<<
>>

Методы химического осаждения из паровой фазы (CVD)

В основу методов CVD положено осаждение пленок на поверхность нагретых деталей из соединений металлов, находящихся в газообразном состоянии [50, 51]. Осаждение, как правило, проводят в специальной камере при пониженном давлении посредством использования химических реакций восстановления, пиролиза.

В ряде случаев могут использоваться реакции взаимодействия основного газообразного реагента с дополнительным. Наиболее часто в качестве таких соединений используют карбонилы, галогены, металлоорганические соединения. Например, галогениды металлов восстанавливаются водородом до металла с образованием соединения галогенов с водородом, а карбонилы с помощью реакции пиролиза разлагают на металл и окись углерода. Оптимальное протекание химических реакций происходит чаще всего при температурах 500 - 1500° С. Поэтому обрабатываемые детали нагревают до этих температур, что обеспечивает локализацию химической реакции у поверхности деталей, а также оптимальное протекание процесса, высокие свойства покрытия и хорошую адгезию. Образование покрытия происходит путем последовательного наслоения осаждающегося материала. Высокие температуры процесса могут также активизировать процессы твердофазной или газофазной диффузии элементов между покрытием и подложкой. Метод обеспечивает получение покрытий толщиной 1 - 20 мкм со скоростью 0,01 - 0,1 мкм/мин. Метод можно использовать для нанесения покрытия на внутренние поверхности трубок и отверстий. Кроме металлических пленок можно получать также пленки из бора, боридов, углерода, карбидов, нитридов, оксидов, кремния и силицидов [51].

Основным недостатком методов CVD является необходимость нагрева деталей до высоких температур. С одной стороны это оказывает отрицательное влияние на механические свойства и структуру подложки, с другой стороны - вызывает дополнительные проблемы в случае необходимости получения наноструктурного состояния самого покрытия.

Осаждение с использованием плазмы тлеющего разряда. В камере при пониженном давлении проводят процессы по схеме описанных выше методов катодного и магнетронного распыления или ионного плакирования. Существуют две разновидности рассматриваемого метода.

При реактивном распылении материал мишени в виде ионов взаимодействует в плазме тлеющего разряда с ионами активной газовой среды. На поверхность обрабатываемых деталей осаждается покрытие в виде соединения. Типичным примером может служить получение покрытия из нитрида титана, когда в плазме тлеющего разряда происходит взаимодействие ионов титана и азота.

Вторая разновидность часто носит название «ионноактивированное химическое осаждение из паровой фазы». В этом случае используются аналогичные методу CVD химические реакции, но из-за активации плазмой тлеющего разряда необходимые для их протекания температуры снижаются до 200 - 300° С.

Такой подход позволяет преодолеть основной указанный выше недостаток CVD метода. Однако при этом практически невозможно получать покрытия с очень высокой чистотой химического состава, что связано с недостаточной десорбцией при низкой температуре подложки. В формирующееся покрытие могут проникать примеси реакционных газов.

Одной из разновидностей метода химического осаждения, позволяющего получать пленки толщиной от 1 нм, является метод атомного послойного осаждения (АПО) [52].

Технология атомного послойного осаждения использует принцип молекулярной сборки материалов из газовой фазы. Процесс нанесения пленки размером 1 А состоит из нескольких шагов - газофазных реакций, протекающих импульсно за очень короткий промежуток времени. Температура в процессе осаждения 200 - 400о С.

Метод АПО позволяет получать пленки толщиной от 1 нм (и даже 1 А) и до нескольких мкм. Типичные толщины пленок находятся в диапазоне 10 - 100 нм. Метод позволяет получать нитридные, оксидные, металлические, полупроводниковые пленки, наноламинаты, которые имеют аморфную или кристаллическую структуру в зависимости от температуры осаждения.

К преимуществам метода относится возможность осаждения пленок контролированной толщины (точность составляет один атомный слой). Равномерность покрытия больших площадей (отклонения от равномерности lt; 0,25 %), равномерное осаждение на поверхности сложной формы, объемных и пористых материалов. Получаемые пленки характеризуются низким уровнем дефектов и внутренних механических напряжений, отсутствием микропор.

Основным преимуществом метода является равномерное по толщине нанесение пленок на сложную поверхность, что невозможно достигнуть другими распространенными методами CVD и PVD. 

<< | >>
Источник: Азаренков Н. А., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Маликов Л. В., Турбин П. В.. Наноматериалы, нанопокрытия, нанотехнологии: Учебное пособие. 2009

Еще по теме Методы химического осаждения из паровой фазы (CVD):

  1. Индикаторы развития институционально-технологической инфраструктуры
  2. Тонкопленочные технологии модификации поверхности
  3. Методы химического осаждения из паровой фазы (CVD)
  4. Методы получения фуллеренов, нанотрубок
  5. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  6. Раздел 1. Проблема чистоты материала и вещества