CVD deposizione chimica a fase vapore

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
• gasi, 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:

Appicazioni: microelettronica, ottiche, materiali magnetici, coatings, protezioni, elettronica

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

Caratteristiche: struttura amorfa, epitassiale, policristallino, monodristallina

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

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 percursori 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 tempoper gas ideali: J = Nu_xΔ∅_w ^8kT/_πMΔt/tPreferibile lo scorrimento: convezione → graduale turbolenza numero di Reynolds

• l= lunghezza livello superficiale
• v= velocità
• μ= tribolò

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 analeδ spontanee connducano √^c gradente concentrazioneCoeffe di diffusione(Opzione bulk/diff. materiali, presci dipende da x 2/3) c∂Φ - D ∂²Φ /_∂t ^∂x²Convezione clásicosa concentrazione nel tempoFlusso principale di gas reagenti

Convezione:

• par velocità gas innata
• pompa che produce una ΔP transponte di gas mass flow controller (unita di defines: Sc cm³ x minuto)

• (t) ^F/ _d²

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:

• 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:

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 nitruato

di spazzolazione precursore

che 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

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’organo

π 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

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 S

cinematica

-^dC_a/_dt = K₂C_s = K₂θC_s = prodotto di ricombinamento

È una reazione del primo ordine

Allo stato stazionario

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

reazione al superficie (formazione prodotti)

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

flusso gas ideale:

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:

&emdash;

E molto veloce il parametrico critico:

• numero di molecole disinterrotta dal flusso

growth rate (cm/s):

• F: flusso
• M_tm: massa molare
• A_a: area da ricoprire
• ρ: densità