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.

• 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
• 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 caledo --> 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

1. trasporto di massa:
2. Convezione --> trasporto di massa determinato dal flusso.
3. 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 (perchè rate delle reazioni)
2. 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

• 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

• 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)

Grafts of turbolenza: Re = e μ L/μ

Dpreferibile regime laminare Re piccolo

2. Diffusione → trasporto di massa dal boundary layer dovuto a gradienti di concentrazione (perché può derivare)

Fick's Law: j = -D∂Φ_∂T = ∂^0.1₂

d∂∂∂ depositato

Punto di parl

precursori

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: 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 di

atomi della molecola che ci adiscinao

elettorn del metalls, popolano gli altri elettroni di anti legatura

fino a rompere le legami del metallo

monolayer

FISSASSORBIMENTO

! Piccolo da collo

legare - interazione tra nuvola electronica

delustrione e delle superficie

vdW forze di Van der Waals

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

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:

• per avere deposito < eliminazione del trasporto di massa < eliminazione della reazione di superficie

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 < Fick

Arrhenius plot

reazioni ambiente

controllo C di temperatura