poter reagire (limitazione dalla reazione di superficie).

[k₂ espresso secondo Arrenius]: rate of deposito: flusso sulla superficie = probabilità di riduzione.

rate ≈ αP_stm--------------2πm_skT_m.

Flusso gas ideale:

J = Cd i t---------- G.

3. Pressione parziale precursori.

Tm: volume atomi depositabile.

E_a: energia di attivazione.

Solo le molecole con energia E_a possono in contro alla reazione.

Head limited reactor:

P₀: t determinazione del rate di deposito effettiva delle molecole sulla superficie tramite convezione (replaces diffusione).

Una volta arrivato reazione di diffusione attraverso boundary layer.

Supponiamo il motalec: —E molto veloce il parametrico critico:

Numero di molecole disinterrotta dal flusso.

Growth rate (cm/s):

F M_tm-------A_a ρ.

F: flusso.

M_tm: massa molare.

A_a: area da ricoprire.

ρ: densità.