Légköri nyomáson végzett kémiai gőzfázisú leválasztás
Az APCVD nélkülözhetetlen szerepet játszik olyan iparágakban, mint az integrált áramkörök gyártása, a napelemek és a síkképernyős kijelzők gyártása, és kulcsfontosságú módszerré vált a különféle vékonyrétegek gyártásában. Az APCVD technológia mélyreható kutatása és átfogó ismerete kulcsfontosságú a vékonyrétegek fejlesztéséhez.
- Jó filmegyenletesség
- Magasabb filmlerakódási sebesség
- Erős film-hordozó kötés
- Kompatibilis a vezetőképes anyagokkal
Minden, amit az APCVD-ről tudni kell
A légköri nyomáson történő kémiai gőzfázisú leválasztás (APCVD) technológiája, amelynek fő előnyei az „alacsony költség, a nagy hatékonyság és a széleskörű alkalmazhatóság”, nélkülözhetetlen kulcstechnológiává vált a vékonyréteg-leválasztás területén. Széles körű alkalmazást ért el olyan területeken, mint a napelemek, az építészeti üvegek, a szerszámbevonatok és a rugalmas elektronika, fontos támogatást nyújtva a költségcsökkentéshez és a hatékonyságnöveléshez a kapcsolódó iparágakban.
Mi az APCVD?
A légköri nyomáson végzett kémiai gőzleválasztás (APCVD) atmoszférikus nyomáson végzett kémiai gőzleválasztásra utal. Más kémiai gőzleválasztási technikákkal, például az alacsony nyomású kémiai gőzleválasztással (LPCVD) és a plazma-erősítésű kémiai gőzleválasztással (PECVD) ellentétben az APCVD nem igényel komplex vákuumberendezést az alacsony nyomású környezet fenntartásához. Ehelyett a gáz halmazállapotú prekurzorokat közvetlenül a reakciókamrába juttatják légköri nyomáson, ahol kémiai reakcióba lépnek az aljzat felületén, szilárd filmet képezve. Ez költséghatékonyabbá és könnyebben méretezhetővé teszi a technológiát ipari alkalmazásokhoz.
A kémiai gőzfázisú leválasztási technológiák családjába az APCVD mellett tartozik az alacsony nyomású kémiai gőzfázisú leválasztás (LPCVD), a plazma-erősítésű kémiai gőzfázisú leválasztás (PECVD) és a fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztás (MOCVD). Az LPCVD csökkenti a reakciónyomást, minimalizálja a gázfázisú reakciókat, javítja a film egyenletességét és minőségét, de viszonylag alacsony leválasztási sebességgel rendelkezik. A PECVD plazmát használ a reakcióképesség fokozására, lehetővé téve a vékonyréteg-leválasztást alacsonyabb hőmérsékleten, így alkalmassá téve hőmérséklet-érzékeny anyagok és eszközök előállítására. A berendezések költsége azonban viszonylag magas. Az APCVD ezzel szemben atmoszférikus nyomáson történő működésével, egyszerű berendezésével és gyors leválasztási sebességével tűnik ki, bár a film egyenletessége tekintetében kissé elmarad az LPCVD és a PECVD mögött. Ezen különböző CVD technológiák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai. A gyakorlati alkalmazásokban a megfelelő technológiát az adott folyamatkövetelmények és az anyagtulajdonságok alapján kell kiválasztani. Kiegészítik egymást, és együttesen elősegítik a vékonyréteg-leválasztási technológia fejlesztését és alkalmazását.
APCVD folyamat
Az APCVD alapelve, hogy a gáznemű prekurzorok légköri nyomáson belépnek a reakciókamrába, kémiai reakcióba lépnek az aljzat felületén, és szilárd vékony filmanyagot képeznek, amely ezután lerakódik az aljzatra. A reakciófolyamat elsősorban a következő lépésekből áll:
- 1. Reakciógáz-szállítás
Egy gáz halmazállapotú prekurzor, amely a film alkotóelemeit (pl. szilán SiH₄ szilícium vékonyréteg leválasztásához) és egy vivőgázt (pl. hidrogén H₂, nitrogén N₂ stb.) tartalmazza, meghatározott arányban jut a reakciókamrába egy gázadagoló rendszeren keresztül. A vivőgáz segít egyenletesen elosztani a prekurzort a reakciókamrában, és szabályozza a reakciógáz koncentrációját és áramlási sebességét.
- 2. Gázdiffúzió és -adszorpció
A reakciókamrába belépő gáznemű prekurzor atmoszférikus nyomáson diffúzióval jut az aljzat felületére, és adszorbeálódik az aljzat felületén lévő aktív helyekhez. Mivel a reakció atmoszférikus nyomáson megy végbe, a gázmolekulák átlagos szabad úthossza viszonylag rövid. Ez némileg befolyásolja a gázdiffúzió egyenletességét, de viszonylag magas reakciósebességet is eredményez.
- 3. Kémiai reakció
Az aljzat felületére adszorbeált prekurzor molekulák bizonyos hőmérsékleti körülmények között (jellemzően 400-800°C az APCVD esetében) kémiai reakción mennek keresztül, lebomlanak vagy más molekulákkal reagálva szilárd vékonyréteget képeznek. Például a szilán (SiH₄) magas hőmérsékleten szilícium atomokra (Si) és hidrogénre (H₂) bomlik. A szilícium atomok fokozatosan lerakódnak az aljzat felületén, szilícium vékonyréteget képezve.
- 4. Vékonyréteg-növekedés
A kémiai reakció által keletkezett szilárd vékonyréteg-atomok vagy molekulák folyamatosan aggregálódnak és kristályosodnak az aljzat felületén, fokozatosan folytonos vékonyréteget képezve. A reakció folytatódásával a film vastagsága addig növekszik, amíg el nem éri a kívánt vastagságot.
- 5. Melléktermék kipufogógáz
A kémiai reakció során keletkező melléktermékek (például a szilán bomlásából származó hidrogén-H₂) gáz halmazállapotban deszorbeálódnak az aljzat felületéről, és a reakciókamrából a kipufogórendszeren keresztül távoznak.
A reakció sebessége
Az APCVD esetében a reakciósebességet számos tényező befolyásolja, beleértve a reakcióhőmérsékletet, a reagens gáz koncentrációját és a szubsztrát felületi aktivitását. Az Arrhenius-egyenlet szerint: k = A * exp (-Ea / RT), ahol k a reakciósebességi állandó, A a preexponenciális tényező, Ea a reakció aktiválási energiája, R a gázállandó, T pedig az abszolút hőmérséklet. Ez az egyenlet azt mutatja, hogy a reakcióhőmérséklet, T, jelentős hatással van a reakciósebességre. A hőmérséklet növelése növeli a reakciósebességi állandót, k, és a reakciósebesség gyorsul. Továbbá a reagens gáz koncentrációjának növelése szintén növeli a reakciósebességet, mivel több reaktáns molekula áll rendelkezésre a reakcióhoz. Továbbá a szubsztrát felületén lévő aktív helyek száma és tulajdonságai is befolyásolják a reakciósebességet és a filmnövekedés minőségét. A több aktív hely elősegíti a prekurzor adszorpcióját és megkönnyíti a reakciót.
APCVD-vel előállított vékonyrétegek
Az APCVD, mint kiforrott és rendkívül ígéretes vékonyréteg-leválasztási technológia, lehetővé tette a vékonyrétegek (beleértve a félvezetőket, oxidokat, nitrideket, fémeket és összetett félvezetőket) széles körű gyártását a félvezető, a fotovoltaikus, az optikai és az elektronikai területeken. Íme 30 reprezentatív példa.
- SiC film
A SiC film nagy keménységgel, kémiai stabilitással, hővezető képességgel és széles tiltott sávval rendelkezik. Magas hőmérsékletű elektronikus eszközökben, teljesítményalkatrészekben és kopásálló bevonatokban használják. Előállítása során általában szilánt és metánt használnak prekurzorként, a reakcióhőmérséklet jellemzően 1000 és 1500 °C között mozog.
- BaTiO₃ fólia
A BaTiO₃ film számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, beleértve a ferroelektromos, piezoelektromos és dielektromos tulajdonságokat. Széles körben használják elektronikus eszközökben, például kondenzátorokban, érzékelőkben és memóriaeszközökben. A fémorganikus vegyületeket jellemzően prekurzorként használják, és az APCVD-ben a reakcióhőmérséklet jellemzően 600 °C és 900 °C között van.
- Pb (ZrₓTiₓₓ) O3 film
A Pb (ZrₓTi₁₋ₓ) O₃ filmeket gyakran használják piezoelektromos érzékelők, aktuátorok és piezoelektromos alkatrészek gyártásához mikroelektromechanikus rendszerekben (MEMS). A film piezoelektromos tulajdonságait a cirkónium és a titán arányának szabályozásával állítják be a gyártás során, jellemzően 500 és 800 °C közötti hőmérsékleten.
- ZnO fólia
A ZnO film kiváló optikai tulajdonságokkal (erős abszorpció az ultraibolya tartományban), piezoelektromos tulajdonságokkal és félvezető jellemzőkkel rendelkezik. Alkalmazási területei UV-detektorok, átlátszó vezető elektródák és felületi akusztikus hullám eszközök. Prekurzorként általában dietilcinket és oxigént használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 300 és 600 °C között van.
- In₂O₃:Sn fólia
Az ITO fólia egy fontos átlátszó, vezetőképes oxid film, nagy látható fényáteresztő képességgel és jó vezetőképességgel. Átlátszó vezető elektródaként széles körben használják folyadékkristályos kijelzőkben (LCD-k), szerves fénykibocsátó diódákban (OLED-k) és érintőképernyőkben. Prekurzorként indium és ón szerves vegyületeket használnak, a reakcióhőmérséklet 400 és 800°C között van.
- CdS film
A CdS film közvetlen sávszélességgel rendelkezik, és gyakran használt félvezető anyag. Napelemekben ablakrétegként használják a fényelnyelés hatékonyságának javítására. Fotodetektorokban is használható. Prekurzorként általában dimetil-kadmiumot és hidrogén-szulfidot használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 300 és 500 °C között van.
- CdTe film
A CdTe film egy fontos fotovoltaikus anyag, magas fényelnyelési együtthatóval és megfelelő sávszélességgel. Gyakran használják kadmium-tellurid napelemek gyártásában, és kulcsszerepet játszik a fotovoltaikus iparban. Előállítása során általában dimetil-kadmiumot és hidrogén-telluridot használnak prekurzorként, a reakcióhőmérséklet pedig általában 400 és 600 °C között van.
- TiN fólia
A TiN film nagy keménységgel, magas kémiai stabilitással, jó vezetőképességgel és aranyszínű megjelenéssel rendelkezik. Javítja a vágószerszámok kopásállóságát és vágási teljesítményét; aranyszerű bevonatként, diffúziós gátként és elektródaanyagként is használható. A titán-tetrakloridot és az ammóniát általában prekurzorként használják, a reakcióhőmérséklet pedig általában 800 és 1000 °C között van.
- TiC fólia
A TiC fólia nagy keménységgel, magas olvadásponttal és kiváló kopásállósággal rendelkezik. Kopásálló alkatrészek felületi bevonatainak gyártásához használják, jelentősen javítva az anyag kopásállóságát és élettartamát. Előállítása során gyakran használnak prekurzorként titán-tetrakloridot és metánt, a reakcióhőmérséklet általában 1000-1200 °C között mozog.
- TiB₂ fólia
A TiB₂ film nagy keménységgel, magas vezetőképességgel és kiváló kémiai stabilitással rendelkezik. Forgácsolószerszám-bevonatokban, elektródaanyagokban és kopásálló bevonatokban használják. A titán-tetrakloridot és a boránt általában prekurzorként használják, a reakcióhőmérséklet pedig általában 1000 és 1300 °C között van.
- MoSi₂ fólia
A MoSi₂ fólia magas olvadásponttal, kiváló oxidációs ellenállással és elektromos vezetőképességgel rendelkezik. Magas hőmérsékletű fűtőelemekben és integrált áramkörök összekötő anyagaiban használják. Prekurzorként molibdént és szilíciumvegyületeket használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 1000 és 1500 °C között van.
- TaSi₂ film
A TaSi₂ fólia magas olvadásponttal, alacsony elektromos ellenállással és kiváló hőstabilitással rendelkezik. Általában diffúziós gátak és integrált áramkörök kapuanyagainak gyártásához használják. A tantál-pentakloridot és a szilánt általában prekurzorként használják, a reakcióhőmérséklet pedig általában 800 és 1200 °C között van.
- WSi₂ fólia
A WSi₂ film magas olvadásponttal, alacsony elektromos ellenállással és kiváló oxidációs ellenállással rendelkezik. Fém összekötő anyagként és diffúziós gátként használják ultra nagyméretű integrált áramkörökben. A volfrám-hexakloridot és a szilánt általában prekurzorként használják, a reakcióhőmérséklet pedig 800 és 1300 °C között van.
- Ni-P film
A Ni-P fólia kiváló korrózióállósággal, kopásállósággal és mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Elektronikus eszközök csomagolásában, mágneses adathordozókban és korrózióálló bevonatokban használják. Előanyagként gyakran használnak szerves nikkelvegyületeket és foszforvegyületeket, a reakcióhőmérséklet pedig 300 és 600 °C között van.
- Co-P Film
A Co-P fólia mérsékelt mágneses tulajdonságokkal és jó korrózióállósággal rendelkezik. Mágneses érzékelőkben, mágneses adathordozókban és védőbevonatokban használják. Prekurzorként kobalt- és foszforvegyületeket használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 350 és 700 °C között van.
- Fe-Ni film
Az Fe-Ni film lágymágneses tulajdonságokkal rendelkezik, nagy permeabilitással és alacsony koercitivitással. Általában mágneses alkatrészek, például transzformátormagok, mágneses fejek és induktorok gyártásában használják. Prekurzorként általában vas és nikkel szerves vegyületeket használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 400 és 800 °C között van.
- Fe-Co film
Az Fe-Co fólia nagy telítési mágneses indukciót és kiváló lágymágneses tulajdonságokat mutat. Nagyfrekvenciás transzformátorokban, mágneses erősítőkben és érzékelőkben használják. A reakcióhőmérséklet általában 450 és 900 °C között van, és az ötvözet összetétele a vas- és kobaltprekurzorok áramlási sebességének szabályozásával állítható.
- Al-Ti film
Az Al-Ti fólia az alumínium alacsony sűrűségének előnyeit ötvözi a titán nagy szilárdságával és korrózióállóságával. Felületbevonatként használják a repülőgépiparban, az autóiparban és más területeken. A trimetil-alumíniumot és a titán-tetrakloridot általában prekurzorként használják, a reakcióhőmérséklet pedig általában 500 és 800 °C között van.
- CIGS film
A Cu (InₓGa₁₋ₓ) Se₂ film egy nagy hatékonyságú fotovoltaikus anyag, magas fényelnyelési együtthatóval és megfelelő sávszélességgel. Általában réz-indium-gallium-szelenid napelemek gyártásához használják. A film összetételét a réz, indium, gallium és szelén prekurzorok áramlási arányainak pontos szabályozásával állítják be. A reakcióhőmérséklet általában 500 és 700 °C között van.
- AlGaInP film
Az AlGaInP film közvetlen sávszélességgel rendelkezik, és kiváló lumineszcencia tulajdonságokat mutat a látható fény tartományában. Gyakran használják nagy fényerejű fénykibocsátó diódák, különösen vörös és sárga LED-ek gyártásához. A film összetételét és tulajdonságait az alumínium, gallium, indium és foszfor prekurzorok áramlási sebességének szabályozásával állítják be. A reakcióhőmérséklet 600 és 800 °C között van.
- SiGeSn film
A SiGeSn film egyesíti a szilícium, a germánium és az ón tulajdonságait, potenciális elektromos és optikai előnyöket kínálva. Kutatási és alkalmazási potenciállal rendelkezik új félvezető eszközökben és optoelektronikai eszközökben. Az előállítás során a szilícium, a germánium és az ón prekurzorok áramlási arányát pontosan szabályozni kell, a reakcióhőmérséklet pedig általában 600-900 ℃ között van.
- YBCO film
Az YBa₂Cu₃O₇₋ₓ film egy magas hőmérsékletű szupravezető anyag, amely fontos alkalmazási területeket foglal magában szupravezető elektronikus eszközökben, energiaátvitelben, mágneses lebegtetésben és más területeken. Előanyagként ittrium, bárium és réz szerves vegyületeit használja, a reakcióhőmérséklet pedig általában 700 és 900 °C között van.
- LiCoO₂ fólia
A LiCoO₂ film egy gyakran használt katódanyag lítium-ion akkumulátorokhoz. A lítium-ion akkumulátorokban a lítium-kobalt-oxid filmek katódként szolgálnak, lítiumionokat tárolnak és szabadítanak fel, lehetővé téve az akkumulátor töltési és kisütési folyamatait. Lítium- és kobaltvegyületeket használva prekurzorként, a reakció hőmérséklete általában 600 és 800 °C között van.
- LiMn₂O₄ fólia
A LiMn₂O₄ film egyben lítium-ion akkumulátor katódanyag is, amely olyan előnyöket kínál, mint az alacsony költség és a bőséges erőforrások. A lítium-ion akkumulátorok gyártása során lítium-mangán-oxid vékonyrétegeket választanak le az elektróda szubsztrátumokra APCVD módszerrel, a reakcióhőmérséklet általában 550 és 750 °C között van.
- LiFePO₄ fólia
A lítium-ion akkumulátorok katódanyagaként használt LiFePO₄ film nagy biztonságot és hosszú élettartamot kínál. Lítium-, vas- és foszforvegyületeket használ prekurzorként, a reakcióhőmérséklet pedig általában 650 és 850 °C között van.
- YSZ Film
Az YSZ fólia kiváló hőállósággal, hőszigeteléssel és oxigénion-vezető képességgel rendelkezik. Előanyagként ittrium-oxidot és cirkónium-oxid vegyületeket használ, a reakcióhőmérséklet pedig általában 800 és 1200 °C között van.
- HfO₂ film
A HfO₂ film magas dielektromos állandóval rendelkezik. Integrált áramkörökben kapu dielektromos anyagként hatékonyan csökkentheti a kapu szivárgását. Szerves hafniumvegyületek prekurzoraként történő felhasználásával a reakcióhőmérséklet általában 400 és 800 °C között van.
- Ta₂O₅ film
A Ta₂O₅ film magas dielektromos állandóval és kiváló kémiai stabilitással rendelkezik. Gyakran használják kondenzátorok dielektromos rétegének kialakítására, javítva azok kapacitássűrűségét és stabilitását. Prekurzorként tantál-pentakloridot és oxigént használnak, a reakcióhőmérséklet pedig általában 500 és 900 °C között van.
- Nb₂O₅ fólia
Az Nb₂O₅ film számos fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkezik, például optikai és elektromos tulajdonságokkal. Alkalmazási területei vannak kondenzátorokban és katalizátorhordozókban. Nióbium-pentaklorid (NbCl₅) és oxigén (O₂) prekurzorként történő felhasználásával a reakcióhőmérséklet általában 450 és 850 °C között van.
- VOₓ film
A VO₂ vékonyrétegek jelentős fémszigetelő fázisátmeneti tulajdonságokkal rendelkeznek. A V₂O₅ vékonyrétegek ezzel szemben kiváló lítiumion-behelyezési/kivonási tulajdonságokkal rendelkeznek. Az prekurzorok a vanádium-oxi-klorid-triklorid (VOCl₃) és az oxigén, a reakcióhőmérséklet pedig 300 és 600 °C között van.
Az APCVD előnyei
Alacsony kezdeti költség
Az olyan technológiákhoz képest, mint az LPCVD (alacsony nyomású kémiai gőzleválasztás) és a PECVD (plazma-erősítésű kémiai gőzleválasztás), amelyek vákuumszivattyúkat (például molekuláris szivattyúkat és Roots szivattyúkat), vákuumtömítéseket és vákuumérzékelő berendezéseket igényelnek, az APCVD berendezéshez csak gázszállító rendszerre, reakciókamrára és fűtőberendezésre van szükség. Ez 30-50%-kal csökkenti az alapvető berendezések költségeit, így különösen alkalmassá teszi őket közepes és alsó kategóriás vékonyréteg-leválasztási alkalmazásokhoz.
Lerakódási arány
Az APCVD leválasztási sebessége jellemzően 0.1-10 μm/perc, míg az LPCVD-é csak 0.01-0.5 μm/perc, a PECVD-é pedig 0.05-2 μm/perc. Egy 1 μm vastag szilícium-dioxid film leválasztása például mindössze 0.1-10 percet vesz igénybe, míg az LPCVD 2-100 percet, a PECVD pedig 0.5-20 percet. Nagyméretű tömeggyártás esetén (például napelemes hordozók és síkképernyős kijelzők üvegbevonatai) az APCVD több mint 50%-kal csökkentheti a gyártási ciklusidőt.
Nagy felületű aljzatokhoz alkalmas
Atmoszférikus nyomáson a gázdiffúzió egyenletesebb (különösen az optimalizált gázfúvóka-kialakításnak köszönhetően), ami lehetővé teszi az egyenletes lerakódást nagy felületű hordozókon (például 1.8 m × 2.2 m-es kijelző üveghordozókon és 1 m × 1 m-es napelem szilícium lapkákon). Ezzel szemben az LPCVD és a PECVD vákuumkamra mérete korlátozott (a nagy felületű vákuumkamrák gyártása nehéz és költséges), és a gáz eloszlását vákuumkörnyezetben könnyen befolyásolja a kamra szerkezete, ami megnehezíti az ultra nagy felületű hordozók lerakódási követelményeinek teljesítését.
Korlátlan számú aljzattípus
Az APCVD vékony filmeket képes lerakni különféle hordozókra, beleértve a fémeket (acél, alumínium, titánötvözetek), kerámiákat (alumínium-oxid, szilícium-karbid), üveget és műanyagokat (poliimid, PET). Fém- és kerámiahordozók esetében az APCVD kiküszöböli a komplex előkezelés (például a vákuumtisztítás és a plazmaaktiválás) szükségességét, és a közvetlen lerakáshoz csak egyszerű zsírtalanítást és rozsdaeltávolítást igényel. Például, amikor kopásálló bevonatokat visznek fel autóipari kerékagyakra, az APCVD titán-karbid filmeket képes lerakni közvetlenül a megtisztított kerékagy felületére.
APCVD vs. PECVD
Az APCVD és a PECVD (plazma-erősítésű kémiai gőzfázisú leválasztás) közötti alapvető különbség az energiaellátási módszerükben rejlik, amely közvetlenül meghatározza műszaki jellemzőiket és alkalmazási lehetőségeiket.
Az APCVD hőenergiára támaszkodik a kémiai reakciók lebonyolításához. A szubsztrát vagy a reakciókamra melegítésével a gáz halmazállapotú prekurzor molekulák elérik a reakcióhoz szükséges aktiválási energiát, majd termikus bomláson vagy kémiai kombináción mennek keresztül a szubsztrát felületén, vékony filmet képezve. A reakcióban nincs külső energia; a reakciósebességet kizárólag a hőmérséklet szabályozza, így ez egy „termikusan vezérelt” lerakódási mechanizmus.
A PECVD elektromos mezőt, például rádiófrekvenciát (RF) vagy mikrohullámokat használ a gáz gerjesztésére plazma létrehozása érdekében. A plazmában lévő nagy energiájú elektronok, ionok és szabad gyökök csökkentik a reakció aktiválási energiáját, lehetővé téve, hogy a prekurzorok alacsonyabb hőmérsékleten (jellemzően 100-400 °C) reagáljanak. A plazma nemcsak energiát biztosít, hanem megváltoztatja a reakció útját is, így „plazma-asszisztált” lerakódási mechanizmussá válik.
| paraméterek | APCVD | PECVD |
| Reakciónyomás | Légköri nyomás (101.3 kPa) | Alacsony nyomás (általában 1 – 100 Pa) |
| Reakcióhőmérséklet | Közepes-magas hőmérséklet (200–1200 °C, többnyire 400–800 °C) | Alacsony hőmérséklet (100 – 400°C) |
| Energiaforrás | Termikus energia, például ellenállásfűtés, infravörös fűtés | Elektromos térenergia, például rádiófrekvencia (főleg 13.56 MHz), mikrohullámú |
| Alapfelszerelés | Gázszállító rendszer, fűtőmodul, reakciókamra | Vákuumrendszer, plazmagenerátor, reakciókamra |
| Prekurzorkövetelmények | Termikus bomlási aktivitással kell rendelkezniük, főként szervetlen/organikus fémvegyületek | Alacsony aktivitású prekurzorokat használhat, egyesek közvetlenül gázokat is használhatnak (például SiH₄, NH₃) |
| Aljzat előkezelése | Egyszerű (zsírtalanítás, rozsdaeltávolítás stb.) | Komplex (vákuumos gáztalanítás, plazmatisztítás stb.) |
- Film egységessége
A kezdeti időkben az APCVD film egyenletessége gyenge volt (±5% – ±10%). A gázfúvóka optimalizálásával (például a többcsatornás áramláseloszlás kialakításával) és a hőmérséklet-mező eloszlásával azonban az egyenletesség ma már ±3% – ±5% értékre javítható. A PECVD a kiváló plazmaeloszlás egyenletességének köszönhetően jellemzően ±1% – ±3%-os filmegyenletességet ér el, így alkalmasabb a rendkívül magas egyenletességi követelményeket támasztó alkalmazásokhoz (például integrált áramköri chipek bevonásához).
- Filmsűrűség
A magas hőmérsékletű termikus reakciókkal előállított APCVD filmek finom szemcséjűek, és az elméleti sűrűség 90–98%-át is elérhetik (pl. Al₂O₃ filmek). A PECVD filmek alacsony hőmérsékletű leválasztásuk miatt hajlamosak az üregekre és hibákra, ami jellemzően 80% és 92% közötti sűrűséget eredményez, de későbbi hőkezeléssel 95% fölé is javítható.
Az APCVD alkalmazásai
Az APCVD, egy kiforrott és rendkívül ígéretes vékonyréteg-leválasztási technológia, nagymértékű vékonyréteg-leválasztást ért el a félvezető, fotovoltaikus, optikai és elektronikai szektorokban az alacsony berendezésköltség, a magas leválasztási sebesség és a széles hordozó-alkalmazkodóképesség előnyeinek köszönhetően.
Félvezetők
Az APCVD eljárással szilícium-nitrid (Si₃N₄) és szilícium-dioxid (SiO₂) vékonyrétegeket választanak le, amelyek passziváló rétegként (a chipet a külső nedvességtől és szennyeződésektől védve) és közbenső szigetelésként (a különböző fém összekötő rétegek elszigetelése) szolgálnak az IC-chipekben. Például a 8 hüvelykes szilícium-ostyák gyártásakor az APCVD eljárással lerakódott Si₃N₄ filmek vastagságának egyenletessége elérheti a ±3%-ot, az átütési feszültség pedig > 10 MV/cm-t, ami megfelel a chip megbízhatósági követelményeinek.
A félvezető kijelzőeszközökben (például LCD-kben és OLED-ekben) az APCVD-vel lerakódott indium-ón-oxid (ITO) és alumínium-cink-oxid (AZO) vékonyrétegek átlátszó vezető elektródaként szolgálnak, amelyek látható fényáteresztő képessége > 90%, ellenállása pedig < 1×10⁻⁴ Ω・cm.
Napelemek
A napelemek rendkívül magas követelményeket támasztanak a vékonyrétegű fotovoltaikus teljesítmény, a költségek és a tömeggyártás hatékonysága tekintetében. A vékonyrétegű napelemekben, mint például a kadmium-tellurid (CdTe) és a réz-indium-gallium-szelenid (CIGS), APCVD-t használnak az abszorber réteg (CdTe) és az ablakréteg (CdS) kialakításához. Például a CdTe abszorber réteget 500-600°C-on rakják le APCVD segítségével, dimetil-kadmiumot (DMCd) és dimetil-tellúrt (DMTe) prekurzorok felhasználásával. A kapott film vastagsága 2-3 μm, optikai abszorpciós együtthatója > 1×10⁵ cm⁻¹ (a látható fény tartományában), így hatékonyan elnyeli a napfényt. A CdS ablakréteg vastagsága 50-100 nm, látható fényáteresztő képessége > 85%.
Optika
Az optika és a kijelzők területén az APCVD képes olyan vékonyrétegeket előállítani, amelyek speciális optikai tulajdonságokkal rendelkeznek (például magas törésmutatóval, alacsony fényvisszaverő képességgel és nagy fényáteresztő képességgel), hogy megfeleljenek a különféle optikai eszközök és kijelzőberendezések követelményeinek. Kameralencsékben, teleszkóplencsékben és más alkalmazásokban az APCVD által leválasztott váltakozó vékony szilícium-dioxid (SiO₂, törésmutató 1.46) és titán-dioxid (TiO₂, törésmutató 2.5) filmek tükröződésgátló bevonatként szolgálnak, 4%-5%-ról 0.1% alá csökkentve a lencse fényvisszaverő képességét, javítva a képminőséget. Továbbá a filmrétegek számának és vastagságának beállításával keskenysávú szűrők (például 650 nm-es vörös fényszűrő) és leválasztó szűrők (például infravörös leválasztó szűrő) gyárthatók optikai érzékelőkben, lézerberendezésekben és egyéb alkalmazásokban való felhasználásra.
Jövőkép
Az APCVD technológia fejlesztése a vékonyréteg-anyagokat az alacsony költségű, kiváló minőségű, multifunkcionális és környezetbarátabb fejlesztés felé tereli. Az olyan technológiákkal való integrációja, mint a mesterséges intelligencia és a dolgok internete, felgyorsítja a vékonyréteg-gyártás átmenetét a tapasztalatvezéreltről az adatvezéreltre, kulcsfontosságú technikai támogatást nyújtva a globális újanyag-ipar korszerűsítéséhez. A kutatók és mérnökök számára az APCVD alapelveinek és folyamatirányítási elveinek mélyreható ismerete, valamint az új vékonyréteg-rendszerek és alkalmazási forgatókönyvek folyamatos feltárása a folyamatos áttörések fő mozgatórugói ebben a technológiában. A vállalkozások számára az APCVD technológia fejlesztési trendjeinek megértése, valamint az intelligens berendezések és zöld prekurzorok fejlesztése versenyelőnyt biztosít a jövőbeli vékonyréteg-anyagok piacán.