摘 要： 论述化学气相沉积技术（CVD）的基本原理、特点和在其基础上发展起来的几种具有广泛应用前景的CVD新技术，并分析比较它们发展的基础及存在的不足，旨在探讨化学气相沉积技术的发展方向。
关键词： 化学气相沉积；发展基础；发展方向
中图分类号：TF111.34 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010047－01
化学气相沉积，简称CVD（Chemical Vapor Deposition），是近几十年发展起来的主要应用于无机新材料制备中的一种技术。目前，这种技术的应用不再局限于无机材料方面，已推广到诸如提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶、多晶和非晶薄膜，广泛应用于微电子器件、光电器件以及表面工程，是制备功能材料、结构材料、纳米材料的重要方法之一。
1 CVD的原理和特点
1.1 CVD的原理。化学气相沉积是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室供给衬底，借助气相作用或在衬底表面发生化学反应，并把固体产物沉积到表面生成薄膜的过程。是一种在高温下利用热能进行热分解和热化合的沉积技术。图1是化学气相沉积的原理示意图，它包括三个步骤：1）产生挥发性物质，反应气体向材料表面扩散；2）反应气体吸附于材料的表面；3）在材料表面发生化学反应，生成固态物质。
1.2 CVD技术特点。CVD技术除了具有设备简单、操作维护方便、灵活性强等优点，还具备以下优势：CVD技术可任意控制薄膜组成，可以控制镀层的密度和纯度，即可获得梯度沉积物或者得到混合镀层，能够实现过去没有的全新结构和组成，甚至可以在低于薄膜组成物质的熔点温度下制备薄膜；原料气稍加改变，采用不同的工艺参数便可制备性能各异的沉积层；它所形成的膜层致密且均匀，膜层质量稳定且与基体的结合牢固。
2 新型化学气相沉积技术概述
2.1 金属有机化合物化学气相沉积技术（MOCVD）。MOCVD是一种利用低温下易分解和挥发的金属有机化合物作为物质源进行化学气相沉积的方法。MOCVD的沉积温度相对较低，能够沉积在超薄层甚至原子层的特殊结构表面，可在不同的基体表面沉积不同的薄膜。MOCVD容易控制镀膜成分、晶相等品质，可在形状复杂的基材、衬底上形成均匀镀膜，其结构致密、附着力良好。因此，MOCVD已成为工业界主要的镀膜技术。
2.2 等离子体化学气相沉积（PCVD）。等离子体化学气相沉积又称为等离子体增强化学气相沉积（PECVD），它是借助气体辉光放电产生的低温等离子体来增强反应物质的化学活性，促进气体间的化学反应，从而在较低温度下沉积出优质镀层的过程。PCVD按等离子体能量源方式划分：有直流辉光放电（DC-PCVD）、射频放电（RF-PCVD）和微波等离子体放电（MW-PCVD）等。随着频率的增加，等离子体增强CVD过程的作用越明显，形成化合物的温度越低。这3种PCVD中，使用最广泛的是射频辉光放电装置，因为在放电过程中，无电极放电，故电极不发生腐蚀，无杂质污染。而微波放电的电子回旋共振法（ECR）由于能够产生长寿命自由基和高密度等离子体已引起人们的广泛兴趣，但尚处于积极研究阶段。常规CVD技术中需要用外加热使初始气体分解，而在PCVD技术中是利用等离子体中电子的动能去激发气相化学反应。所以，它不仅有效地降低了化学反应温度，还拓宽了基底和沉积薄膜的种类。
2.3 激光化学气相沉积。激光化学气相沉积（LCVD）是在真空室内放置基体，通入反应原料气体，在激光束作用下与基体表面及其附近的气体发生化学反应，在基体表面形成沉积薄膜。LCVD镀膜工艺在薄膜生长过程中，已从微区膜的沉积发展到具有选择性膜的沉积，从单一膜的沉积发展到复合膜的沉积等。激光化学气相沉积具有以下优点：1）可以实现在衬底表面的选择性沉积，聚焦激光束在计算机控制下能准确选区定域沉积，即只在需要沉积的地方才用激光光束照射， 就可以获得所需的沉积图形，适宜于在微电子和微机械制造中应用；2）利用激光辅助CVD沉积技术，可得到高质量的薄膜和较高的沉积速度，膜层成分灵活，并能有效地降低CVD过程的衬底温度，减少了因升温引起的变形、应力、开裂、扩散和夹杂等问题。但是，LCVD技术难度较高，涉及的学科较广，目前大多数潜在的应用尚处于研发阶段。
3 新型化学气相沉积技术发展现实基础分析及其技术实现
作为一种工业技术，克服自身不利因素以拓展应用领域与提高生产效率是其发展现实基础。
在生产中，有时候只需或只能在基体某部位进行沉积，但受限于基体整体结构很难把“某部位”从整体中分离出来使其独处沉积环境，这样在不需沉积的地方发生同步沉积，同时镀层很薄，已镀金属不能再磨削加工，这种情况获得的产品往往不能满足实际需求。为了解决诸如此类问题，具有选择性沉积的激光化学气相沉积（LCVD）技术的发展成为必然。激光作为一种强度高、单色性好和方向性好的光源，在CVD中发挥着热作用和光作用。前者利用激光能量对衬底加热，可以促进衬底表面的化学反应，从而达到化学气相沉积的目的；后者利用高能量光子可以直接促进反应物气体分子的分解。
4 结语
化学气相沉积作为一种非常有效的材料表面改性方法，已广泛应用于生产实践。但受反应条件、基片性质以及操作可控程度等因素影响，限制了它的应用领域与推广程度。最近发展的多种新型化学气相沉积技术已部分解决了这些不利因素影响，但尚未达到沉积率高、沉积快、均匀，且可选择性沉积同时不受基片性质限制的工业生产要求。
参考文献：
[1]孟广耀，化学气相沉积与无机新材料[M].北京：科学出版社，1984.1.
[2]胡传炘，表面处理手册[M].北京：北京工业大学出版社，2004.
[3]张迎光、白雪峰，化学气相沉积技术的进展[J]. 科技论坛，2005，12：82～84.
[4]冯仲潮、赵岩、张炳春，激光制膜——一种先进的激光加工方法[C].第四届全国激光加工学术会议论文集，北京，1997.
作者简介：
赵薇（1960-），女，辽宁沈阳市人，职称：副高，研究方向：环境工程。
