Forno a vuoto

La deposizione chimica da vapore (CVD) è una tecnologia che utilizza varie fonti di energia, come il riscaldamento, l'eccitazione del plasma o la radiazione luminosa, per far reagire chimicamente sostanze chimiche gassose o vaporizzate in fase gassosa o nell'interfaccia gas-solido e formare depositi solidi nel reattore per mezzo di una reazione chimica.

Il forno CVD è un sistema combinato di forni con unità di forni a tubo ad alta temperatura, unità di controllo dei gas e unità di vuoto, ampiamente utilizzato per la sperimentazione e la produzione di preparazione di materiali compositi, processi microelettronici, semiconduttori optoelettronici, utilizzo dell'energia solare, comunicazione in fibra ottica, tecnologia dei superconduttori, campo dei rivestimenti protettivi.

Il sistema di forni CVD è costituito da un'unità di forni tubolari ad alta temperatura, da un'unità di controllo preciso della fonte di gas di reazione, da una stazione di pompa a vuoto e da parti di assemblaggio corrispondenti.

La pompa a vuoto serve a rimuovere l'aria dal tubo di reazione e ad assicurarsi che non vi siano gas indesiderati all'interno del tubo di reazione, dopodiché il forno tubolare riscalderà il tubo di reazione fino a raggiungere la temperatura desiderata, quindi l'unità di controllo preciso della fonte di gas di reazione potrà introdurre gas diversi con un rapporto prestabilito nel tubo del forno per la reazione chimica, e la deposizione di vapore chimico si formerà nel forno CVD.

Ci sono diverse fonti di gas che possono essere utilizzate nel processo CVD, le reazioni chimiche comuni della CVD includono pirolisi, fotolisi, riduzione, ossidazione, ossidoriduzione, quindi i gas coinvolti in queste reazioni chimiche possono essere utilizzati nel processo CVD.

Prendiamo ad esempio la crescita di grafene CVD, i gas utilizzati nel processo CVD saranno CH4, H2, O2 e N2.

• È possibile produrre un'ampia gamma di film, film metallici, film non metallici e film in lega multicomponente, a seconda delle esigenze. Allo stesso tempo, può preparare cristalli di alta qualità difficilmente ottenibili con altri metodi, come GaN, BP, ecc.
• La velocità di formazione del film è rapida, di solito diversi micron al minuto o addirittura centinaia di micron al minuto. È possibile depositare simultaneamente grandi quantità di rivestimenti con una composizione uniforme, cosa incomparabile con altri metodi di preparazione del film, come l'epitassia in fase liquida (LPE) e l'epitassia a fascio molecolare (MBE).
• Le condizioni di lavoro sono realizzate in condizioni di pressione normale o di basso vuoto, quindi il rivestimento ha una buona diffrazione e i pezzi con forme complesse possono essere rivestiti uniformemente, il che è molto superiore alla PVD.
• La deposizione chimica da vapore può ottenere una superficie di deposizione liscia. Rispetto all'LPE, infatti, la deposizione da vapore chimico (CVD) avviene in condizioni di elevata saturazione, con un alto tasso di nucleazione, un'alta densità di nucleazione e una distribuzione uniforme su tutto il piano, con il risultato di una superficie macroscopica liscia. Allo stesso tempo, nella deposizione da vapore chimico, il percorso libero medio delle molecole (atomi) è molto più grande di quello dell'LPE, quindi la distribuzione spaziale delle molecole è più uniforme, il che favorisce la formazione di una superficie di deposizione liscia.
• Basso danno da radiazioni, che è una condizione necessaria per la produzione di semiconduttori in ossido di metallo (MOS) e altri dispositivi

PECVD è una tecnologia che utilizza il plasma per attivare il gas di reazione, promuovere la reazione chimica sulla superficie del substrato o nello spazio vicino alla superficie e generare un film solido. Il principio di base della tecnologia di deposizione di vapore chimico al plasma è che, sotto l'azione di un campo elettrico RF o DC, il gas di partenza viene ionizzato per formare un plasma, il plasma a bassa temperatura viene utilizzato come fonte di energia, viene introdotta una quantità appropriata di gas di reazione e la scarica di plasma viene utilizzata per attivare il gas di reazione e realizzare la deposizione di vapore chimico.

Secondo il metodo di generazione del plasma, può essere suddiviso in plasma RF, plasma DC e microonde CVD, ecc.

La differenza tra PECVD e la tecnologia CVD tradizionale è che il plasma contiene un gran numero di elettroni ad alta energia, in grado di fornire l'energia di attivazione necessaria nel processo di deposizione di vapore chimico, cambiando così la modalità di approvvigionamento energetico del sistema di reazione. Poiché la temperatura degli elettroni nel plasma raggiunge i 10000K, la collisione tra gli elettroni e le molecole di gas può promuovere la rottura dei legami chimici e la ricombinazione delle molecole di gas di reazione per generare più gruppi chimici attivi, mentre l'intero sistema di reazione mantiene una temperatura più bassa.

Quindi, rispetto al processo CVD, la PECVD può realizzare lo stesso processo di deposizione chimica da vapore con una temperatura più bassa.