لایه نشانی به روش CVD

از آنجا که لایه نشانی به روش CVD در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد ، الزاما واکنش های شیمیایی متنوعی را در بر می گیرد. واکنش های فاز گاز (همگن) و واکنش های سطحی (غیرهمگن) به شکل پیچیده ای در کنار یکدیگر قرار دارند.

واکنش های شیمیایی در لایه نشانی به روش CVD شامل پیرولیز ، احیا، اکسیداسیون، تشکیل ترکیب و انتقال برگشت پذیر می باشند. این تقسیم بندی به نوع مواد اولیه مورد استفاده و شرایط رسوب دهی بستگی دارد.

لايه نشاني به روش cvd توانایی تولید لایه هایی با تنوع زیاد ، پوشش فلزات، نیمه رساناها و ساخت لایه هایی با ترکیبات آلی و غیرآلی دارد. لایه ها معمولا در شکل بلوری یا شیشه‎ ای (آمورف) ایجاد می شوند و با کنترل خواص مطلوب به دست می آیند.

با توسعه لایه نشانی به روش CVD خصوصیات سطحی مانند محافظت در برابر سایش ، خوردگی، واکنش های شیمیایی، تنش حرارتی، اکسید شدن و … بهبود یافت.

مراحل لایه نشانی به روش CVD

به طور کلی سه رژیم واکنش سطحی (سینتیکی)، نفوذ (انتقال جرم) و واجذب در فرآیند لایه نشانی CVD درگیر است.

فرآیند رسوب دهی شیمیایی بخار ، طی پنج مرحله به صورت زیر انجام می شود:

• ورود گازهای واکنش دهنده به داخل راکتور
• نفوذ گازها از طریق یک لایه مرزی
• تماس گازها با سطح زیرپایه
• انجام عملیات نشست روی سطح زیرپایه
• نفوذ محصولات جانبی واکنش از طریق لایه مرزی

روش های لایه نشانی CVD

لایه نشانی به روش CVD متناسب با نوع مواد اولیه مورد استفاده ، روش ها و محفظه های متنوعی ابداع شده است.

در روش CVD شرایط رسوب دهی و اشکال مختلف انرژی در سامانه به منظور فعال کردن واکنش های شیمیایی مورد نظر برای رسوب دهی لایه های جامد استفاده می شود.

به عنوان مثال هنگامی که از ترکیبات آلی فلزی به عنوان مواد اولیه استفاده می شود، فرآیند را با عنوان MOCVD (CVD آلی فلزی) می شناسند و هنگامی که از پلاسما برای بهبود واکنش شیمیایی استفاده شود، به آن CVD بهبود یافته با پلاسما یا PECVD می گویند.

لایه نشانی به روش CVD به اشکال اصلاح شده دیگری مانند LPCVD (فرآیند فشار پایین) ، CVD بهبود یافته با لیزر و CVD با کمک ایروسل (AACVD) وجود دارد. در ادامه به توضیح برخی از این روش ها پرداخته می شود.

روش LPCVD

روش LPCVD متفاوت از فرآیند مرسوم لایه نشانی به روش CVD است و در فشار های پایین 5/0 تا 1 torr انجام می شود.

در فشار پایین، غلظت بیشتری از گاز متراکم شده و مقادیر بیشتری از گاز به زیرلایه نفوذ می کند. اغلب رشد لایه نازک با نرخ واکنش محدود می شود. نواقص کمتری به دلیل فشار کم وجود دارد. یکنواختی پوشش دهی و ضخامت فیلم در سطوح غیرمسطح بیشتر خواهد بود. این امر به دلیل کاهش واکنش های ناخواسته در فشار پایین است.

روش PECVD

روش رسوب دهی شیمیایی بخار پلاسمایی یا PECVD ، پلاسمای RF یا DC در نزدیکی زیرلایه ایجاد می شود. این پلاسما درون همان محفظه ای که واکنش لایه نشانی به روش CVD رخ می دهد ، وجود دارد.

در روش PECVD یون های پر انرژی ، مومنتوم خود را به مولکول ها و اتم های گازی واکنش دهنده انتقال می دهند. انتقال انرژی سبب شکست مولکول ها و کمک به واکنش های شیمیایی می شود. همچنین انرژی انتقال یافته به یکنواختی بهتر پوشش کمک می کند.

لایه نشانی به روش CVD مبنی بر پلاسما ، کیفیت لایه نازک را در فشار پایین تر بهبود می بخشد. همچنین وجود پلاسما منجر به بهبود نرخ رسوب دهی می شود و بنابراین رشد لایه ها در دمای پایین زیرلایه را ممکن می سازد.

روش MOCVD

روش MOCVD ، که با عنوان هم بافتگی فاز بخار آلی فلزی نیز شناخته می شود (OMVPE)، به دلیل تفاوت در طبیعت شیمیایی مواد اولیه گازی متفاوت از دیگر فرآیندهای لایه نشانی به روش CVD است.

در روش MOCVD از ترکیبات آلی فلزی استفاده می شود. از لیزر به منظور بهبود و ارتقا واکنش های شیمیایی در رسوب دهی لایه ها استفاده شده است. همچنین در این روش واکنش دهنده ها در دمای پایین فرار هستند و هم واکنش دهنده ها و هم محصولات جانبی در این روش می تواند خطرناک باشد.

روش AACVD

 لایه نشانی به روش CVD با کمک ایروسل (AACVD) برای سامانه هایی ابداع شده است که در آن ها مواد اولیه گازی در دسترس نیستند و فشار بخار مواد اولیه مایع و جامد بیش از اندازه پایین است.

در روش AACVD ، مواد اولیه پراکنده می شوند تا به قطرات مایع تبدیل شوند و به وسیله گاز حاملی به محفظه رسوب دهی انتقال می یابند. درون محفظه رسوب دهی ، قطرات مایع تجزیه شده واکنش می دهند و لایه ها را بر روی زیرلایه رشد می دهند.

به طور کلی می توان محفظه های واکنش در لایه نشانی به روش CVD به دو دسته دیواره گرم و دیواره سخت تقسیم کرد.

محفظه های رسوب دهی شیمیایی با دیواره گرم معمولا لوله ای شکل هستند و حرارت دهی در آن ها به وسیله اجزای مقاوم به عبور جریان انجام می شود. در محفظه های با دیواره سرد، زیرلایه های گرافیتی به صورت القایی حرارت می بینند و دیواره های محفظه با جریان هوا یا آب، سرد می شوند.

ساخت نانو ذرات با لایه نشانی به روش CVD

با استفاده از لایه نشانی به روش CVD ، نانو ساختار‌های متنوعی مانند نانوساختار‌های سرامیکی، کاربید‌ها و نانولوله‌های کربنی ایجاد می شود. با استفاده از سرعت بالای این روش، نانوساختار‌های مختلف را به‌ صورت صنعتی تهیه می شود.

لازم به ذکر است با توجه به اینکه از دماهای بسیار بالا در لایه نشانی به روش CVD استفاده می شود ، کنترل دما در این فرآیند دشوار است. گرادیان دمایی ایجاد شده باعث دشواری کنترل شکل و ساختار ذرات و لایه نازک ایجاد شده می شود و کیفیت نهایی لایه ایجاد شده را کاهش می‌دهد.

باید توجه شود که در لايه نشاني به روش cvd لازم است از تشکیل ذرات جامد در فاز گازی جلوگیری به عمل آید. در این صورت علاوه بر هدر رفتن مواد اولیه، لایه ‌های ایجاد شده ضخامت ‌یکنواخت نخواهند داشت.

به طور کلی با لایه نشانی به روش CVD ، می توان موادی تک لایه، چندلایه، کامپوزیت، نانوساختار و پوشش هایی با ساختار دانه بندی معین با کنترل ابعادی بسیار عالی و ساختار یکنواخت در فشارهای پایین تولید کرد. همچنین رسوب دهی شیمیایی بخار ، فرآیندی مناسب برای ساخت و تولید پوشش ها، پودرها، فیبرها و اجزا یک پارچه می باشد.

قیمت لایه نشانی به روش CVD

رسوب دهی شیمیایی بخار نسبت به دیگر روش های لایه نشانی ، بازدهی بالایی در دستیابی به محصول با کیفیت دارد. همچنین به دلیل هزینه پایین دستگاه ، این روش نسبت به لایه نشانی به روش PVD فرآیندی ارزان قیمت تر است.