Deposizione chimica da vapore a pressione atmosferica
L'APCVD svolge un ruolo indispensabile in settori come la produzione di circuiti integrati, celle solari e display a schermo piatto, diventando un metodo chiave per la produzione di vari film sottili. Una ricerca approfondita e una conoscenza approfondita della tecnologia APCVD sono fondamentali per lo sviluppo di film sottili.
- Buona uniformità del film
- Maggiore velocità di deposizione del film
- Forte legame pellicola-substrato
- Compatibile con materiali conduttivi
Tutto quello che dovresti sapere sull'APCVD
La tecnologia di deposizione chimica da vapore a pressione atmosferica (APCVD), con i suoi principali vantaggi di "basso costo, elevata efficienza e ampia adattabilità", è diventata una tecnologia chiave indispensabile nel campo della deposizione di film sottili. Ha trovato applicazione su larga scala in settori quali celle solari, vetro architettonico, rivestimenti per utensili ed elettronica flessibile, fornendo un importante supporto alla riduzione dei costi e al miglioramento dell'efficienza nei settori correlati.
Che cos'è l'APCVD?
La deposizione chimica da vapore a pressione atmosferica (APCVD) si riferisce alla deposizione chimica da vapore eseguita a pressione atmosferica. A differenza di altre tecniche di deposizione chimica da vapore, come la deposizione chimica da vapore a bassa pressione (LPCVD) e la deposizione chimica da vapore potenziata al plasma (PECVD), l'APCVD non richiede complesse apparecchiature da vuoto per mantenere l'ambiente a bassa pressione. Invece, i precursori gassosi vengono iniettati direttamente nella camera di reazione a pressione atmosferica, dove reagiscono chimicamente sulla superficie del substrato per depositare un film solido. Ciò rende la tecnologia più conveniente e più facile da scalare per applicazioni industriali.
La famiglia di tecnologie di deposizione chimica da vapore comprende, oltre all'APCVD, la deposizione chimica da vapore a bassa pressione (LPCVD), la deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma (PECVD) e la deposizione chimica da vapore metallo-organica (MOCVD). La LPCVD riduce la pressione di reazione, minimizzando le reazioni in fase gassosa e migliorando l'uniformità e la qualità del film, ma presenta una velocità di deposizione relativamente bassa. La PECVD utilizza il plasma per migliorare la reattività, consentendo la deposizione di film sottili a temperature più basse, rendendola adatta a materiali e dispositivi sensibili alla temperatura. Tuttavia, il costo delle apparecchiature è relativamente elevato. L'APCVD, d'altra parte, si distingue per il funzionamento a pressione atmosferica, la semplicità delle apparecchiature e le elevate velocità di deposizione, sebbene sia leggermente inferiore rispetto a LPCVD e PECVD in termini di uniformità del film. Ognuna di queste diverse tecnologie CVD presenta vantaggi e svantaggi. Nelle applicazioni pratiche, la tecnologia appropriata deve essere selezionata in base ai requisiti specifici del processo e alle proprietà dei materiali. Si completano a vicenda e insieme promuovono lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di deposizione di film sottili.
Processo APCVD
Il principio di base dell'APCVD è che i precursori gassosi entrano in una camera di reazione a pressione atmosferica, subiscono una reazione chimica sulla superficie del substrato e formano un film sottile solido che viene poi depositato sul substrato. Il processo di reazione prevede principalmente i seguenti passaggi:
- 1. Erogazione del gas di reazione
Un precursore gassoso contenente gli elementi costitutivi del film (ad esempio, silano SiH₄ per la deposizione di film sottili di silicio) e un gas vettore (ad esempio, idrogeno H₂, azoto N₂, ecc.) vengono introdotti nella camera di reazione in un rapporto specifico tramite un sistema di erogazione del gas. Il gas vettore contribuisce a distribuire uniformemente il precursore all'interno della camera di reazione e controlla la concentrazione e la portata del gas di reazione.
- 2. Diffusione e adsorbimento del gas
Il precursore gassoso che entra nella camera di reazione viene trasportato sulla superficie del substrato per diffusione a pressione atmosferica e adsorbito sui siti attivi sulla superficie del substrato. Poiché la reazione avviene a pressione atmosferica, il cammino libero medio delle molecole di gas è relativamente breve. Ciò influisce in qualche modo sull'uniformità della diffusione del gas, ma determina anche una velocità di reazione relativamente elevata.
- 3. Reazione chimica
Le molecole precursori adsorbite sulla superficie del substrato subiscono una reazione chimica in determinate condizioni di temperatura (tipicamente 400-800 °C per l'APCVD), decomponendosi o reagendo con altre molecole per formare un materiale solido a film sottile. Ad esempio, il silano (SiH₄) si decompone in atomi di silicio (Si) e idrogeno (H₂) ad alte temperature. Gli atomi di silicio si depositano gradualmente sulla superficie del substrato per formare un film sottile di silicio.
- 4. Crescita di film sottili
Gli atomi o le molecole del film sottile solido generati dalla reazione chimica si aggregano e cristallizzano continuamente sulla superficie del substrato, formando gradualmente un film sottile continuo. Man mano che la reazione prosegue, lo spessore del film aumenta fino a raggiungere lo spessore desiderato.
- 5. Sottoprodotti di scarico
I sottoprodotti prodotti nella reazione chimica (come l'idrogeno H₂ dalla decomposizione del silano) vengono desorbiti dalla superficie del substrato in forma gassosa e scaricati dalla camera di reazione attraverso il sistema di scarico.
Velocità di reazione
Nell'APCVD, la velocità di reazione è influenzata da diversi fattori, tra cui la temperatura di reazione, la concentrazione del gas reagente e l'attività superficiale del substrato. Secondo l'equazione di Arrhenius: k = A * exp (-Ea / RT), dove k è la costante di velocità di reazione, A è il fattore pre-esponenziale, Ea è l'energia di attivazione della reazione, R è la costante del gas e T è la temperatura assoluta. Questa equazione mostra che la temperatura di reazione, T, ha un impatto significativo sulla velocità di reazione. L'aumento della temperatura aumenta la costante di velocità di reazione, k, e la velocità di reazione accelera. Inoltre, l'aumento della concentrazione del gas reagente aumenta anche la velocità di reazione, poiché sono disponibili più molecole di reagente per la reazione. Anche il numero e le proprietà dei siti attivi sulla superficie del substrato influenzano la velocità di reazione e la qualità della crescita del film. Un numero maggiore di siti attivi promuove l'adsorbimento del precursore e facilita la reazione.
Film sottili prodotti da APCVD
Essendo una tecnologia di deposizione di film sottili matura e altamente promettente, l'APCVD ha consentito la produzione su larga scala di un'ampia gamma di film sottili (tra cui semiconduttori, ossidi, nitruri, metalli e semiconduttori composti) nei settori dei semiconduttori, del fotovoltaico, dell'ottica e dell'elettronica. Ecco 30 esempi rappresentativi.
- Film SiC
Il film di SiC presenta elevata durezza, stabilità chimica, conduttività termica e un ampio bandgap. Viene utilizzato in dispositivi elettronici ad alta temperatura, componenti di potenza e rivestimenti resistenti all'usura. Silano e metano sono comunemente utilizzati come precursori nella sua preparazione, con temperature di reazione tipicamente comprese tra 1000 e 1500 °C.
- Pellicola BaTiO₃
Il film di BaTiO₃ presenta una varietà di eccellenti proprietà, tra cui proprietà ferroelettriche, piezoelettriche e dielettriche. È ampiamente utilizzato in dispositivi elettronici come condensatori, sensori e dispositivi di memoria. I composti metallo-organici sono tipicamente utilizzati come precursori e, nell'APCVD, la temperatura di reazione è tipicamente compresa tra 600 °C e 900 °C.
- Pb (ZrₓTi₁₋ₓ) O₃ Pellicola
I film di Pb (ZrₓTi₁₋ₓ) O₃ sono comunemente utilizzati nella produzione di sensori piezoelettrici, attuatori e componenti piezoelettrici nei sistemi microelettromeccanici (MEMS). Le proprietà piezoelettriche del film vengono regolate controllando il rapporto tra zirconio e titanio durante la fabbricazione, tipicamente a temperature comprese tra 500 e 800 °C.
- Pellicola di ZnO
Il film di ZnO presenta eccellenti proprietà ottiche (forte assorbimento nella regione ultravioletta), proprietà piezoelettriche e caratteristiche di semiconduttore. Trova applicazione nei rivelatori UV, negli elettrodi conduttivi trasparenti e nei dispositivi a onde acustiche superficiali. Dietilzinco e ossigeno sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 300 e 600 °C.
- In₂O₃:Sn Film
Il film di ITO è un importante film di ossido conduttivo trasparente con elevata trasmittanza della luce visibile e buona conduttività. Come elettrodo conduttivo trasparente, è ampiamente utilizzato nei display a cristalli liquidi (LCD), nei diodi organici a emissione di luce (OLED) e nei touch screen. Composti organici di indio e stagno vengono utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è compresa tra 400 e 800 °C.
- Pellicola CdS
Il film di CdS ha un gap di banda diretto ed è un materiale semiconduttore comunemente utilizzato. Viene utilizzato come strato finestra nelle celle solari per migliorare l'efficienza di assorbimento della luce. Può essere utilizzato anche nei fotorilevatori. Dimetilcadmio e acido solfidrico sono comunemente usati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 300 e 500 °C.
- Pellicola CdTe
Il film di CdTe è un importante materiale fotovoltaico con un elevato coefficiente di assorbimento della luce e un adeguato band gap. È comunemente utilizzato nella produzione di celle solari al tellururo di cadmio e svolge un ruolo chiave nell'industria fotovoltaica. Il dimetilcadmio e il tellururo di idrogeno sono comunemente utilizzati come precursori nella sua preparazione e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 400 e 600 °C.
- Pellicola TiN
Il film di TiN presenta elevata durezza, elevata stabilità chimica, buona conduttività e un aspetto dorato. Migliora la resistenza all'usura e le prestazioni di taglio degli utensili da taglio; può essere utilizzato come rivestimento simile all'oro, barriera alla diffusione e materiale per elettrodi. Il tetracloruro di titanio e l'ammoniaca sono comunemente usati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 800 e 1000 °C.
- TiC Film
Il film di TiC presenta elevata durezza, un elevato punto di fusione e un'eccellente resistenza all'usura. Viene utilizzato nella produzione di rivestimenti superficiali per componenti resistenti all'usura, migliorando significativamente la resistenza all'usura e la durata del materiale. Il tetracloruro di titanio e il metano sono comunemente utilizzati come precursori nella sua preparazione, con temperature di reazione generalmente comprese tra 1000 e 1200 °C.
- Pellicola TiB₂
Il film di TiB₂ presenta elevata durezza, elevata conduttività ed eccellente stabilità chimica. Viene utilizzato nei rivestimenti per utensili da taglio, nei materiali per elettrodi e nei rivestimenti antiusura. Il tetracloruro di titanio e il borano sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 1000 e 1300 °C.
- Pellicola MoSi₂
Il film di MoSi₂ ha un elevato punto di fusione, un'eccellente resistenza all'ossidazione e un'ottima conduttività elettrica. Viene utilizzato nei componenti riscaldati ad alta temperatura e nei materiali di interconnessione per circuiti integrati. I composti di molibdeno e silicio vengono utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 1000 e 1500 °C.
- Film TaSi₂
Il film di TaSi₂ presenta un elevato punto di fusione, una bassa resistenza elettrica e un'eccellente stabilità termica. È comunemente utilizzato nella produzione di barriere di diffusione e materiali di gate nei circuiti integrati. Il pentacloruro di tantalio e il silano sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 800 e 1200 °C.
- Pellicola WSi₂
Il film di WSi₂ ha un elevato punto di fusione, una bassa resistenza elettrica e un'eccellente resistenza all'ossidazione. Viene utilizzato come materiale di interconnessione metallica e come barriera alla diffusione nei circuiti integrati di grandi dimensioni. L'esacloruro di tungsteno e il silano sono comunemente usati come precursori e la temperatura di reazione è compresa tra 800 e 1300 °C.
- Ni - P Film
Il film Ni-P presenta un'eccellente resistenza alla corrosione, all'usura e proprietà magnetiche. Viene utilizzato nel packaging di dispositivi elettronici, nei supporti di memorizzazione magnetici e nei rivestimenti resistenti alla corrosione. I composti organici del nichel e del fosforo sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è compresa tra 300 e 600 °C.
- Co-P Film
Il film di Co-P ha proprietà magnetiche moderate e una buona resistenza alla corrosione. Viene utilizzato in sensori magnetici, supporti di registrazione magnetici e rivestimenti protettivi. Composti di cobalto e fosforo vengono utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 350 e 700 °C.
- Fe - Ni Film
Il film Fe-Ni presenta proprietà magnetiche morbide, con elevata permeabilità e bassa coercività. È comunemente utilizzato nella produzione di componenti magnetici come nuclei di trasformatori, testine magnetiche e induttori. I composti organici di ferro e nichel sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 400 e 800 °C.
- Fe - Co Film
Il film Fe-Co presenta un'elevata induzione magnetica di saturazione ed eccellenti proprietà magnetiche dolci. Viene utilizzato in trasformatori ad alta frequenza, amplificatori magnetici e sensori. La temperatura di reazione è generalmente compresa tra 450 e 900 °C e la composizione della lega può essere regolata controllando le portate dei precursori di ferro e cobalto.
- Al - Ti Film
Il film Al-Ti combina i vantaggi della bassa densità dell'alluminio con l'elevata resistenza meccanica e alla corrosione del titanio. Viene utilizzato come rivestimento superficiale in ambito aerospaziale, automobilistico e in altri settori. Il trimetilalluminio e il tetracloruro di titanio sono comunemente utilizzati come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 500 e 800 °C.
- Pellicola CIGS
Il film di Cu (InₓGa₁₋ₓ) Se₂ è un materiale fotovoltaico altamente efficiente con un elevato coefficiente di assorbimento della luce e un adeguato band gap. È comunemente utilizzato nella produzione di celle solari al seleniuro di rame, indio e gallio. La composizione del film viene regolata controllando con precisione i rapporti di flusso dei precursori di rame, indio, gallio e selenio. La temperatura di reazione è generalmente compresa tra 500 e 700 °C.
- Film AlGaInP
Il film di AlGaInP presenta un band gap diretto e presenta eccellenti proprietà di luminescenza nella banda della luce visibile. È comunemente utilizzato nella produzione di diodi a emissione luminosa ad alta luminosità, in particolare nei LED rossi e gialli. La composizione e le proprietà del film vengono regolate controllando le portate dei precursori di alluminio, gallio, indio e fosforo. La temperatura di reazione è compresa tra 600 e 800 °C.
- Pellicola SiGeSn
Il film di SiGeSn combina le proprietà di silicio, germanio e stagno, offrendo potenziali vantaggi elettrici e ottici. Presenta un potenziale di ricerca e applicazione in nuovi dispositivi a semiconduttore e dispositivi optoelettronici. Durante la preparazione, il rapporto di flusso dei precursori di silicio, germanio e stagno deve essere controllato con precisione e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 600 e 900 °C.
- Film YBCO
Il film di YBa₂Cu₃O₇₋ₓ è un materiale superconduttore ad alta temperatura con importanti applicazioni nei dispositivi elettronici superconduttori, nella trasmissione di potenza, nella levitazione magnetica e in altri campi. Utilizza composti organici di ittrio, bario e rame come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 700 e 900 °C.
- Pellicola LiCoO₂
Il film di LiCoO₂ è un materiale catodico comunemente utilizzato per le batterie agli ioni di litio. Nelle batterie agli ioni di litio, i film di ossido di litio e cobalto fungono da catodo, immagazzinando e rilasciando ioni di litio e consentendo i processi di carica e scarica della batteria. Utilizzando composti di litio e cobalto come precursori, la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 600 e 800 °C.
- Pellicola LiMn₂O₄
Il film di LiMn₂O₄ è anche un materiale catodico per batterie agli ioni di litio, offrendo vantaggi quali basso costo e abbondanza di risorse. Nella fabbricazione di batterie agli ioni di litio, film sottili di ossido di litio e manganese vengono depositati su substrati di elettrodo utilizzando il metodo APCVD, con temperature di reazione generalmente comprese tra 550 e 750 °C.
- Pellicola LiFePO₄
Il film LiFePO₄, utilizzato come materiale catodico per le batterie agli ioni di litio, offre elevata sicurezza e lunga durata. Utilizza composti di litio, ferro e fosforo come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 650 e 850 °C.
- Film YSZ
Il film YSZ presenta un'eccellente resistenza alle alte temperature, isolamento termico e conduttività degli ioni ossigeno. Utilizza composti di ossido di ittrio e ossido di zirconio come precursori e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 800 e 1200 °C.
- Pellicola HfO₂
Il film di HfO₂ ha un'elevata costante dielettrica. Come materiale dielettrico di gate nei circuiti integrati, può ridurre efficacemente le perdite di gate. Utilizzando composti organici di afnio come precursori, la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 400 e 800 °C.
- Ta₂O₅ Film
Il film di Ta₂O₅ ha un'elevata costante dielettrica e un'eccellente stabilità chimica. Viene spesso utilizzato per formare lo strato dielettrico dei condensatori, migliorandone la densità di capacità e la stabilità. Come precursori vengono utilizzati pentacloruro di tantalio e ossigeno e la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 500 e 900 °C.
- Pellicola Nb₂O₅
Il film di Nb₂O₅ presenta una varietà di proprietà fisiche e chimiche, come proprietà ottiche ed elettriche. Trova applicazioni nei condensatori e nei supporti dei catalizzatori. Utilizzando pentacloruro di niobio (NbCl₅) e ossigeno (O₂) come precursori, la temperatura di reazione è generalmente compresa tra 450 e 850 °C.
- VOₓ Film
I film sottili di VO₂ presentano significative proprietà di transizione di fase metallo-isolante. I film sottili di V₂O₅, invece, presentano eccellenti proprietà di inserimento/estrazione di ioni di litio. I precursori sono ossicloruro di vanadio tricloruro (VOCl₃) e ossigeno, e la temperatura di reazione è compresa tra 300 e 600 °C.
Vantaggi dell'APCVD
Basso costo iniziale
Rispetto a tecnologie come LPCVD (deposizione chimica da vapore a bassa pressione) e PECVD (deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma), che richiedono pompe da vuoto (come pompe molecolari e pompe Roots), guarnizioni per vuoto e apparecchiature di rilevamento del vuoto, le apparecchiature APCVD richiedono solo un sistema di erogazione del gas, una camera di reazione e un riscaldatore. Ciò riduce i costi delle apparecchiature principali del 30-50%, rendendole particolarmente adatte per applicazioni di deposizione di film sottili di fascia media e bassa.
Tasso di deposizione
L'APCVD ha in genere una velocità di deposizione di 0.1-10 μm/min, mentre l'LPCVD è di soli 0.01-0.5 μm/min e il PECVD di 0.05-2 μm/min. Prendendo ad esempio la deposizione di un film di biossido di silicio spesso 1 μm, l'APCVD richiede solo 0.1-10 minuti, mentre l'LPCVD richiede 2-100 minuti e il PECVD richiede 0.5-20 minuti. Per scenari di produzione di massa su larga scala (come substrati per celle solari e rivestimenti in vetro per display a schermo piatto), l'APCVD può ridurre i tempi di ciclo di produzione di oltre il 50%.
Adatto per substrati di grandi dimensioni
La diffusione del gas a pressione atmosferica è più uniforme (soprattutto grazie al design ottimizzato dell'ugello del gas), consentendo una deposizione uniforme su substrati di grandi dimensioni (come substrati di vetro per display da 1.8 m × 2.2 m e wafer di silicio per celle solari da 1 m × 1 m). Al contrario, LPCVD e PECVD hanno dimensioni limitate della camera a vuoto (le camere a vuoto di grandi dimensioni sono difficili e costose da produrre) e la distribuzione del gas in un ambiente sotto vuoto è facilmente influenzata dalla struttura della camera, rendendo difficile soddisfare i requisiti di deposizione di substrati di grandi dimensioni.
Tipi di substrato illimitati
L'APCVD può depositare film sottili su una varietà di substrati, inclusi metalli (acciaio, alluminio, leghe di titanio), ceramiche (ossido di alluminio, carburo di silicio), vetro e materie plastiche (poliimmide, PET). Per i substrati metallici e ceramici, l'APCVD elimina la necessità di complessi pretrattamenti (come la pulizia sotto vuoto e l'attivazione al plasma) e richiede solo un semplice sgrassaggio e la rimozione della ruggine per la deposizione diretta. Ad esempio, quando si depositano rivestimenti resistenti all'usura sui mozzi ruota per autoveicoli, l'APCVD può depositare film di carburo di titanio direttamente sulla superficie pulita del mozzo ruota.
APCVD contro PECVD
La differenza fondamentale tra APCVD e PECVD (deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma) risiede nel metodo di fornitura dell'energia, che determina direttamente le loro caratteristiche tecniche e gli scenari applicativi.
L'APCVD sfrutta l'energia termica per innescare le reazioni chimiche. Riscaldando il substrato o la camera di reazione, le molecole precursori gassose raggiungono l'energia di attivazione per la reazione, subendo una decomposizione termica o una combinazione chimica sulla superficie del substrato per formare un film sottile. La reazione non richiede energia esterna; la velocità di reazione è regolata esclusivamente dalla temperatura, rendendolo un meccanismo di deposizione "guidato termicamente".
La PECVD utilizza un campo elettrico, come la radiofrequenza (RF) o le microonde, per eccitare un gas e generare un plasma. Gli elettroni, gli ioni e i radicali liberi ad alta energia presenti nel plasma abbassano l'energia di attivazione della reazione, consentendo ai precursori di reagire a temperature inferiori (tipicamente 100-400 °C). Il plasma non solo fornisce energia, ma altera anche il percorso della reazione, rendendolo un meccanismo di deposizione "assistito dal plasma".
| Scheda Sintetica | APCVD | PECVD |
| Pressione di reazione | Pressione atmosferica (101.3 kPa) | Bassa pressione (solitamente 1 – 100 Pa) |
| Temperatura di reazione | Temperatura media-alta (200 – 1200°C, prevalentemente 400 – 800°C) | Bassa temperatura (100 – 400°C) |
| Fonte di energia | Energia termica come riscaldamento a resistenza, riscaldamento a infrarossi | Energia del campo elettrico come radiofrequenza (principalmente 13.56 MHz), microonde |
| Attrezzatura di base | Sistema di erogazione del gas, modulo di riscaldamento, camera di reazione | Sistema di vuoto, generatore di plasma, camera di reazione |
| Requisiti dei precursori | È necessario che vi sia attività di decomposizione termica, principalmente composti inorganici/organometallici | Possono utilizzare precursori a bassa attività, alcuni possono utilizzare direttamente gas (come SiH₄, NH₃) |
| Pretrattamento del substrato | Semplice (sgrassaggio, rimozione della ruggine, ecc.) | Complesso (degasaggio sotto vuoto, pulizia al plasma, ecc.) |
- Uniformità del film
Inizialmente, l'uniformità del film APCVD era scarsa (deviazione di spessore di ±5% - ±10%). Tuttavia, grazie all'ottimizzazione dell'ugello del gas (ad esempio, con un design di distribuzione del flusso multicanale) e della distribuzione del campo di temperatura, l'uniformità può ora essere migliorata fino a ±3% - ±5%. Grazie alla sua eccellente uniformità di distribuzione del plasma, la tecnologia PECVD raggiunge in genere un'uniformità del film di ±1% - ±3%, rendendola più adatta ad applicazioni con requisiti di uniformità estremamente elevati (come il rivestimento di chip per circuiti integrati).
- Densità della pellicola
I film APCVD, prodotti tramite reazioni termiche ad alta temperatura, presentano grani fini e possono raggiungere densità comprese tra il 90% e il 98% della densità teorica (ad esempio, i film di Al₂O₃). I film PECVD, a causa della loro deposizione a bassa temperatura, sono soggetti a vuoti e difetti, con conseguenti densità che in genere vanno dall'80% al 92%, ma possono essere migliorate fino a oltre il 95% tramite successiva ricottura.
Applicazioni dell'APCVD
APCVD, una tecnologia di deposizione di film sottili matura e molto promettente, ha consentito di ottenere deposizioni di film sottili su larga scala nei settori dei semiconduttori, del fotovoltaico, dell'ottica e dell'elettronica grazie ai vantaggi offerti dai bassi costi delle apparecchiature, dall'elevata velocità di deposizione e dall'ampia adattabilità del substrato.
Semiconduttori
La tecnica APCVD deposita film sottili di nitruro di silicio (Si₃N₄) e biossido di silicio (SiO₂), che fungono da strati di passivazione (proteggendo il chip dall'umidità esterna e dalle impurità) e da isolanti interstrato (isolando i diversi strati metallici di interconnessione) nei chip dei circuiti integrati. Ad esempio, nella produzione di wafer di silicio da 8 pollici, l'uniformità di spessore dei film di Si₃N₄ depositati mediante APCVD può raggiungere il ±3% e la tensione di rottura può raggiungere > 10 MV/cm, soddisfacendo i requisiti di affidabilità del chip.
Nei dispositivi di visualizzazione a semiconduttore (come LCD e OLED), i film sottili di ossido di indio e stagno (ITO) e ossido di alluminio e zinco (AZO) depositati tramite APCVD fungono da elettrodi conduttivi trasparenti, ottenendo una trasmittanza della luce visibile > 90% e una resistività < 1×10⁻⁴ Ω・cm.
Celle Fotovoltaiche
Le celle solari pongono requisiti estremamente elevati in termini di prestazioni, costi ed efficienza di produzione di massa del fotovoltaico a film sottile. Nelle celle solari a film sottile come il tellururo di cadmio (CdTe) e il seleniuro di rame, indio e gallio (CIGS), l'APCVD viene utilizzato per formare lo strato assorbente (CdTe) e lo strato finestra (CdS). Ad esempio, lo strato assorbente di CdTe viene depositato a 500-600 °C utilizzando l'APCVD utilizzando dimetilcadmio (DMCd) e dimetiltellurio (DMTe) come precursori. Il film risultante ha uno spessore di 2-3 μm e un coefficiente di assorbimento ottico > 1×10⁵ cm⁻¹ (nell'intervallo di luce visibile), assorbendo efficacemente la luce solare. Lo strato finestra di CdS ha uno spessore di 50-100 nm e una trasmittanza della luce visibile > 85%.
Ottica
Nei settori dell'ottica e dei display, l'APCVD può produrre film sottili con proprietà ottiche specifiche (come elevato indice di rifrazione, bassa riflettività e alta trasmittanza) per soddisfare i requisiti di vari dispositivi ottici e apparecchiature di visualizzazione. Nelle lenti delle fotocamere, nelle lenti dei telescopi e in altre applicazioni, film sottili alternati di biossido di silicio (SiO₂, indice di rifrazione 1.46) e biossido di titanio (TiO₂, indice di rifrazione 2.5) depositati mediante APCVD fungono da rivestimenti antiriflesso, riducendo la riflettività della lente dal 4%-5% a meno dello 0.1%, migliorando la qualità dell'immagine. Inoltre, regolando il numero di strati di film e lo spessore, è possibile realizzare filtri a banda stretta (come un filtro per la luce rossa da 650 nm) e filtri di cutoff (come un filtro di cutoff per l'infrarosso) da utilizzare in sensori ottici, apparecchiature laser e altre applicazioni.
Visione
Lo sviluppo della tecnologia APCVD guiderà i materiali a film sottile verso uno sviluppo a basso costo, di alta qualità, multifunzionale e più ecologico. La sua integrazione con tecnologie come l'intelligenza artificiale e l'Internet delle cose accelererà la transizione della fabbricazione di film sottili da un approccio basato sull'esperienza a uno basato sui dati, fornendo un supporto tecnico fondamentale per l'aggiornamento dell'industria globale dei nuovi materiali. Per ricercatori e ingegneri, una profonda comprensione dei principi e dei principi di controllo di processo dell'APCVD, unita alla continua esplorazione di nuovi sistemi a film sottile e scenari applicativi, sono i principali motori delle continue innovazioni in questa tecnologia. Per le aziende, comprendere le tendenze di sviluppo della tecnologia APCVD e sviluppare apparecchiature intelligenti e precursori ecologici fornirà un vantaggio competitivo nel futuro mercato dei materiali a film sottile.