1、第四章第四章 真空沉積技術真空沉積技術引 言 目前，氣相沉積硬質鍍層TiN已被廣泛用于提高耐磨工模具的壽命，具有很大的經濟效益和廣闊的發展前景。 然而，沉積理論落后于沉積技術的現象已在很大程度上影響了此項技術的進一步發展，例如鍍層質量的測試及評定方法；開展新型的膜基體系和膜基間的相互關系的研究；開展復合鍍、多層鍍的機理研究等。 這些研究將為新材料新工藝轉化為生產力提供有效的基本數據，為進一步發展新材料奠定理論基礎。氣相沉積發展史 氣相沉積硬質鍍層的發展可追溯到上個世紀末，德國的Erlwein等利用化學氣相沉積（簡稱CVD），在氫氣的參與下，用揮發性的金屬化合物與碳氫化合物反應，在白熾燈絲上形成

2、TiC。 后來Arkel和Moers等又分別報道了在燈絲上用CVD制取高熔點碳化物工藝試驗的研究結果。直到1945年，CVD，TiC的研究仍局限于實驗室，因為當時人們認為該工藝反應溫度高，鍍層脆性大，易于開裂。 1952年聯邦德國金屬公司的冶金實驗室驚奇地發現在1000下，在鑄鐵表面也能得到粘結很好的TiC鍍層。 從1954年起，他們又在工模具表面也得到了致密、光滑、粘結力良好的TiC鍍層，井隨之取得了聯邦德國、美國、法國、瑞典及日本等國的專利。 硬質合金鍍層刀具是1968年才出現的。 1966年聯邦德國的克魯伯公司申請得到鍍層硬質合金的專利， 大約在同時期瑞典的山特維克公司也開始了TiC鍍層

3、硬質合金的研究，并于1967年獲得成功。 從19681969年，聯邦德國和瑞典的TiC鍍層刀片已先后投放世界市場。 到1970年，美國、日本、英國等硬質合金制造商也相繼開始了鍍層刀片的研究與生產，美國TFS公司與聯邦德國研制的TiN鍍層刀片也相繼問世。 到60年代末，CVD，TiC及TiN硬膜技術已逐漸走向成熟大規模用于鍍層硬質合金刀片以及Cr12系列模具鋼。目前在發達國家中，刀片的70一80是帶鍍層使用的。 CVD的主要缺點是沉積溫度高（9001200），超過了許多工模具的常規熱處理溫度，因此鍍覆之后還需進行二次熱處理，不僅引起基材的變形與開裂，也使鍍層的性能下降。 大多數精密刀具都是高速鋼

4、制造的，這些刀具制造復雜，價格昂貴，消耗貴金屬，迫切需要延長使用壽命。因此推動了物理氣相沉積（PVD）硬膜技術的誕生與發展。 在 1963年DMMattox已提出了離子鍍技術，并于 1967年取得了美國專利。 時隔兩年，美國的IBM公司研制出射頻濺射法。這兩種技術與蒸鍍構成了PVD的三大系列。 進人70年代，PVD技術的崛起與CVD技術的提高，使得表面鍍層技術進人了全面的發展。 1972年美國加州大學Bunshan發明了活性反應蒸鍍技術， 1973年前蘇聯又推出了多弧離子鍍；與此同時， 日本的村山洋一發明了射頻離子鍍。一年之后。日本的小宮澤治將空心陰極放電技術用于離子鍍形成了目前廣泛應用的空心

5、陰極離子鍍。 在這之后，又推出了磁控濺射離子鍍、活性反應離子鍍、集團束離子鍍等。 與此同時，濺射技術也得到了迅速的發展，先后出現了二極、三極、磁控和射頻濺射等技術。 在PVD技術發展的同時，中溫CVD、低溫CVD和低壓CVD也相繼問世，目的在于降低沉積溫度，減小界面脆性相，降低反應氣體用量，實現自動控制，提高鍍層質量。 CVD還利用其易于調控化學成分的特點在鍍層類型和結構上也取得了新的發展。 1973年出現了TiC TiCN TiN復合鍍層，其性能較單一鍍層TiC或 TIN有顯著的提高。 1978年又在上述鍍層的基礎上增加了化學穩定性更好的 Al2O3鍍層，厚度可達10mp，仍具有良好的結合力

6、。 目前 CVD能夠制備的硬質膜種類達幾十種，并能制備三層以上的多層膜和梯度膜。 80年代氣相沉積發展的主要特征是PVD沉積技術進一步完善并擴大應用范圍， 等離子激活氣相化學沉積（PCVD）技術的產生， 基礎研究開始起步并日益受到重視。 1978年，Hazle，Wood和Iondnis首次報道了用PVCD沉積TiC，發現沉積溫度可降至500； 1980年Archer利用PCVD技術的沉積出TiC，TiN與TiCN鍍層。 1983年我國的李世直采用直流與射頻PCVD在高速鋼基體上沉積出TiC，TiN與TiCN鍍層。 隨后日本的Kikuchi和美國的Hilton、聯邦德國的 Mayt、韓國的Don

7、g Hong Jang以及奧地利的Laimer等都報道了PCVD沉積TiN的研究結果。 PCVD的特點是將輝光放電的物理過程和化學氣相沉積相結合，因而具有PVD的低溫性和CVD的繞鍍性和易于調整化學成分和結構的性能，它有可能取代適合PVD和CVD工藝的某些鍍膜范圍。 目前 PCVD沉積 TiN存在的主要問題：是真空度低，鍍層雜質含量（Cl，O）較高，硬度低，沉積速率過快，鍍層柱狀晶嚴重并存在空洞等缺陷，化學反應不完全使氯滯留在鍍層及界面上降低結合力，PCVD設備的腐蝕比較嚴重。 總的說來，PCVD仍處于發展階段，隨著此項技術的成熟，必將在表面技術中發揮更大作用。 80年代后期發展的新趨勢是滲、

8、鍍結合的復合處理。 鍍層雖然硬，但由于基體軟，重載下易變形，使鍍層破碎。 復合處理則在基體中滲入碳、氮等可達數百微米厚，對表面薄膜（鍍層）有足夠的支持強度。 滲入處理溫度較高，為降低溫度曾采用離子注入的方法。 注入可在100以下進行，但缺點是層淺，時間長，設備價格高且為直線性，欲多方位注入則生產率很低，因而離子注入長期未能得到生產應用。 80年代以來發展的離子束輔助鍍膜（IAC）或離子束輔助沉積（IBAD）就是在離子注入上發展起來的注鍍結合、少注多鍍的工藝。 注入層只有幾十到幾百納米厚，是為了提高結合力，沉積時則可形成幾微米厚的膜層，但仍存在直線性和生產率低的缺點。 在電源上以往分為射頻和直流

9、兩種，射頻雖可用于非導體及導體薄膜，但實用中發現射頻對周圍的電器設備有影響，也不易改變其參數。 80年代后期逐漸推廣脈沖電源，有取代直流的趨勢，其優點為可控制通斷時間來改變工藝條件，并可在深孔內部獲得均勻的滲層和沉積層，其典型用例為噴油嘴內孔的改性處理。 提高頻率至微波范圍則是沉積金剛石膜的一種方案。 薄膜（鍍層）材料方面，早期發展的材料為TiC和 TN類型，例如 AlN，CrN等。 為提高硬度后來選擇的是立方氮化硼（CBN）和金剛石、類金剛石（DLC）膜。 CBN所用的原料硼烷有毒，因而研究更集中于金剛石方面。 第四章 真空沉積技術1. 物理氣相沉積 1.1 真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 1

10、.2 濺射鍍膜 1.3 離子鍍膜2. 化學氣相沉積 2.1 化學氣相沉積的一般原理 2.2 化學氣相沉積技術 2.3 化學氣相沉積技術的應用物理氣相沉積(PVD)真空蒸發鍍膜真空蒸發鍍膜濺射鍍膜濺射鍍膜離子鍍膜離子鍍膜真空表面沉積技術起始于真空蒸發鍍膜，其基本過程是： 在真空容器中將蒸鍍材料(金屬或非金屬)加熱，當達到適當溫度后，便有大量的原子和分子離開蒸鍍材料的表面進入氣相。 因為容器內氣壓足夠低，這些原子或分子幾乎不經碰撞地在空間內飛散， 當到達表面溫度相對低的被鍍工件表面時，便凝結而形成薄膜。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程1234569871.基片架和加熱器 2

11、. 蒸發料釋出的氣體3. 蒸發源 4. 擋板 5. 返流氣體 6. 真空泵 7. 解吸的氣體 8. 基片 9. 鐘罩真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程蒸發成膜系統如右圖蒸發成膜系統如右圖所示。所示。主要部分有：真空容器真空容器(提供蒸發所需的真空環境)，蒸發源蒸發源(為蒸鍍材料的蒸發提供熱量)，基片基片(即被鍍工件，在它上面形成蒸發料沉積層)，基片架基片架(安裝夾持基片)加熱器加熱器。蒸發成膜過程是由蒸發、蒸發材料粒子的遷移和沉蒸發成膜過程是由蒸發、蒸發材料粒子的遷移和沉積三個過程所組成。積三個過程所組成。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程被鍍材料被

12、鍍材料蒸發過程蒸發過程蒸發材料蒸發材料粒子遷移粒子遷移過程過程蒸發材料蒸發材料粒子沉積粒子沉積過程過程蒸發材料蒸發材料粒子 基片(工件) 蒸發過程蒸發過程 鍍膜時，加熱蒸鍍材料，使材料以分子或原子的狀態進入氣相。 在真空的條件下，金屬或非金屬材料的蒸發與在大氣壓條件下相比要容易得多。 沸騰蒸發溫度大幅度下降，熔化蒸發過程大大縮短，蒸發效率提高。以金屬鋁為例，在一個大氣壓條件下，鋁要加熱到2400C才能達到沸騰而大量蒸發，但在1.3mPa壓強下，只要加熱到847C就可以大量蒸發。 一般材料都有這種在真空下易于蒸發的特性。一般材料都有這種在真空下易于蒸發的特性。 真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸

13、發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程z單位時間內單位面積上蒸發出的分子數。px蒸發材料的蒸氣壓(Pa)。M材料的摩爾質量(g/mol)T熱力學溫度(K) 若用單位面積、單位時間內蒸發的質量，則有：) scm/()1(1051. 322/122個分子TMpzx蒸鍍材料受熱蒸發的速率由下式給出：) sg/cm()(1083. 522/12TMpGxz 所以，影響材料蒸發速度的因素所以，影響材料蒸發速度的因素，包括： 材料的蒸汽壓px， 材料的摩爾質量M， 蒸發溫度T另外，還有蒸鍍材料表面潔凈程度。蒸發料上出現污物，蒸發速度降低。特別是氧化物，它可以在被蒸鍍

14、金屬上生成不易滲透的膜皮而影響蒸發。不過，如果氧化物較蒸鍍材料易于蒸發(如SiO2對Si)或氧化物加熱時分解，或蒸發料能穿過氧化物而迅速擴散，則氧化物膜將不會影響蒸發。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 蒸發分子的遷移過程蒸發分子的遷移過程 蒸發材料分子進入氣相，就在氣相內自由運動，其運動的特點和真空度有密切關系。常溫下空氣分子的平均自由程為)cm(652. 0p 在p = 1.310-1Pa時， = 5cm； p = 1.310-4Pa時， 5000cm。 在壓力p = 1.310-4Pa時，雖然在每cm3 空間中還有3.21010個分子，但分子在兩次碰撞之間，有約50

15、m長的自由途徑。 在通常的蒸發壓強下，平均自由程較蒸發源到基片的距離大得多，大部分蒸發材料分子將不與真空室內剩余氣體分子相碰撞，而徑直飛到基片上去，只有少數粒子在遷移途中發生碰撞而改變運動方向。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 若設蒸發出的分子數為z0，在遷移途中發生碰撞的分子數為z1，蒸發源到基片的距離為 l，則發生碰撞的分子數占總蒸發分子數的比率可又下式求出：)exp(101lzz即遷移途中發生碰撞的分子數)exp(1 01lzz碰撞分子數與蒸發源到基片距離的關系碰撞分子數與蒸發源到基片距離的關系由上式可以算出：當蒸發源到基片的距離l = ， 則z1 = 63%z0

16、當蒸發源到基片的距離l = 10 ，則z1 = 9 %z0即蒸發源到基片的距離愈大，發生碰撞的分子數愈少。即蒸發源到基片的距離愈大，發生碰撞的分子數愈少。此式的圖形見下頁此式的圖形見下頁真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 遷移途中發生碰撞的分子百分數與遷移途中發生碰撞的分子百分數與 實際路程對平均自由程之比的關系實際路程對平均自由程之比的關系0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.48070605040302010 0實際行程/平均自由程（l / ）碰撞分子百分數( z1/z0 100)平均自由程必須較蒸發源到基片的距離大得多，才能在平均自由程必須較蒸發源

17、到基片的距離大得多，才能在遷移過程中避免發生碰撞現象。遷移過程中避免發生碰撞現象。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空室內的殘余氣體真空室內的殘余氣體 對于一個具有密閉的、潔凈的、設計良好的真空系統的鍍膜機來說，當氣壓為1.310-4Pa時，除了蒸發源在蒸發時釋氣外(如果蒸鍍材料較純，這種釋氣是不多的)，真空室內壁解吸的吸附氣體分子是主要的氣體來源。殘余氣體的影響：殘余氣體的影響： 在計算鍍膜機真空系統抽氣能力時，除根據真空室容積選擇真空泵外，還要考慮解吸氣體的影響。 污染作用。殘余氣體分子以一定速度在真空室內作無規則的運動，并以一定的幾率與工件表面相碰撞。即使在高真空

18、的條件下，單位時間內與基片碰撞的氣體分子數也是十分可觀的。殘余氣體分子到達基片后，一部分留在基片上，一部分飛走。 在大多數系統中，水汽是殘余氣體的主要組成部分。如真空度為1.310-4Pa時，殘余氣體中90%是水。 水汽可與金屬膜反應，生成氧化物而釋放出氫；或與水汽可與金屬膜反應，生成氧化物而釋放出氫；或與熱源熱源(如鎢絲如鎢絲)作用，生成氫和一種氧化物。作用，生成氫和一種氧化物。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 (1) 烘烤烘烤。使鐘罩內壁、內部夾具、基片等器件上吸附的氣體解吸出來，由真空泵排除。這對鍍制要求較高的膜層是極為重要的。 (3) 提高真空度。提高真空度。把

19、真空度提高到1.310-4Pa以上，使蒸鍍材料分子到達基片的速率高于殘余氣體分子到達率。 (2) 對蒸發材料加熱除氣。對蒸發材料加熱除氣。即在鍍膜開始前讓蒸鍍材料先自由蒸發一段時間(此時用擋板擋住基片，防止鍍在基片上)，然后打開擋板開始蒸鍍。由于室內活性氣體減少，提高了膜層質量。減少殘余氣體及水汽的影響、提高膜層的純度的方法減少殘余氣體及水汽的影響、提高膜層的純度的方法真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程Z是蒸發速率是蒸發速率，即單位時間內、單位面積上蒸發的分子數， 稱為凝結系數稱為凝結系數，是指到達基片并被凝結的部分占入射原子數的 比率。與基片的潔凈程度有關。潔凈的基片

20、= 1。所以在蒸發鍍膜之前，基片的清潔是十分重要的。 在通常的蒸發壓強下，原子或分子從蒸發源遷移到基片的途程中并不發生碰撞，因此遷移中無能量損耗。當它們入射到接近于基片的若干原子直徑范圍時，便進入工件表面力的作用區域，并在工件表面沉積，形成薄膜。 蒸發材料蒸氣分子到達基片的數量可用下式表示：) scm/()1(105 . 322/122個分子TMpzzxm 在基片上淀積成膜過程在基片上淀積成膜過程物理氣相沉積(PVD)真空蒸發鍍膜真空蒸發鍍膜濺射鍍膜濺射鍍膜離子鍍膜離子鍍膜濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜：濺射鍍膜：在真空室內用正離子(通常是Ar+)轟擊陰極(沉積材料做的靶)，

21、將其原子濺射出，遷移到基片(工件)上沉積形成鍍層。靶面原子靶面原子的濺射的濺射濺射原子向濺射原子向基片的遷移基片的遷移濺射原子在濺射原子在基片沉積基片沉積靶基片濺射原子正離子濺射鍍膜也是由三個階段組成。濺射鍍膜也是由三個階段組成。靶面原子的濺射靶面原子的濺射濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點當高速正離子轟擊作為陰極的靶材時，靶面產生許多復雜的現象。 離離子子轟轟擊擊固固體體表表面面發發生生的的現現象象及及其其幾幾率率現 象 名 稱 及 發 生 幾 率濺 射濺射率 = 0.1 1.0離子濺射一次離子反射系數 = 10-4 10-2離子散射被中和的一次離子反射系數mm = 10-3 10-2

22、離 子 的注入率1- ( + m)注 入注入深度 dd = 10-7 10-6cm二次電子放出二次電子放出系數 = 0.1 1.0二次離子放出二次離子放出系數 KK = 10-6 10-4Ar+ (能量100eV到10keV)入射濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點濺射量濺射量S S = Q式中Q為入射的正離子數。所以，要提高濺射量要提高濺射量S，必須提高濺，必須提高濺射率射率 ，或增加正離子量，或增加正離子量Q。影響濺射率影響濺射率 的的因素：因素： 元素的種類， 工作氣體的離子能量。適當的離子能量，有最佳的值(右圖)。 工作氣體的種類。 靶的溫度，溫度高更有利于濺射。 工作氣體離子入射

23、的角度。101 102 103 104 105 1061021011010-110-210-310-410-5能量 (eV)XeArNeHeOH濺射產額(原子/離子)濺射產額與入射離子濺射產額與入射離子 能量的關系能量的關系正離子量Q的增加，雖能增加濺射量S，但這將增加工作氣體的壓力，伴隨帶來雜質的增加，影響膜層質量。濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點濺射成膜過程中的幾個重要問題濺射成膜過程中的幾個重要問題 沉積速率沉積速率 沉積速率與粒子從陰極逸出的速率成正比，即 z = CS = CQ式中C是表示濺射裝置特性的常數。 影響z的因素，除了前面已討論的、Q以外，為了收集最多的濺射粒子，工

24、件應盡可能靠近作為陰極的靶面而又不影響輝光放電。 可見，要降低p0，必須增大工作氣體的量Qa，相當于用Ar氣沖洗真空室。為了保證要求的工作壓強，必須匹配較大抽速的真空泵。 另外，提高真空室的預真空度，這樣Q0就小。也就是說，所配真空系統的極限真空度要高。如濺射工作壓強為1.310-1Pa，預真空度應為1.310-4Pa或更高。濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點 薄膜的純度薄膜的純度。 要提高薄膜的純度，必須減少碰撞工件的不純物質和雜質氣體，特別與“殘余氣體壓力/成膜速度”的比值有關。 設p0為殘余氣體壓力，pa為工作氣體Ar的壓力， Q0為殘余氣體量， Qa為進入的Ar氣量，則 p0V

25、= Q0， paV = QaaaQQpp00aapQQp00由此得濺射鍍膜的原理及特點濺射鍍膜的原理及特點 沉積過程中的污染沉積過程中的污染。 這種污染來自真空室和系統內部吸附氣體的解吸，因此在濺射開始前，有的設備要烘烤真空室以解吸吸附的氣體，由真空泵抽除。工件在裝爐前要進行徹底的凈化。系統設計時采取措施減少油擴散泵蒸氣的返流。影響沉積薄膜質量的其它因素影響沉積薄膜質量的其它因素工作氣體工作氣體。濺射氣體對濺射材料呈惰性，有高的濺射速度，本身純度高，價格便宜且來源方便，通常使用Ar氣。濺射電壓與基片的電狀態濺射電壓與基片的電狀態。如在3kV以下濺射鉭膜，膜層表現出明顯的多孔性，而電壓在46kV

26、時，成膜質量較好。工件的電狀態工件的電狀態(如接地、漂浮、加固定偏壓如接地、漂浮、加固定偏壓)。工件若有目的地加上偏壓，便按所加電壓的極性接受電子或離子，可改變薄膜的晶格結構。工件的溫度工件的溫度。影響膜層的結晶狀態和結合強度。濺射鍍膜二極濺射二極濺射1234567891.鐘罩 2. 陰極屏蔽 3. 陰極陰極 4. 陽極陽極 5. 加熱器 6. 高壓 7. 高壓屏蔽 8. 高壓線路 9. 基片基片 直流二極濺射直流二極濺射二極濺射是最基本最簡二極濺射是最基本最簡單的濺射裝置。單的濺射裝置。在右圖的直流二極濺射裝置中，主要部件為 靶(陰極) 工件(基片) 陽極 工作時，真空室預抽到6.510-3

27、Pa，通入Ar 氣使壓強維持在1.310 1.3 Pa， 接通直流高壓電源，陰極靶上的負高壓在極間建立起等離子區，其中帶正電的Ar離子受電場加速轟擊陰極靶，濺射出靶物質， 濺射粒子以分子或原子狀態沉積于工件表面，形成鍍膜。濺射鍍膜二極濺射二極濺射在直流二極濺射的基礎上，發展出多種二極濺射的形式(1) 偏壓濺射偏壓濺射 在基片上加接 -100 -200V的直流負偏壓，在濺射過程中工件表面將受到低能量的正離子轟擊，使吸附的氣體解吸，提高膜的純度。 由于負偏壓的存在，對膜的生長速度有不利的影響。(2) 不對稱交流濺射不對稱交流濺射 其特點是應用不對稱交流電源。在靶和基片之間通以50Hz的低頻交流電壓

28、。當靶為負極性時，濺射出來的粒子沉積在工件上。但在另半周，工件上沉積的薄膜發生再濺射。 在電路設計時，使靶為負極性時放電電流顯著大于工件為負極時使靶為負極性時放電電流顯著大于工件為負極時的放電電流。宏觀上的總效果在工件上有薄膜沉積，且膜層結合牢的放電電流。宏觀上的總效果在工件上有薄膜沉積，且膜層結合牢固。固。二極濺射二極濺射(3) 射頻濺射射頻濺射(RF濺射濺射) 當靶材為絕緣體，使用直流濺射，則Ar+離子會在靶表面積蓄，從而使靶面電位升高，結果導致放電停止。 射頻濺射射頻濺射：在絕緣材料背面的金屬板電極(將絕緣材料緊貼在金屬電極上)上通以10MHz以上的射頻電源，由于在靶上的電容偶合，就會在

29、靶前面產生高頻電壓，使靶材內部發生極化而產生位移電流，靶表面交替接受正離子和電子轟擊。 因此，射頻濺射可以適用于各種材料，包括石英、玻璃、氧化鋁、藍寶石、金剛石、氮化物、硼化物薄膜等。 射射頻頻二二極極濺濺射射的的沉沉積積速速率率靶材料沉積速率(m/min)說 明金0.3靶尺寸：銅0.15 17cm 圓板鋁0.1靶和基板間隔：不銹鋼0.1 4.5cm硅0.05射頻電源功率：石英0.025 1kWZnS1氬壓力：CdS0.6 2.6Pa在靶電極處于負半周時，在靶電極處于負半周時，Ar+離子在電場作用下使靶材濺射；在正半周時，在正半周時，開始是電子跑向靶電極，中和了靶材表面的正電荷，并迅速積聚大量

30、電子，使靶面呈負電位，仍然吸引Ar+離子撞擊靶材而產生濺射。二極濺射二極濺射二極濺射的缺點二極濺射的缺點： 在直流二極濺射的工作壓強范圍內，用作主抽泵的擴散泵幾乎不 起作用。主閥處于關閉狀態，排氣速度小，所以殘余氣體對膜層排氣速度小，所以殘余氣體對膜層 的玷污較嚴重。的玷污較嚴重。 基板升溫高達幾百度，所以不允許變形的精密工件不能用此法沉不允許變形的精密工件不能用此法沉 積薄膜。積薄膜。 膜的沉積速率低膜的沉積速率低，因此10m以上厚度不宜采用二極濺射。要注意的是要注意的是，提高離子入射能量就能提高沉積速率。濺射幾率是離子能量E的函數：當E = 150eV時，和E2成正比；當E = 15040

31、0eV時，和E成正比；當E = 400500eV時，和 成正比而后趨于飽和；E再增加反而減小。101 102 103 104 105 1061021011010-110-210-310-410-5能量 (eV)XeArNeHeOH濺射產額(原子/離子)E在一般情況下，在所選的離子在一般情況下，在所選的離子能量能量E的范圍內，二極濺射的的范圍內，二極濺射的靶壓均是較高的。靶壓均是較高的。磁控濺射等離子體等離子體磁道磁道靶靶冷卻水冷卻水磁體磁體磁控濺射靶磁控濺射靶平衡和非平衡磁控濺射的比較非平衡技術提高轟擊工件的離子電流 Mag 4 Ti Mag 1 Mag 2 Ti Mag 3 Ti targe

32、t N polar S polar 1 fold 3 fold Teer 1996 CFUBMSIP 0 50 100 150 200 250 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 偏偏壓壓 (V) 離離子子電電流流 (A) Teer 1995 CFUBMSIP 不不平平衡衡磁磁控控濺濺射射 傳傳統統磁磁控控濺濺射射 100 7mA/cm2 0 240 680 100 5 112Loa Friction force 1st derivative 劃痕臨界載荷劃痕臨界載荷 60N 0 2468100 0 5 10 15 20 Load Friction force 劃痕臨界載荷劃痕臨界載荷 9

33、0N 1st derivative 柱狀晶柱狀晶致密等軸晶致密等軸晶 物理氣相沉積(PVD)真空蒸發鍍膜真空蒸發鍍膜濺射鍍膜濺射鍍膜離子鍍膜離子鍍膜將真空室中的輝光放電等離子體技術與真空蒸發鍍膜技術結合起來的一種PVD技術離子鍍膜離子鍍膜離子鍍膜的優點離子鍍膜的優點 (1) 膜層的附著力強，不易脫落，這是離子鍍膜的重要膜層的附著力強，不易脫落，這是離子鍍膜的重要特性。特性。 如在不銹鋼上鍍制2050m厚的銀膜，可以達到300N/mm2的粘附強度，鋼上鍍鎳，粘附強度也極好。 離子鍍膜附著力強的原因 離子轟擊對基片產生濺射離子轟擊對基片產生濺射，使表面雜質層清除和吸附層解吸，使基片表面清潔，提高了

34、膜層附著力。 濺射使基片表面刻蝕濺射使基片表面刻蝕，增加了表面粗糙度。濺射在基片表面產生晶體缺陷，使膜離子向基片注入和擴散，而膜晶格中結合不牢的原子將被再濺射，只有結合牢固的粒子保留成膜。 轟擊離子的動能變為熱能，對蒸鍍表面產生了自動加熱效應轟擊離子的動能變為熱能，對蒸鍍表面產生了自動加熱效應，提高表層組織的結晶性能，促進了化學反應。而離子轟擊產生的晶格缺陷與自加熱效應的共同作用，增強了擴散作用。 飛散在空間的基片原子有一部分再返回基片表面與蒸發材料原飛散在空間的基片原子有一部分再返回基片表面與蒸發材料原子混合和離子注入基片表層，促進了混合界面層的形成。子混合和離子注入基片表層，促進了混合界面

35、層的形成。結合上述擴散作用，改變了結合能和凝聚蒸氣粒子與基體粒子的粘附系數，增大了粘附強度。離子鍍膜的優點離子鍍膜的優點(2) 繞射性好繞射性好 首先，蒸發物質由于在等離子區被電離為正離子，這些正離子隨電場的電力線而終止在帶負電壓的極片的所有表面，因而基片的正面反面甚至內孔、凹槽、狹縫等，都能沉積上薄膜。 其次是由于氣體的散射效應。這種情況特別發生在工作壓強較高時(1.3Pa)，沉積材料的蒸氣分子在到達基片的路途上將與殘余氣體分子發生多次碰撞，使沉積材料散射到基片周圍，因而基片所有表面均能被鍍覆。(3) 沉積速率快，鍍層質量好沉積速率快，鍍層質量好 離子鍍膜獲得的鍍層組織致密，針孔、氣泡少。而

36、且鍍前對工件(基片)清洗處理較簡單。成膜速度快，可達75m/min，可鍍制厚達30m的鍍層，是制備厚膜的重要手段。(4) 可鍍材質廣泛可鍍材質廣泛 離子鍍膜可以在金屬表面或非金屬表面上鍍制金屬膜或非金屬膜離子鍍膜可以在金屬表面或非金屬表面上鍍制金屬膜或非金屬膜，甚至可以鍍塑料、石英、陶瓷、橡膠。可以鍍單質膜，也可以鍍化合物膜。各種金屬、合金以及某些合成材料，熱敏材料，高熔點材料，均可鍍覆。 采用不同的鍍料，不同的放電氣體及不同的工藝參數，就能獲得與基體表面附著力強的耐磨鍍層，表面致密的耐蝕鍍層，潤滑鍍層，各種顏色的裝飾鍍層以及電子學、光學、能源科學等所需的特殊功能鍍層。直流二極型離子鍍膜直流二

37、極型離子鍍膜離子鍍膜離子鍍膜123456Ar78910111. 鐘罩 2. 工件工件 3. 擋板4. 蒸發源蒸發源 5. 絕緣子6. 擋板手輪 7. 燈絲電源8. 高壓電源 9. 底板10. 輝光區輝光區 11. 陰極暗區 鍍前將真空室抽空至6.510-3Pa以上真空，然后通入Ar作為工作氣體，使真空度保持在1.3 1.3 10-1Pa。 當接通高壓電源后，在蒸發當接通高壓電源后，在蒸發源與工件之間產生氣體放電。源與工件之間產生氣體放電。由于工件接在放電的陰極，便有離子轟擊工件表面，對工件作濺射清洗。 經過一段時間后，加熱蒸發經過一段時間后，加熱蒸發源使鍍料氣化蒸發，蒸發后的源使鍍料氣化蒸發，

38、蒸發后的鍍料原子進入放電形成的等離鍍料原子進入放電形成的等離子區中，其中一部分被電離，子區中，其中一部分被電離，在電場加速下轟擊工件表面并在電場加速下轟擊工件表面并沉積成膜沉積成膜；一部分鍍料原子則處于激發態，而未被電離，因而在真空室內呈現特定顏色的輝光。 直流二極離子鍍膜的缺點直流二極離子鍍膜的缺點：由于放電空間中電離幾率低(2%以下)，陰極電流密度小(0.250.4mA/cm2)，施加電壓較高(15kV左右)，工件溫度因離子轟擊可高達數百度，使鍍層表面粗糙，膜層質量差，成膜速度低，參數難以控制。 為此經過改進，研制成功三極型和多極型離子鍍膜裝置。 三極型是在垂直于二極型蒸氣遷移的方向上，設

39、置了一對陰陽三極型是在垂直于二極型蒸氣遷移的方向上，設置了一對陰陽極，用作輔助放電，使蒸發粒子在遷移過程中增加碰撞，提高了極，用作輔助放電，使蒸發粒子在遷移過程中增加碰撞，提高了電離幾率，基板電流密度提高電離幾率，基板電流密度提高10 20倍。倍。 多陰極方式是把被鍍工件作主陰極，同時在其旁設幾個熱陰極。多陰極方式是把被鍍工件作主陰極，同時在其旁設幾個熱陰極。利用熱陰極發射電子來促進氣體電離，在熱陰極和陽極的電壓下利用熱陰極發射電子來促進氣體電離，在熱陰極和陽極的電壓下維持放電。維持放電。 多極型離子鍍膜的優點多極型離子鍍膜的優點：采用多陰極，放電開始時的氣壓可降低一個數量級，由直流二極型的1

40、.3Pa降到1.310-1Pa。在多陰極方法中，只要改變熱陰極的燈絲電流，即使在氣壓不變的情況下也可使放電電流發生很大的變化，從而控制放電狀態。多陰極的存在擴大了陰極區，降低了輝光放電區，因而降低了離子對工件的轟擊能量，改善了繞射性，提高成膜質量。直流三極型、多極型離子鍍膜直流三極型、多極型離子鍍膜陰極電弧等離子體沉積陰極電弧等離子體沉積 靶材料在真空電弧作用下蒸發。靶材料在真空電弧作用下蒸發。 電弧點僅數微米，時間僅幾納秒，溫度極電弧點僅數微米，時間僅幾納秒，溫度極高，材料幾乎百分之百離化。高，材料幾乎百分之百離化。 離子垂直向外發射，微顆粒以一定角度射離子垂直向外發射，微顆粒以一定角度射出

41、。出。 一些離子被陰極吸引，打回到陰極，使電一些離子被陰極吸引，打回到陰極，使電弧持續進行。弧持續進行。 電弧電壓為電弧電壓為1550V，電流可達到數百。，電流可達到數百。金屬表面產生電弧時，金屬在電弧的高溫金屬表面產生電弧時，金屬在電弧的高溫中氣化，噴出金屬蒸汽。此蒸汽中金屬分中氣化，噴出金屬蒸汽。此蒸汽中金屬分子在等離子體中離化成金屬離子。同時還子在等離子體中離化成金屬離子。同時還產生一定量不同大小的液滴。產生一定量不同大小的液滴。 液滴形態及不同的粒子角分布液滴形態及不同的粒子角分布離子垂直向外發射，離子垂直向外發射，微顆粒以一定角度射出微顆粒以一定角度射出用屏蔽法減少顆粒用屏蔽法減少顆

42、粒百葉窗式遮板 工件前簡單擋板 在輸出通道中進行在輸出通道中進行重力和磁過濾重力和磁過濾S型和彎曲型過濾器 弧鍍的局限性弧鍍的局限性 金屬顆粒的減少和離化率、容積矛盾。金屬顆粒的減少和離化率、容積矛盾。 需要用合金靶，不同元素有不同濺射需要用合金靶，不同元素有不同濺射率，不同部位濺射材料量不同。率，不同部位濺射材料量不同。 濺射清洗和薄膜沉積過程難以控制。濺射清洗和薄膜沉積過程難以控制。射頻法離子鍍膜射頻法離子鍍膜離子鍍膜離子鍍膜射頻法：射頻法：在作為陽極的蒸發器和作為陰極的工件支架之間的空間內，設置一個用直徑3mm的鉛絲繞制7匝做成的直徑70mm、高70mm的射頻線圈。 使用的射頻有13.5

43、6MHz(功率1.2kW)和18MHz(功率2kw)。陰極和陽極的距離保持在200mm，直流偏壓多為0500V。 當被蒸發材料的蒸氣分子通過氣體放電和射頻磁場激勵當被蒸發材料的蒸氣分子通過氣體放電和射頻磁場激勵的作用，其電離效率得到很大提高，離化率可達的作用，其電離效率得到很大提高，離化率可達10%，工作壓強僅為直流二極型的1%，可以在1.310-11.310-4Pa下穩定工作。射頻法離子鍍膜射頻法離子鍍膜射頻法離子鍍膜的主要特點射頻法離子鍍膜的主要特點(4) 易于操作。易于操作。以蒸發源為中心的蒸發區，以線圈為中心的離化區，以基板為中心的加速和沉積區，可分別獨立地控制。通過對三個區域的控制，

44、可改造膜層的特性。沉積時基片所需的溫度也低。沉積時基片所需的溫度也低。(3) 用射頻法離子鍍膜形成的膜層有良好的外延性膜層有良好的外延性。和真空蒸發鍍膜相比，外延溫度低，如真空蒸發鍍膜的外延溫度為350C，射頻法在120C就可形成薄膜。(2) 蒸發材料分子受射頻振蕩場的激勵，其氮化與氧化的作用有所提高，因而可以容易地形成氧化物和氮化物薄膜。可以容易地形成氧化物和氮化物薄膜。(1) 和直流二極型相比，膜層純度高，組織更致密。膜層純度高，組織更致密。電 鍍 真空蒸發 真空濺射 離子鍍膜 鍍覆物質 金 屬金屬某些化合物金屬、合金、化合物、陶瓷、高分子物質金屬、合金、陶瓷、化合物 方 法電 解 真空蒸

45、鍍真空等離子體法離子束法真空等離子體法離子束法粒子動能(Ev)0.20.1 1.0幾個 100幾十 5000沉積速率中 等高(1m/min)(3 75m/min)慢(0.1m/min)高(1m/min)(達 50m/min)附著力較 好一 般 好很 好膜的性質可 能 有 針孔、凸起不太均勻高密度、針孔少高密度、針孔少基片溫度(C)30 200150 500150 800壓強(Pa) 6.510-2Ar 1.310-1 6.51.310-1 6.5 膜的純度取決于鍍槽的清潔和鍍液的純度取決于蒸發物質的純度取決于靶材料的純度取決于鍍覆物質的純度基板(工件)尺寸受鍍槽大小及電源功率的限制受真空室大小

46、的限制受真空室大小的限制受真空室大小的限制鍍覆能力(對復雜形狀)能鍍所有的表面，但厚度不均勻只鍍基片的直射表面只鍍基片的直射表面能鍍基片所有表面，鍍層厚度均勻三種物理氣相沉積技術與電鍍的比較三種物理氣相沉積技術與電鍍的比較第四章 真空沉積技術1. 物理氣相沉積 1.1 真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 1.2 濺射鍍膜 1.3 離子鍍膜2. 化學氣相沉積 2.1 化學氣相沉積的一般原理 2.2 化學氣相沉積技術 2.3 化學氣相沉積技術的應用化學氣相沉積是利用氣態化合物或化合物的混合物在基體受熱面上發生化學反應，從而在基體表面上生成不揮發的涂層。化學氣相沉積(CVD)CVD技術的優點技術的優點：

47、沉積層純度高， 沉積層與基體的結合力強， 可以沉積各種單晶、多晶或非晶態無機薄膜材料， 設備簡單，操作方便，工藝上重現性好，適用于批量生 產和成本低廉。缺點缺點：由于CVD技術是熱力學條件決定的熱化學過程，一般反應溫度多在1000C以上，因此限制了這一技術的應用范圍。 化學氣相沉積的特點化學氣相沉積的特點1在中溫或高溫下，通過氣態的初始化合物之間的氣相化學反應而沉積固體膜的技術2可以在大氣壓或者低于大氣壓下進行沉積3采用等離子和激光輔助技術可以顯著地強化化學反應，使其在較低的溫度下進行沉積。4可以控制鍍層的密度和純度。5鍍層的化學成分可以變化，從而獲得梯度沉積物，或者得到混合鍍層。6在復雜形狀

48、的基體上以及顆粒材料上的鍍制，可以在流化床系統中進行。7氣流條件通常是層流的，在基體表面形成厚的邊界層。8通常沉積層具有柱狀晶結構。不耐彎曲。通過各種技術對化學反應進行氣相擾動，可以得到細晶粒的等軸沉積層9為使沉積層達到所要求的性能，對氣相反應必須精細控制。10可以形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物鍍層。第四章 真空沉積技術1. 物理氣相沉積 1.1 真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 1.2 濺射鍍膜 1.3 離子鍍膜2. 化學氣相沉積 2.1 化學氣相沉積的一般原理 2.2 化學氣相沉積技術 2.3 化學氣相沉積技術的應用CVD技術包括產生揮發性產生揮發性運載化合物運載化合物把揮發性化合把揮發性化

49、合物運到沉積區物運到沉積區發生化學反應發生化學反應形成固態產物形成固態產物由此可見，由此可見，VCD反應必須滿足的三個揮發性條件反應必須滿足的三個揮發性條件： 反應物必須具有足夠高的蒸氣壓，要保證能以適當的速度被引入 反應室； 除了涂層物質之外的其它反應產物必須是揮發性的； 沉積物本身必須有足夠低的蒸氣壓，以使其在反應期間能保持在 受熱基體上。對對CVD技術的熱力學分析技術的熱力學分析 600 800 1000 12001 2345 4 2 0 -2 -4 -6 -8-10-12-14-16G0(KJ/mol)溫度T(K)幾種生成幾種生成TiN的的CVD反應反應 的的 G0 T圖圖4HClTi

50、N2HN21TiCl2241.2.3.4.5.3HClTiNH23N21TiCl2234HClTiNNHH21TiCl3242234N21H4HClTiN2NHTiCl2HClTiNN21HTiCl222圖中各條線對應的反應圖中各條線對應的反應由上圖可見， 隨著溫度升高，有關反應的隨著溫度升高，有關反應的 G0值是下降的值是下降的，因此升溫有利于反應的自發進行。 在同一溫度下，TiCl4與NH3反應(線4)的值比TiCl4與N2、H2反應(線1)的值小。這說明這說明對同一種生成物對同一種生成物(如如TiN)來說，來說，采用不同的反應物進行不同的采用不同的反應物進行不同的化學反應，其溫度條件是不

51、同化學反應，其溫度條件是不同的的。化學氣相沉積的原理化學氣相沉積的原理因此，尋求新的反應物質，試圖在較低的溫度下生成性能較因此，尋求新的反應物質，試圖在較低的溫度下生成性能較好的好的TiC、TiN之類的涂層是可行的。之類的涂層是可行的。600 800 1000 12001 2345 4 2 0 -2 -4 -6 -8-10-12-14-16G0(KJ/mol)溫度T(K)最近，已開發了以有機碳氮化合物(如氰甲烷CH3CN)為C、N的載體，與四氯化鈦及氫之間產生如下化學反應，在工件表面涂覆Ti(CN)的方法。 該反應在700900C進行，因此稱為中溫CVD(MT-CVD)。 2TiCl4 + 2

52、R(CN) + 3H2 2Ti(CN) + 6HCl + 2RCl化學氣相沉積的反應熱分解反應熱分解反應 熱分解法一般在簡單的單溫區爐中，在真空或惰性氣體保護下加熱基體至所需要溫度后，導入反應物氣體使之發生熱分解，最后在基體上沉積出固相涂層。 熱分解法已用于制備金屬、半導體和絕緣體等各種材料。這類反應體系的主要問題是源物質與熱解溫度的選擇。在選擇源物質時，既要考慮其蒸汽壓與溫度的關系，又要特別注意在不同熱解溫度下的分解又要特別注意在不同熱解溫度下的分解產物中固相僅為所需要的沉積物質，而沒有其它的夾雜物。產物中固相僅為所需要的沉積物質，而沒有其它的夾雜物。目前用于熱分解反應的化合物有以下幾種。目

53、前用于熱分解反應的化合物有以下幾種。 (1) 氫化物氫化物由于氫化物HH鍵的離解能、鍵能都比較小，所以熱分解溫度低，唯一的副產物是沒有腐蝕性的氫氣。例如： 8001000C SiH4 Si + 2H2(2) 金屬有機化合物金屬有機化合物 金屬的烷基化合物，其MC鍵能一般小于CC鍵能，可廣泛用于沉積高附著性的金屬膜和氧化物膜。例如： 420C 2Al(OC3H7)3 Al2O3 + 6C3H6 + 3H2O利用金屬有機化合物可使化學氣相沉積的溫度大大降低熱分解反應熱分解反應(3) 氫化物和金屬有機化合物體系氫化物和金屬有機化合物體系利用這類熱解體系可在各種半導體或絕緣體基體上制備化合物半導體膜。

54、例如： 630675C Ga(CH3)3 + AsH3 GaAs + 3CH4 (4) 其它氣態絡合物和復合物其它氣態絡合物和復合物 羰基化合物和羰基氯化物多用于貴金屬(鉑族)和其它過渡金屬的沉積。例如： 600C Pt(CO)2Cl2 Pt + 2CO + Cl2 140240C Ni(CO)4 Ni + 4CO單氨絡合物已用于熱解制備氮化物，例如： 8001000C AlCl3NH3 AlN + 3HCl熱分解反應熱分解反應化學合成反應化學合成反應化學氣相沉積的反應 兩種或多種氣態反應物在一個熱基體上相互反應。兩種或多種氣態反應物在一個熱基體上相互反應。例：用氫氣還原鹵化物來沉積各種金屬和

55、半導體， 選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機化合物沉積絕緣膜。 制備多晶態和非晶態的沉積層，如二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、硼硅玻璃及各種金屬氧化物、氮化物和其它元素之間的化合物等。其代表性的反應體系有：其代表性的反應體系有： 325475C SiH4 + 2O2 SiO2 + 2H2O 1200C SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 450C Al2(CH3)6 + 12O2 Al2O3 + 9H2O + 6CO2 350900C 3SiCl4 + 4NH3 Si3N4 + 12HCl 8001100C TiCl4 + N2 + 2H2 TiN + 4HCl化學傳輸反應化學傳輸反應化學氣

56、相沉積的反應 在源區在源區(溫度為溫度為T1)發生傳輸反應發生傳輸反應(向右進行向右進行)，源物質Zr或ZnS與I2作用，生成氣態的ZrI2或ZnI2； 氣態生成物被運輸到沉積區之后在沉積區在沉積區(溫度為溫度為T2)則發生沉積反應則發生沉積反應(向向左進行左進行)，Zr或ZnS重新沉積出來。 把所有沉積的物質當作源物質(不揮發性物質)，借助于適當氣體介質與之反應而形成一種氣態化合物，這種氣態化合物經化學遷移或物理載帶運輸到與源區溫度不同的沉積區，再發生逆向反應，使得源物質重新沉積出來。這種方法最早用于稀有金屬的提純。I2(g) + Zr(s)ZrI2T1T2T1T2I2(g) +ZnS(s)

57、ZnI2 + S2例例第四章 真空沉積技術1. 物理氣相沉積 1.1 真空蒸發鍍膜原理及其基本過程 1.2 濺射鍍膜 1.3 離子鍍膜2. 化學氣相沉積 2.1 化學氣相沉積的一般原理 2.2 化學氣相沉積技術 2.3 化學氣相沉積技術的應用CVD工藝的模型工藝的模型 Spear 提出的提出的CVD反應模型反應模型基體1745整體氣邊界層界面236xSpear模型的步驟為模型的步驟為：(1) 反應氣體被強制導入系統。(2) 反應氣體由擴散和整體流 動(粘滯流動)穿過邊界層。(3) 氣體在基體表面吸附。(4) 吸附物之間的或者吸附物 與氣態物質之間的化學反 應。(5) 吸附物從基體解吸。(6)

58、生成氣體從邊界層到整體 氣體的擴散和整體流動 (粘滯流動)。(7) 將氣體從系統中強制排出。CVD反應器系統反應器系統開開管管氣氣流流法法冷壁式反應器：冷壁式反應器：只有基體本身才被加熱(基體通電加熱、感應加熱或紅外輻射加熱等)，因此基體溫度最高。加熱器基體熱壁式開管臥式反應器示意圖熱壁式開管臥式反應器示意圖熱壁式反應器熱壁式反應器：器壁用直接加熱法或其它方式來加熱，反應器壁通常是裝置中最熱的部分(下圖)。在管狀回轉窯中沉積熱解碳薄膜電阻就是用熱壁式反應器。這種反應器按加熱方式不同可分為熱壁式和冷壁式。特點特點：反應氣體混合物連續補充，同時廢棄的反應產物反應氣體混合物連續補充，同時廢棄的反應產

59、物不斷排出，即能連續地供氣和排氣。不斷排出，即能連續地供氣和排氣。物料的運輸一般是靠外加不參加反應的中性氣體來實現的。由于至少有一種反應產物可以連續地從反應區排出，這就使反應反應總是處于非平衡狀態而有利于形成沉積層總是處于非平衡狀態而有利于形成沉積層。在絕大多數情況下，開管操作是在一個大氣壓或稍高于在絕大多數情況下，開管操作是在一個大氣壓或稍高于一個大氣壓下進行的，以使廢氣從系統中排出。一個大氣壓下進行的，以使廢氣從系統中排出。但也可以在減壓或真空下連續地或脈沖地抽出副產物。這種系統有利于沉積層的均勻性，對于薄層沉積也是有這種系統有利于沉積層的均勻性，對于薄層沉積也是有益的。益的。優點優點：試

60、樣容易取出，同一裝置可以反復多次使用，沉積工藝條件易于控制，結果容易再現。若裝置設計和加工適當，還可消除水和氧的污染。開開管管氣氣流流法法閉管法閉管法3412 閉管式蒸氣傳輸閉管式蒸氣傳輸 反應器示意圖反應器示意圖 1. 料源 2. 基體 3. 低溫加熱區 4. 高溫加熱區這種反應系統是把一定量的反應物與適當的基體分別放在反應器的兩端，管內抽空后充入一定的輸運氣體，然后密封。再將反應器置于雙溫區爐內，使反應管內形成一個溫度梯度。由于這種系統的反應器壁要加熱，所以通常為熱壁式。由于溫度梯度造成的負自由能變化是傳輸反應的推動力，所以物料從閉管的一端傳輸到另一端并沉積下來。CVD反應器系統反應器系統