薄膜沉積的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

摘要

本文的目的是建立科技鎖的技術(shù)水平，必須打開(kāi)科技鎖才能將直接大氣壓等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(AP-PECVD)視為工業(yè)應(yīng)用的可行選擇。總結(jié)了理解和優(yōu)化等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的基本科學(xué)原理?；仡櫫藢?shí)驗(yàn)室反應(yīng)器配置。給出了根據(jù)所需薄膜特性設(shè)計(jì)和使用等離子體化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的參考點(diǎn)。最后，討論了避免粉末形成和提高薄膜生長(zhǎng)速率的解決方案。

介紹

在過(guò)去的二十年里，非平衡（“冷”）大氣壓力等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(AP-PECVD)被吹捧為一種很有前途的替代方法，可以取代一些用于薄膜沉積的低壓(LP)等離子體過(guò)程。這種方法的主要?jiǎng)訖C(jī)和期望主要是為了允許連續(xù)的處理和允許更容易的處理，以及通過(guò)避免需要昂貴的傳統(tǒng)低壓等離子體裝置的泵送系統(tǒng)來(lái)降低設(shè)備成本，并使用的開(kāi)放系統(tǒng)。大氣壓操作為PECVD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)增加了使用易于處理的設(shè)備的可能性，眾所周知，這是一種易于實(shí)現(xiàn)以薄膜形式存在的材料的解決方案，具有微調(diào)的性能（化學(xué)、形貌等）。

放電機(jī)制和高能物質(zhì)

本節(jié)描述了允許在大表面上沉積均勻涂層的放電狀態(tài)。介紹了能量從等離子體向高能物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方式，指出了對(duì)電子、亞穩(wěn)態(tài)、光子、離子和氣體加熱的影響。在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝中，薄膜前體通常在主氣體中稀釋?zhuān)@種稀釋氣體(氦、氬、在少數(shù)情況下還有空氣)對(duì)于限制反應(yīng)物質(zhì)之間的碰撞，從而限制粉末形成是必要的。前體的稀釋度很高，從幾ppm到百分之幾不等。稀釋氣體和反應(yīng)添加劑的作用(例如薄膜前驅(qū)體)在放電狀態(tài)下。與直接等離子體化學(xué)氣相沉積一樣，基底位于放電區(qū)內(nèi)，也討論了基底對(duì)放電行為的影響。

化學(xué)和前體沉積

通過(guò)大氣壓冷等離子體的薄膜沉積是通過(guò)添加前體氣體或蒸汽以供給混合物來(lái)實(shí)現(xiàn)的，或者通過(guò)注入液體前體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如在氣溶膠輔助等離子體沉積(AAPD)中，即大氣等離子體液體沉積(APLD)技術(shù)，其中液體前體作為精細(xì)分散的氣溶膠被引入放電中。

氣溶膠通常由氣動(dòng)和超聲波霧化器產(chǎn)生；雖然第一種方法基于文丘里效應(yīng)，并且需要霧化氣體作為例如排放進(jìn)料混合物的稀釋氣體，但是第二種技術(shù)允許引入到超聲波噴嘴中的液體的直接霧化，該超聲波噴嘴可以集成在排放單元中或者位于外部排放區(qū)域。

盡管高壓和擴(kuò)散減少，但為了理解等離子體化學(xué)氣相沉積過(guò)程，不僅要考慮氣相反應(yīng)。事實(shí)上，幾項(xiàng)研究表明，氣體分解在DBD相當(dāng)?shù)停瑲怏w表面反應(yīng)經(jīng)常在聚合過(guò)程中起主要作用。由于基本能級(jí)中物質(zhì)的密度相對(duì)較高，涉及稀釋氣體甚至基本能級(jí)中的前體分子的反應(yīng)迅速發(fā)生。另一方面，當(dāng)密度相同時(shí)，由初始?xì)怏w轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的涉及兩種活性物質(zhì)的反應(yīng)比在低壓等離子體中具有同樣低的概率。

等離子體化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器

氣體注入和電極

襯底和襯底支架

不同類(lèi)型的電源

露天或封閉式反應(yīng)器

等離子體診斷和原位薄膜表征

總結(jié)

本文提出了一種最先進(jìn)的不同等離子體、反應(yīng)器和工藝溶液，通過(guò)直接AP-PECVD得到均勻的致密涂層。已經(jīng)確定了五種不同的放電模式：FDBD、TDBD、GDBD、GLDBD和RFGD。乍一看，最適合PECVD應(yīng)用的薄膜取決于薄膜密度（FDBD可接受或不接受），最大薄膜成本，主要由稀釋氣體（氮或空氣TDBD、GLDBD或高貴氣體GDBD、RFGD）、基底導(dǎo)電率(RFGD優(yōu)選或不)和熱塑性（FDBD、RFGD可接受或不接受）決定。另一個(gè)需要考慮的標(biāo)準(zhǔn)是，放電模式和稀釋氣體不僅影響放電的物理性質(zhì)，而且還影響其化學(xué)性質(zhì)。稀釋氣體作為一種反應(yīng)性氣體或催化劑。無(wú)論放電模式是什么，在設(shè)計(jì)等離子體反應(yīng)器時(shí)的第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是應(yīng)仔細(xì)考慮的氣體流動(dòng)噴射，以提高薄膜的生長(zhǎng)速率和均勻性?；孜灰疲ǜ采w大表面的溶液）也必須考慮。如果找到了無(wú)粉末的均勻致密涂層的溶液，生長(zhǎng)速率仍然穩(wěn)定；理想的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)仍然不清楚。因此，如果我們?cè)诳茖W(xué)出版物中系統(tǒng)地提供更多信息，如放電狀態(tài)、功率/cm3和/cm2、氣體停留時(shí)間、薄膜前驅(qū)體濃度、薄膜均勻性、無(wú)粉，以及注入氣體、電極配置、電源以及設(shè)置和工藝參數(shù)影響薄膜質(zhì)量或生長(zhǎng)速率的詳細(xì)信息，將是非常有成效的。AP操作不僅適用于在線(xiàn)工藝，也適用于引入液滴、納米管、等離子體生物，為PECVD應(yīng)用開(kāi)辟新的領(lǐng)域。

審核編輯：符乾江