A kémiai gőzfázisú leválasztás (angol rövidítéssel CVD, chemical vapor deposition) a vékonyréteg-leválasztásA magyar rétegleválasztás szakkifejezés gyakran félreértésre ad okot: a leválasztás itt a mintadarab felületére történik, azaz a réteg épülésével jár, nem pedig onnan egy réteg eltávolításával. egy lehetséges módszere, amelyet vékonyrétegek kialakítására alkalmaznak a mikro- és a nanotechnológiában. A CVD-módszerek általános jellemzője az, hogy egy kémiai reaktorba gázfázisban juttatott anyag kémiai reakció eredményeképpen egy hordozó felületére válik le, melyen rétegbevonatot képez.

A CVD során a felületen adszorbeálódott atomok reakcióba lépnek, mely lehet például pirolízis, oxidáció vagy reduckió, hidrolízis stb. A kiinduló anyagok atomjainak reakciója következtében létrejövő egyes termékek alakítják ki a felületi réteget, míg más reakciótermékeket elszívással eltávolítanak.

Mechanizmusa A kémiai gőzfázisú leválasztás során a különféle megvalósítások közös jellemzőit figyelembe véve az alábbi fizikai-kémiai lépések mennek végbe:

A készülékbe bevezetik a kiinduló anyagokat gáz halmazállapotban, melyek atomjai a gáztérben a hordozó felületére jutnak. A bevezetett kiinduló anyagok összefoglaló neve prekurzor. Az atomok a felületen adszorpcióval megkötődnek, de a felületen diffúzióval elmozdulhatnak. Az atomok a felületen összetalálkozva reakcióba léphetnek. A reakciótermékek egy része a felületen megkötődik és réteget alkot. A felületről deszorbeálódó, vagy a gáztérből nem lecsapódó anyagot a rendszerből elszívják.

Fontos technikai szempont, hogy az elszívott anyagok sokszor káros, maró vagy mérgező anyagok, így kezelésük figyelmet, és megfelelő mérnöki módszert igényel.

Típusai A hagyományos CVD-eljárás egyes technológiai nehézségire különféle módosított berendezések alkalmazhatók, többek között az alábbiak.

Izzószállal segített CVD (hot filament CVD, HFCVD), melyet katalitikus gőzfázisú leválasztásnak is neveznek: az izzószál segítségével termikusan bontják a prekurzorkomponenseket, mellyel a rétegképző kémiai eljárások elősegítése a cél. Fontos jellemzője, hogy a szállal az aktiválási energia nem a hordozó hőmérsékletének emelésével növelhető, azaz a szállal a reakciót szabályozzák, a hordozó hőmérsékletével pedig a felületi adszorpciót és diffúziót. Plazmával segített CVD (plasma enhanced CVD, PECVD): a hidegplazmának azt a tulajdonságát használja ki, hogy benne az elektronok effektív hőmérséklete az ionokéhoz képest jóval magasabb, így nem kell a hordozót annyira felmelegíteni, mint a hagyományos CVD során. Távoli plazmával segített CVD (remote plasma-enhanced CVD, RPECVD): a PECVD-hez hasonló elvű berendezés, viszont a plazma közvetlenül nem érintkezik a hordozóval, amitől annak plazmakárosodása csökken. Lézerrel segített CVD (laser assisted CVD, LACVD): lézer segítségével kis területeket világítanak meg a hordozó felületén, így a kémiai reakció aktiválása csak lokálisan történik meg, tehát ez az eljárás mintázatok kialakítására is alkalmas. Hibrid fizikai-kémiai gőzfázisú leválasztás (Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition, HPCVD): ez az eljárás a CVD ötvözése a fizikai gőzfázisú leválasztással. Ezen eszközben egy jellemzően fém céltárgyat együtt melegítenek fel a hordozóval. A céltárgy anyaga párologni kezd, és a reaktorba bejuttatott prekurzorgázzal reakcióba lép. Atomi rétegleválasztás (ALCVD, illetve az általánosabb ALD): egymás után váltakozva bevezetett prekurzorok segítségével atomi illetve molekuláris rétegépülés érhető el, és e módszerben az epitaxiális növesztés is lehetséges. Fémorganikus CVD (metalorganic CVD, MOCVD): a végbemenő folyamatok elősegítésének kémiai szemléletű megvalósításainak egy módja a fémorganikus prekurzorok alkalmazásán alapuló MOCVD. Előnye, hogy ezen anyagok hőbomlásához kisebb aktiválási energia szükséges, mint a szervetlen prekurzorokéhoz, továbbá a réteget szennyező halogenideket sem kell az eljárásban alkalmazni. Fotoindukált CVD (Photo-initiated CVD, PICVD): e módszer során a hordozón végbemenő kémiai reakciókat ultraibolya fénnyel segítik.

Megvalósítása A CVD-berendezéseket többféle szempont szerint különböztetik meg, többek között a vákuumtér jellemzői, a gáz bejuttatásának módja, a hordozó fűtése stb. alapján.

A CVD-eljárás folytatható atmoszferikus nyomáson, melyet az összetettebb berendezésekben nem alkalmaznak, ugyanis a gáztérben nem kívánt kémiai reakciók is végbemehetnek, mely a réteg szennyeződéséhez vezethet. Az alacsony nyomású CVD-készülékekben ez a hatás csökkenthető. Alkalmaznak nagyvákuumos berendezéseket is, melyekben a nyomás jellemzően 10−8 mbarnál is alacsonyabb lehet.

A gázbeeresztés módját aszerint választják meg, hogy az az előidézni kívánt kémiai reakcióknak kedvezzen. Az aeroszollal segített CVD-ben (Aerosol assisted CVD, AACVD) a prekurzort ultrahanggal diszpergált (eloszlatott) folyadék- vagy gázaeroszolként juttatják a hordozóra, mely elsősorban a nem illékony anyagoknál hasznos. A folyadékinjektálásos CVD-ben (Direct liquid injection CVD, DLICVD) a prekurzort folyadékként fecskendezik a rendszerbe. A módszer előnye, hogy szilárd prekurzorok oldatai, illetve folyadékprekurzorok esetén is alkalmazható, és segítségével igen nagy rétegnövekedési sebesség érhető el.

Megjegyzések

Hivatkozások

Források

Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok

Szakkönyvek

Folyóiratcikkek

Kategória:Nanotechnológia Kategória:Ipari technológia