CVD deposizione chimica a fase vapore - riassunto

CVD - Chemical vapour deposition

Processo in cui le precursore è trasportato in fase vapore come un gas che scorre sopra la superficie del substrato dove le reazioni chimiche causano la deposizione del materiale.

Fasi e zone del processo

• Gas supply (fornitura di gas)
• Zone
• Diffusione in fase gassosa
• Adsorbimento
• Reazione di superficie
• Composizione dei fumi e struttura

Parametri di processo

• Pressione
• Temperatura
• Gas flow rate
• Temperatura
• Natura del precursore
• Sapore delle側
• Atmosfera (O₂, N₂, Ar)
• Metodo di attivazione

Processo bottom-up e caratteristiche

Processo bottom-up

Si ottengono strati omogenee e interfacce molto rigide.

Caratteristiche: struttura amorfo/epitaxiale policristallo/cristallina.

Spessori: da monostrato a 100μm.

Coating conformable su superfici porose.

Hot wall CVD --> reattore caldo.

Cold wall CVD --> substrato caldo --> poco consumo di precursore ma grandi gradienti.

Reattore differenziale --> composizione dei fumi pressoché costante.

Reattore aggiuntivo --> tutto il reagente comunque viene utilizzato (non si spreca precursore ma ci sono grandi gradienti).

Step fondamentali

• Gas di trasporto (inerte) che trasporta il precursore in combustione
• Processo di diffusione dal bulk del gas alla superficie
• Gas adsorbito e desorbito/scaltrato
• Reazione di superficie
• Gaseous by-products
• Diffusione e crescita

Trasporto di massa

1. Trasporto di massa: Convezione --> trasporto di massa determinato dal flusso. J = 1/2√2π

Grado di turbolenza: Re=εUL/μ.

Preferibile regime laminare Re piccolo.

1. Diffusione --> trasporto di massa dall'boundary layer dovuto a gradienti di concentrazione (perché rate delle reazioni). Fick's Law:

J = -D∇Φ.

∂Φ/∂t = D∂²Φ/∂x².

CVD - Chemical vapour deposition

Processo in cui le precursori è trasportato in fase vapore come un gas che scorre sopra la superficie del substrato dove le reazioni chimiche causano la deposizione del materiale.

Fasi del processo

• Gas supply (fornitura di gas)
• Convezione
• Diffusione in fase gassosa
• Adsorbimento
• Reazione di superficie
• Composizione dei film e struttura

Parametri di processo

• Pressione
• Temperatura
• Gas flow rate
• Temperatura
• Nature del precursore
• Superficie
• Atmosfera (O₂, N₂, Ar)
• Metodo di attivazione

Processo bottom-up

• Processo bottom-up

Si ottengono strati omogenee e interfacce molto definite.

• Caratteristiche:

Strutturale: amorfa/polimide, poli/monocristallina.

Spessore: da monostrati a 100-μm.

Coating conformale su superfici piane.

Hot wall CVD = reattore caldo.

Cold wall CVD = substrato caldo → poco consumo di precursore ma grandi gradienti.

Reattore differenziale: composizione dei gas, pensando costante.

Reattore aggiornato: tutto il reagente comunque viene utilizzato (non si spreca precursore ma ci sono grandi gradienti).

Step fondamentali

• Gas di trasporto (inerte) che trasporta il precursore
• Combinazione
• Processo di diffusione che bulk dei gas alla superficie
• Gas adsorbito e desorbito/scatterato
• Reazione di superficie
• Gaseous by-products
• Diffusione e crescita

Trasporto di massa

1. Convezione → trasporto di massa determinato dai flussi conv. J = (na/pa) → per gas ideali: J = MAvg(Pi/RT)
2. Diffusione → trasporto di massa dal boundary layer dovuto a gradienti di concentrazione (perché può derivare)

Grafts of turbolenza: Re = e μ L/μD.

Preferibile regime laminare Re piccolo.

Fick's Law: j = -D∂Φ_∂T = ∂^0.1₂d∂∂∂ depositato.

Punti e flusso del gas

Punto di parlprecursori.

By-products.

Punto del gas carrier.

Diffusione.

Boundary layer.

Interfaccia.

Pressione alta.

Pressione altro.

Sottostrato.

Generator alto.

Flow di gas.

Campo di velocitã per differenti regimi

Nella parte del film di atomi, velocitã costante nell'ottica.

Flusso al potenziale: orton in contatto con il porle viene rallentato dall'attivitã viscoso.

Reattore.

Plug flow.

Boundary layer.

Poiseuille flow.

Precursor, proprietã necessari

• Stabile
• Decomposizione pulita e con segnali
• Facilmente removible
• Coordinazione con il metallo piãu attivo possibile
• O quella del materiale finale piãu sottile > lo spessore massimo del deposito

La decomposizione del film dei precursonolocare continua sempre reazioni di superficie.

La composizione della fase gassosa non determinerã la crescita del film.

Dispersione dei precursori

• Bubbler
• Direct liquid injection
• Flash vaporisation
• Pressure assisted

Adsorbimento

Adsorbimento: legarsi o legarsi alla superficie.

Dipende da:

• Temperatura
• Pressione
• Tipo di interazione tra gas e superficie

°T sistema di Langmuir.

Congerge (rapporto termodinamico affine con Ea superficie).

Pressione e concentrazione.

Chenassorbimento.

Monolayer.

Lo stato elettorn del metallo permette.

Nuovamente, probabilator diatomi della molecola che ci adiscinaoelettorn del metalls, popolano gli altri elettroni di anti legatura fino a rompere le legami del metallo.

Monolayer.

Fissassorbimento! Piccolo da collolegare - interazione tra nuvola electronicadelustrione e delle superficie.

vdW forze di Van der Waals.

Reazione di superficie

Reazione di superficie modello di Langmuir-Hinshelwood.

Si assume che sulla superficie solida sono presenti una serie di siti "s" che possono adsorbire le molecole "A".

A + S ⇌ AS.

Conversione nei prodotti finali.

Cinetica

Cinetica r = dCa/dt = K1 Ca Cs - K2 Q Cs, grado di ricoprimento, reazione del I ordine.

Allo stato stazionario: dCso/dt = 0, 0 = K1 Ca Cs (1-θ) - K θ Cs - K2 θ Cs.

Assorbimento e adsorbimento.

r = K1 Ca Cs.

r = K' K1 Ca Cs/Ks.

K2 >> K1 Ca Cs.

K1 >> K2.

C = K1 K2 Ca Cs/K1 Ca A.

Reazione limitato dalla reazione di superficie.

Cinetica CVD

Cinetica CVD: per avere deposito.

Rate = α Pso exp(-Ea/RT).

Per ideal film: 1/Ci = pλ.

Goul rate = F M/g = δ/ρ.

Reazione di superficie limitante.

(Surface) Rate = K Cs.

Allo stato stazionario: Rate = Kγ Kc/Ca +K K/D F.

Arrhenius plot.

Reazioni ambiente.

Controllo C di temperatura.