电浆化学气相淀积技术

等离子化学气相沉积技术性

1．技术性內容及技术性重要

等离子化学气相沉积技术性基本原理是行驶低温等离子体（非均衡等离子）作能量，产品工件放置气压低下电弧放电的负极上，行驶电弧放电（或多加发热器）使产品工件提温到预期的溫度，随后通进适当的反映汽体，汽体经一系列化学变化和等离子反映，在产品工件外型产生固体塑料薄膜。它涉及了化学气相沉积的一样平时技术性，又有电弧放电的加强功效。

由于颗粒间的撞击，造成激烈的汽体水解，使反映汽体遭受活性。与此同时产生负极磁控溅射效用，为堆积塑料薄膜给予了清理的活力高的外型。因此全部堆积全过程与仅有热激话的全过程有明显不一样。这两层面的功效，在提升镀层结合力，降消堆积溫度，加速反应速率诸方面都造就了资源优势。

等离子化学气相沉积技术性按等离子能量方法区划，有直流电电弧放电、微波射频充放电和微波加热等离子充放电等。伴随着工作频率的提高，等离子加强CVD全过程的功能越明显，产生化学物质的气温越低。

PCVD的加工工艺安装由堆积室、生成物运输管理体系、充放电开关电源、真空泵管理体系及检验管理体系构成。气动阀门要用汽体油烟净化器除往水份和其他残渣，经调整安装获得所有必要的总流量，再与源成分与此同时被送进去堆积室，在毫无疑问溫度和等离子激话等情况下，获得需要的物质，并堆积在产品工件或硅片外型。因此，PCVD加工工艺既包含等离子体物理全过程，又包含等离子化学变化全过程。

PCVD加工工艺主要参数包含外部经济主要参数和宏观经济主要参数。外部经济主要参数如电子能量、等离子相对密度及分布函数、反映混合气体的电离度度等。宏观经济主要参数针对真空泵管理体系有，汽体类型、配制、总流量、气体压强、抽速等；针对基材而言有，堆积溫度、相对位置、导电性情况等；针对等离子有，充放电类型、工作频率、电级构造、输进去输出功率、电流强度、正离子溫度等。以上这种主要参数全是互相联络、互相影响的。

1.直流电等离子化学气相沉积（DC-PCVD）

DC-PCVD是行驶髙压直流电负偏压（-1～-5kV），使低电压反映汽体产生电弧放电造成等离子，等离子在静电场功效下负电子产品工件，并在产品工件外型堆积涂膜。

直流电等离子非常简单，产品工件处在负极电位差，受其样子、尺寸的危害，使静电场遍布不匀称，在负极周边损耗较大，电场强度最大，正是因为有这一特性，因此化学变化也集中化在负极产品工件外型，提高了堆积听从，防止了反映成分在器内壁的交易。瑕玷不是导电性的基材或塑料薄膜不可以运用。由于负极上正电荷的累积会抵触进一步的堆积，并会导致累积充放电，毁坏一切正常的反映。DC-PCVD安装如下图1。

该机器设备由于产品工件只靠正离子和高能粒子负电子给予动能，在开展设备的大批量生产时就难以避免的显现出一些瑕玷：

1）各加工工艺主要参数在堆积时互相影响、互相配合、没法自力操纵，使加工工艺调节和操纵艰难。

2）不一样产品工件在离子轰击加温操作过程中，由于其外型积不一样，则造成毫无疑问的温度差，与此同时，堆积房间内壁是阳极氧化，温度低，使其周边的部件与正中间一部分的产品工件也是有毫无疑问的温度差。

3）当装炉量大，产品工件容积大或堆积溫度规定较高，必需正离子动能比较大时，直流电电弧放电的运行地区在十分电弧放电的较强段，很随便衔接到电光充放电，造成开关电源打弧、断电、加工工艺全过程不可以一切正常开展。

为了更好地处理以上文章标题，有的专家学者选用双负极电弧放电安装，提高一个负极做为协助负极，虽然有毫无疑问結果，但还不够极致。

现阶段，世界各国学者大量的是选用协助加外热方法堆积技术性来处理以上文章标题，更改了单纯性寄予离子轰击加温而产生的缺点，将反合时等离子充放电抗压强度与充放电产品工件溫度断离，进而提升了技术的牢固性和重复，其安装如下图2。

图1DC-PCVD试验安装

1-真空泵仪 2-试件（产品工件）3-直流稳压电源 4-旋片真空泵

图2DC-PCVD协助外热安装

2.微波加热等离子化学气相沉积（MW-PCVD）

微波加热等离子的特征是动能大，活力强。激起的亚稳态分子多，化学变化随便开展，是一种很有发展前景、主要用途普遍的新技术新工艺，微波加热工作频率为2.45GHz，安装如下图3。

微波加热充放电与直流电电弧放电对比具备机器设备构造简易，随便起辉，藕合听从高，工作中牢固，无汽体环境污染及电级浸蚀，工作中频段宽等益处，安装关键由微波发生器、环形器、定向耦合器、外型光波导入的充放电一部分及堆积室构成。

3.微波射频等离子加强化学气相沉积（RF-PCVD）

在低电压器皿的两方面上添高频率工作电压则造成微波射频充放电产生等离子，射频电源通常选用电容耦合或电感耦合方法，在其中又可分成电位式和无电级式构造，电级式一样平时选用平台式或热列管式构造（见图4），益处是可容下较多产品工件，但这类安装中的溶解率远小于1%，即等离子的可以不高。电级式安装建在反应容器外时，关键为电磁线圈，如下图5，也叫无级圆形充放电，射一再率是13.56MHz。

由于高频率静电场中自由电子和汽体非弹性碰撞几率比直流电电弧放电大，故汽体引燃的标准气压较为低，直流电电弧放电为13.3～1.33Pa，微波射频电弧放电为1.33×10-1～1.33×10-3Pa。现阶段，中国已设计方案生产制造了直徑为420mm钟罩式（热壁、双单炉）微波射频充放电PCVD安装。

4.产品检测

1）塑料薄膜原材料强度用维氏显微镜压印测定方法。

2）塑料薄膜与基材间结合力用积极刮痕仪测量，与此同时融合显微镜观察刮痕的损坏情况。也可以用洛氏硬度压印法鉴定，用负载在试件外型打洛氏硬度压印，观查压印附近塑料薄膜脱落的总面积，判定地点评塑料薄膜的结合力。脱落总面积越小，结合力越高。

3）塑料薄膜的结构外貌用电镜剖析。

4）用X-X射线光电材料谱仪（XPS）对塑料薄膜有效成分开展定性分析。

5）塑料薄膜薄厚用电子器件涂层测厚仪或横断面电镜变大测量。

2．优瑕玷及应用范畴

1．PCVD的优瑕玷

PCVD技术性具备堆积温度低，堆积速度快，绕镀性好，塑料薄膜与基材联系抗压强度好，机器设备控制维护保养简易等益处，用PCVD法调整技术主要参数便捷纯真，随便调节和操纵塑料薄膜薄厚和有效成分构成构造，堆积出双层复合袋及双层梯度方向复合袋等高品质膜，与此同时，PCVD法还扩展了新的超低温堆积行业，比如，用PCVD法可将TiN的化学反应溫度由CVD法的1000℃降至200～500℃，用PCVD法制取纳米陶瓷塑料薄膜的特征是：商品的杨氏模量、抗拉强度和强度都很高，耐磨性能好，有机化学特性牢固，抗氧化和腐蚀好，有较高的高溫抗压强度。

但PCVD技术性本身还出现一些文章标题：

1）溫度的恰当测量和环境温度的匀称性文章标题。

2）浸蚀环境污染文章标题。由于根据化学变化，有反映物质及副产品，对腐蚀物质要处理机械泵的浸蚀文章标题，还需要处理排气管的环境污染操纵及解决文章标题。

3）堆积膜中的残余汽体文章标题。用PCVD法所得的TiN塑料薄膜中的氢气成分随堆积溫度的上升而减少，一样平时而言，堆积溫度高，速度比较慢，可减少残留汽体量，在Si3N4膜中，若过氧化物量多，会危害膜的介电气性能。

2.PCVD的运用范畴

PCVD加工工艺具备普遍的主要用途。

（1）超硬膜的运用（TiN、TiC、TiCN、（TiAl）N、C-BN等）PCVD法宜在在样子繁杂、总面积大的产品工件上得到超硬膜，堆积速度可达4～10μm/h，强度超过2000HV，绕镀性好，产品工件不需转动就可获得匀称的涂层。很多运用于切削工具、模具和耐磨损零件。

（2）半导体材料元器件上尽缘膜的产生往日半导体材料器件上的尽缘膜大多数用SiO2，现如今用SiN4 H2用PCVD法来产生Si3N4，Si3N4的尽缘性、抗氧化、耐碱性、耐腐蚀性，比SiO2强，从电气性能以及夹杂听从而言全是最好是的，格外是当今的快速元器件GaAs尽缘膜的产生，高溫解决是不太可能的，只有在较低温度下要低温等离子法开展堆积。

（3）金钢石、硬碳膜及氮化硼的堆积

针对低电压生成金钢石、硬碳膜及氮化硼的科研工作中，世界各国专家学者及科学研究组织都做很多的工作中，用DC、RF、MW-PCVD法都可以获得这种原材料，但运用较多的是MW-PCVD金钢石膜在半导体材料和电子光学元件上的运用已较成完善，但在切削工具、模貝上的运用还有很多的工作要做。

（4）导光钎维

选用等离子化学气相沉积技术性可以不错的操纵导光钎维的切向折光率的遍布，这类技术对使导光钎维具备抵散射性而言是很理想化的。

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