CVD制備技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
CVD制備技術(shù)的實(shí)例教程
作者：鄧瑞英，上海安世亞太流體工程師
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研究背景
化學(xué)氣相沉積技術(shù)主要是利用含有薄膜元素的氣相物質(zhì)在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學(xué)氣相沉積技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中有著比較廣泛的應(yīng)用，例如，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD），等離子技術(shù)可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使得沉積過(guò)程能夠在較低的溫度下進(jìn)行。
圖1 薄膜太陽(yáng)能電池
研究目的
在制備薄膜太陽(yáng)能電池的過(guò)程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問(wèn)題。非均勻薄膜對(duì)太陽(yáng)能電池的性能產(chǎn)生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過(guò)程，解決沉積薄膜的非均勻性問(wèn)題。而在晶硅薄膜的制備過(guò)程中很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法獲得薄膜的生長(zhǎng)規(guī)律、氣流流動(dòng)特性、復(fù)雜的氣相和表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此需要借助CFD軟件模擬和預(yù)測(cè)非晶硅薄膜的沉積過(guò)程，獲得薄膜生長(zhǎng)規(guī)律，從而解決薄膜的均勻性問(wèn)題。
案例分析
等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應(yīng)器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應(yīng)氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中加有電離場(chǎng)，反應(yīng)氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經(jīng)過(guò)物理吸附過(guò)程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經(jīng)過(guò)化學(xué)吸附過(guò)程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2 PECVD反應(yīng)器示意圖
圖3 PECVD反應(yīng)器原理圖
為減少計(jì)算量，采用反應(yīng)器對(duì)稱的一半?yún)^(qū)域做計(jì)算。
展開(kāi) 鄧瑞英
上海安世亞太公司
化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）主要是利用含有薄膜元素的氣相物質(zhì)在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學(xué)氣相沉積技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中有著比較廣泛的應(yīng)用，例如，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD），等離子技術(shù)可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使得沉積過(guò)程能夠在較低的溫度下進(jìn)行。
在制備薄膜太陽(yáng)能電池的過(guò)程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問(wèn)題。非均勻薄膜對(duì)太陽(yáng)能電池的性能產(chǎn)生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過(guò)程，解決沉積薄膜的非均勻性問(wèn)題。而在晶硅薄膜的制備過(guò)程中很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法獲得薄膜的生長(zhǎng)規(guī)律、氣流流動(dòng)特性、復(fù)雜的氣相和表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此需要借助CFD軟件模擬和預(yù)測(cè)非晶硅薄膜的沉積過(guò)程，獲得薄膜生長(zhǎng)規(guī)律，從而解決薄膜的均勻性問(wèn)題。
案例分析
等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應(yīng)器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應(yīng)氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中加有電離場(chǎng)，反應(yīng)氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經(jīng)過(guò)物理吸附過(guò)程重新形成SiH4和H2。
展開(kāi) Ewell年等首次提出溶膠一凝膠法法,而真正用于陶瓷制備則始于1952年左右。該法以液體化學(xué)試劑配制成的醇鹽前驅(qū)體,將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液,加入適當(dāng)凝固劑使醇鹽發(fā)生水解、聚合反應(yīng)后生成均勻而穩(wěn)定的溶膠體系,再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間放置或干燥處理,濃縮成Si和C在分子水平上的混合物或聚合物,繼續(xù)加熱形成混合均勻且粒徑細(xì)小的Si和C的兩相混合物,在1460一1600℃左右發(fā)生碳還原反應(yīng)最終制得SiC細(xì)粉。控制溶膠一凝膠化的主要參數(shù)有溶液的pH值、溶液濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間等。該法在工藝操作過(guò)程中易于實(shí)現(xiàn)各種微量成份的添加,混合均勻性好；但工藝產(chǎn)物中常殘留羥基、有機(jī)溶劑對(duì)人的身體有害,原料成本高且處理過(guò)程中收縮量大是其不足。
有機(jī)聚合物的高溫分解是制備碳化硅的有效技術(shù)：
一類是加熱凝膠聚硅氧烷發(fā)生分解反應(yīng)放出小單體,最終形成SiO2和C,再由碳還原反應(yīng)制得SiC粉。
另一類是加熱聚硅烷或聚碳硅烷放出小單體后生成骨架,最終形成SiC粉末。
當(dāng)前運(yùn)用溶膠一凝膠技術(shù)把SiO2制成以SiO2為基的氫氧衍生物的溶膠/凝膠材料,保證了燒結(jié)添加劑與增韌添加劑均勻分布在凝膠之中,為形成高性能的碳化硅陶瓷粉末提供了條件。
無(wú)壓燒結(jié)被認(rèn)為是SiC燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，根據(jù)燒結(jié)機(jī)理的不同，無(wú)壓燒結(jié)又可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。S.Proehazka通過(guò)在超細(xì)β-SiC粉體（含氧量小于2%）中同時(shí)加入適量B和C的方法，在2020℃下常壓燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體。
展開(kāi) 高溫合金Ar 氣霧化制粉技術(shù)和裝備取得進(jìn)展，通過(guò)粉末的純凈度、粒度、O含量、夾雜和形貌控制，滿足我國(guó)粉末高溫合金渦輪盤(pán)件制備和3D打印復(fù)雜構(gòu)件的需求。未來(lái)高溫合金Ar氣霧化制粉技術(shù)將繼續(xù)朝著高純、細(xì)化、窄粒度、少夾雜、高球形度以及高效率和低成本的方向發(fā)展。在現(xiàn)有渦輪盤(pán)件制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了符合渦輪盤(pán)不同位置服役環(huán)境特點(diǎn)的雙性能渦輪盤(pán)和雙合金整體葉盤(pán)，研制的高溫合金鍛模材料可滿足我國(guó)粉末高溫合金渦輪盤(pán)件等溫鍛造的需求。綜合運(yùn)用同步輻射、原子探針等先進(jìn)表征手段和高通量實(shí)驗(yàn)手段，提高研發(fā)效率，揭示粉末高溫合金制備和服役過(guò)程中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和規(guī)律。
來(lái)源：《金屬學(xué)報(bào)》作者：張國(guó)慶 張義文 鄭亮 彭子超
展開(kāi) 金屬材料高通量制備技術(shù)介紹
材料高通量制備技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)制備大量不同成分的新型材料，可以加速新型材料的研發(fā)與應(yīng)用，被列為材料基因組技術(shù)的三大技術(shù)要素之一。其中金屬材料的高通量制備有多種制備方法，但傳統(tǒng)的金屬材料高通量制備方法制備周期長(zhǎng)，制備樣品尺寸較小，能源消耗較高。
隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，采用增材制造技術(shù)開(kāi)展金屬材料的高通量制備也得到了迅速的發(fā)展，且增材制造高通量制備相較于傳統(tǒng)高通量制備技術(shù)呈現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)：
1. 可以快速成型多種材料試樣；
2. 可以制備毫米級(jí)以上的塊狀樣品；
3. 研究過(guò)程中原材料消耗較少，更經(jīng)濟(jì)。
圖1 金屬材料高通量制備方法總覽
安世亞太科技股份有限公司攜手鋼鐵研究總院，基于激光選區(qū)熔化技術(shù)開(kāi)發(fā)了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的DLM-120HT金屬材料高通量增材制備設(shè)備。
圖2 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺(tái)
DLM-120HT是基于異質(zhì)粉末3D打印的新金屬材料開(kāi)發(fā)高通量制備平臺(tái)。直接利用元素粉末或合金粉末進(jìn)行激光選區(qū)熔化成型，一次打印過(guò)程可實(shí)現(xiàn)4種粉末、160種材料成分配比的力學(xué)性能樣件制備，適用于鋼鐵材料、鋁合金、鈦合金、 鎳基高溫合金、高熵合金等金屬新材料的成分篩選、性能研究以及梯度材料的研究。
圖3 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺(tái)技術(shù)路線
在最近結(jié)束的2021第四屆增材制造全球創(chuàng)新應(yīng)用大賽中，DLM-120HT高通量增材制備平臺(tái)獲得了特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。
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各有關(guān)單位：
隨著環(huán)保法規(guī)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水性樹(shù)脂得到廣泛的應(yīng)用，研究和開(kāi)發(fā)水性樹(shù)脂產(chǎn)品具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
但與溶劑型樹(shù)脂相比，水性樹(shù)脂還存在一些缺點(diǎn)，如附著力較低、硬度較小、成膜性能較差等。接枝改性、添加無(wú)機(jī)納米粒子并對(duì)聚合方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，或者以特殊的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)機(jī)、有機(jī)合成的中間體為原料，采用先進(jìn)的合成工藝生產(chǎn)雜化可等克服以上缺點(diǎn)。因此，在成功舉辦第一屆水性雜化樹(shù)脂技術(shù)的基礎(chǔ)上
導(dǎo)語(yǔ)
來(lái)源 | Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
01
背景介紹
傳統(tǒng)保持室內(nèi)熱舒適的方法需要消耗大量的能量，據(jù)估計(jì)，全球有超過(guò)10%的能源用于維持人體熱舒適。此外，用于實(shí)現(xiàn)舒適室內(nèi)溫度的空調(diào)不可避免地會(huì)排放溫室氣體，造成環(huán)境污染，導(dǎo)致全球變暖
來(lái)源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
氣凝膠是一類納米多孔材料，是最有前途的保溫材料之一。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有高比表面積(SSA)、極高孔隙率、超低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)等特性，使氣凝膠在建筑、航空航天、儲(chǔ)能、氣體檢測(cè)、催化
來(lái)源 | Applied Surface Science
01
背景介紹
近幾十年來(lái)，電路板上的晶體管尺寸不斷減小，導(dǎo)致功率密度急劇增加，產(chǎn)生大量熱量，影響電子元件的性能和壽命。因此，如何有效地散熱和管理電子元件的發(fā)熱已成為現(xiàn)代電子工業(yè)的關(guān)鍵問(wèn)題。具有優(yōu)異的柔性和延展性的熱界面材料
碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大，高溫抗氧化性強(qiáng)，耐磨損性能好，熱穩(wěn)定性，熱彭脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率大，硬度高，抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性。在汽車、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、空間技術(shù)、信息電子、能源等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)陶瓷。
SiC陶瓷的優(yōu)異性能與其獨(dú)特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。SiC是共價(jià)鍵很強(qiáng)的化合物，SiC中Si-C鍵的離子性僅
1、研究背景
滑石粉（Talc）填充可改善聚丙烯（PP）原材料的多種性能，包括成型收縮率、表面硬度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性和熱變形溫度等。隨著滑石粉用量的增加，改性料的熱變形溫度逐步增加，主要是由于滑石粉的加入大幅度提高了材料的剛性，同時(shí)在一定程度上，降低了改性料的成型收縮率。尤其是高含量PP-Talc40%體系由于高模量，低尺寸變化率，高耐熱溫度而被廣泛應(yīng)用于包括車燈殼體
金屬材料高通量制備技術(shù)介紹
材料高通量制備技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)制備大量不同成分的新型材料，可以加速新型材料的研發(fā)與應(yīng)用，被列為材料基因組技術(shù)的三大技術(shù)要素之一。其中金屬材料的高通量制備有多種制備方法，但傳統(tǒng)的金屬材料高通量制備方法制備周期長(zhǎng)，制備樣品尺寸較小，能源消耗較高。
隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，采用增材制造技術(shù)開(kāi)展金屬材料的高通量制備也得到了迅速的發(fā)展
一、研究的背景與問(wèn)題
進(jìn)入21世紀(jì)，鋼材材料仍是占主導(dǎo)地位的先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展要求大幅度提高鋼的強(qiáng)韌性，發(fā)展適應(yīng)不同要求的品種，改善鋼材質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，按照可持續(xù)發(fā)展的要求，開(kāi)發(fā)與人類友好的基礎(chǔ)材料，已成為從事鋼鐵材料研究和生產(chǎn)單位的歷史任務(wù)。合金化是常用的一種提高材料性能的有效手段，為了滿足人類社會(huì)發(fā)展對(duì)于材料性能不斷提出的新要求
高熵合金 (HEAs) 和中熵合金 (MEAs) 是由等摩爾或接近等摩爾比的幾種元素組成的合金。 HEAs/MEAs 的特殊組成特性導(dǎo)致其具有高強(qiáng)度和硬度、良好的熱穩(wěn)定性、高耐蝕性、高溫抗氧化性和優(yōu)異的磁性能等。電弧熔煉是最常用的 HEAs/MEAs 制備方法，可以在一定程度上凈化鑄錠，改善結(jié)晶。然而電弧熔煉中較低的冷卻速率容易導(dǎo)致粗大晶粒的形成，這對(duì)合金的性能有不利影響。 與電弧熔煉法相比，激光
