化學氣相沉積CVD課件

第三章經典合成方法常規(guī)合成方法：指普通的常用的成熟的合成方法包括：化學氣相沉積（CVD），高溫，高壓，低溫，低壓等條件下的合成方法1第三章經典合成方法常規(guī)合成方法：指普通的常用的成熟的合成無機化合物制備反應的判據(jù)熱力學在無機化合物制備中的應用△rGm＝△rHm-T△rSm

對于封閉體系恒溫恒壓過程，其制備反應方向判據(jù)：

（△rGm）T，p＜0制備反應能夠進行

（△rGm）T，p＝0制備反應達平衡態(tài)

（△rGm）T，p＞0制備反應不能進行

如果制備反應在熱力學上是可行的，但若反應進行很慢，則該反應在實際上亦不可用，所以必須同時考慮熱力學和動力學這兩個因素。

2無機化合物制備反應的判據(jù)熱力學在無機化合物制備中的應用△rG3.1化學氣相沉積法（CVD）（ChemicalVaporDeposition）CVD：是利用氣態(tài)或蒸汽態(tài)的物質在氣相或氣固界面上發(fā)生化學反應，生成固態(tài)沉積物的技術廣泛用于提純物質、研制新晶體、沉積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機薄膜材料?？梢允茄趸?、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是某些二元(如GaAs)或多元(如GaAs1-xPx)化合物。其他名稱：化學氣相淀積33.1化學氣相沉積法（CVD）（ChemicalVaporCVD簡史古老原始形態(tài)：遠古人類在取暖或燒烤時熏在巖洞壁或巖石上的黑色碳層中國古代的煉丹術(“升煉“)：早期的化學氣相沉積技術。李時珍引用胡演《丹藥秘訣》中從汞和硫作用生成硫化汞的一段論述是人類歷史上對CVD技術迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的文字記載。4CVD簡史古老原始形態(tài)：遠古人類在取暖或燒烤時熏在巖洞壁或巖胡演《丹藥秘訣》中關于“銀朱”（HgS）的升煉法的描述：“用石亭脂1000克在新鍋中熔化，次下水銀500克炒作青砂頭，至不見水銀星珠時研末罐盛，石板蓋住，鐵絲絆定，鹽泥固濟，大火煅之，待冷取出。貼罐者為銀朱，貼口者為丹砂?！?0世紀60年代初，由美國學者JohnM.BlocherJr.(”SirCVD”)首先提出CVD這一名稱。5胡演《丹藥秘訣》中關于“銀朱”（HgS）的升煉法的描述：5667788991010CVD對原料、產物及反應類型的要求反應物在室溫下最好是氣態(tài)，或在不太高溫度就有相當?shù)恼羝麎?，且容易獲得高純品能夠形成所需要的材料沉積層，反應副產物均易揮發(fā)沉積裝置簡單，操作方便。工藝上有良好的重現(xiàn)性，適于批量生產，成本低廉11CVD對原料、產物及反應類型的要求反應物在室溫下最好是氣態(tài)原子/分子水平上化學合成材料－高度適應性和創(chuàng)新性高純度材料－基于CVD源可以通過氣相過程得到高純度的原料和產品組成和結構可控性－制備工藝重現(xiàn)性廣泛的適應性與多用性材料制備與器件制作的一致性設備較簡單、操作簡易、易于實現(xiàn)自動控制CVD的特點12原子/分子水平上化學合成材料－高度適應性和創(chuàng)新性CVD的特點CVD的分類根據(jù)從氣相產生固相時所選用的加熱源不同，或選用的原料不同，或壓力、溫度不同：高壓化學氣相沉積(HP-CVD)，低壓化學氣相沉積(LP-CVD)

，等離子體化學氣相沉積(P-CVD)

，激光化學氣相沉積(L-CVD)

，金屬有機化合物氣相沉積(MO-CVD)，高溫化學氣相沉積(HT-CVD)

，中溫化學氣相沉積(MT-CVD)

，低溫化學氣相沉積(LT-CVD)等從化學反應的角度看，CVD包括熱分解反應、化學合成反應、化學輸運反應三種類型13CVD的分類根據(jù)從氣相產生固相時所選用的加熱源不同，或選用的3.1.1CVD的化學反應體系－熱解反應

氫化物M-H鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解溫度低，唯一副產物是沒有腐蝕性的氫氣。選擇反應源物質和分解溫度，考慮鍵能數(shù)據(jù)143.1.1CVD的化學反應體系－熱解反應氫化物M-H鍵CVD的化學反應體系－熱解反應

金屬有機化合物：金屬的烷基化合物，其M-C鍵能一般小于C-C鍵能[E(M-C)＜E(C-C)]，可用于淀積金屬膜。元素的烷氧基化合物，由于E(M－O)＞E(O－C)，所以可用來沉積氧化物。MOCVD(Metal-OrganicCVD)：金屬有機化合物(含M-C鍵)，金屬的有機配合物(含金屬的有機化合物，無M-C鍵)---較大的揮發(fā)性15CVD的化學反應體系－熱解反應金屬有機化合物：金屬的烷基MOCVD以金屬有機化合物作為前驅物，前驅物經歷分解或熱解反應生成薄膜。適合制備單組分、多組分半導體材料、光電材料、氧化物、金屬等薄膜材料。

特點：降低沉積溫度，減小高溫對襯底及薄膜表面的破壞。

缺點：前驅物價格昂貴，合成、提純過程困難。多數(shù)前驅物為揮發(fā)性液體，采用水浴、油浴或氣體鼓泡的方式供給，需要精確控制壓強。對前驅物的要求高（揮發(fā)性、穩(wěn)定性、分解）。16MOCVD16CVD的化學反應體系－熱解反應

氫化物和金屬有機化合物體系，已成功地制備出多種化合物半導體17CVD的化學反應體系－熱解反應氫化物和金屬有機化合物體系18181919CVD的化學反應體系－熱解反應

其它氣態(tài)配合物和復合物這一類化合物中的羰基化物和羰基氯化物多用于貴金屬(鉑族)和其它過渡金屬的沉積。20CVD的化學反應體系－熱解反應其它氣態(tài)配合物和復合物這一Fe2O3薄膜制備工藝21Fe2O3薄膜制備工藝21CVD的化學反應體系－熱解反應單氨配合物已用于熱解制備氮化物。22CVD的化學反應體系－熱解反應單氨配合物已用于熱解制備氮化物3.1.2CVD反應體系－化學合成反應

化學合成反應，不受源的性質影響，適應性強.233.1.2CVD反應體系－化學合成反應化學合成反應，工業(yè)制備半導體級超純硅(9個9)24工業(yè)制備半導體級超純硅(9個9)24化學合成反應示例-同一材料GaN有多種合成路線25化學合成反應示例-同一材料GaN有多種合成路線25Ga氣相外延砷化鎵單晶薄膜26Ga氣相外延砷化鎵單晶薄膜26光纖剖面示意圖光纖由纖芯、包層和被覆層組成，導光的部分是處于軸線上的實心纖芯，包層的作用是提供一個圓柱形的界面，以便把光線束縛在纖芯之中。被覆層是一種彈性耐磨的塑料材料，它增強了光纖的強度和柔軟性。27光纖剖面示意圖光纖由纖芯、包層和被覆層組成，導光的部分是處于光導纖維制造光纖時先要制做出光纖預制棒，預制棒一般直徑為幾毫米至幾十毫米。光纖的內部結構就是在預制棒中形成的。通過拉絲機拉出來的裸纖就包括了纖芯和包層。有些光纖品種為了保護裸玻璃光纖，使其不受光和水汽等外部物質的污染，在光纖拉成的同時，就給它涂上彈性涂料（被覆層）。28光導纖維制造光纖時先要制做出光纖預制棒，預制棒一般直光纖的拉制29光纖的拉制29從產業(yè)鏈的角度來看，上游原材料光纖預制棒、光纖、光纜的利潤比例大約是7:2:1，因此，預制棒廠商拿走了整個行業(yè)70%的利潤，在產業(yè)鏈中占優(yōu)勢地位。按統(tǒng)計的2006年底全球光纖預制棒產能計算，全球光纖預制棒產能約為18000萬芯公里，日本信越、美國康寧是第一梯隊，產能為1000噸，德拉克、日本住友、藤倉、古河、中國長飛屬于第二陣營，產能為500-700噸不等。30從產業(yè)鏈的角度來看，上游原材料光纖預制棒、光纖、光纜的利潤比舉例：石英光纖預制棒的制法

課本第50-51頁管內沉積法(MCVD)，管外沉積法(OVPO)，軸向沉積法(VAD)，等離子體激活化學氣相沉積法(PCVD)31舉例：石英光纖預制棒的制法

課本第50-51頁管內沉積法3.1.3CVD反應體系－化學輸運反應

把所需要的沉積物作為源物質,借助于適當氣體介質與之反應而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經化學遷移或物理載帶(用載氣)輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應，使得源物質重新沉積出來，這樣的反應過程稱為化學輸運反應。上述氣體介質叫做輸運劑，所形成的氣態(tài)化合物叫輸運形式。T1T2舉例：課本第53頁

ZnSe323.1.3CVD反應體系－化學輸運反應把所需要的沉積物CVD反應體系－化學輸運反應

在源區(qū)(溫度為T2)發(fā)生輸運反應(向右進行)，源物質ZnS與I2作用生成氣態(tài)的ZnI2；在沉積區(qū)(溫度為T1)則發(fā)生沉積反應(向左進行)，ZnS重新沉積出來。T1T2輸運劑輸運形式33CVD反應體系－化學輸運反應在源區(qū)(溫度為T2)發(fā)生輸運CVD反應器技術CVD裝置設計包括：1）源物質（前軀物）的供應、調節(jié)系統(tǒng)（載氣、閥門、氣路、源區(qū)、流量調節(jié)等）2）反應器（構型、尺寸、襯底支撐體、加熱和附加能量方式等）設計3）尾氣排除或真空產生系統(tǒng)4）自動控制系統(tǒng)34CVD反應器技術CVD裝置設計包括：34CVD反應器技術（1）水平型反應室：采用板式加熱或感應加熱、紅外輻射加熱等形式，前者溫度范圍可以達到500℃，后者可以達到1200℃。托架氣體氣體35CVD反應器技術（1）水平型反應室：托架氣體氣體35CVD反應器技術（2）垂直型反應室：采用板式加熱方式，溫度約500℃；采用感應加熱可使溫度達到1200℃。

托架氣體氣體36CVD反應器技術（2）垂直型反應室：托架氣體氣體36CVD反應器技術（3）圓筒型反應器采用誘導加熱或紅外輻射加熱方式，溫度可以達到1200℃。

37CVD反應器技術（3）圓筒型反應器采用誘導加熱或紅外輻射加CVD反應器技術（4）連繞型反應器：采用板式加熱方式或紅外輻射加熱，溫度達到500℃。

傳送帶38CVD反應器技術（4）連繞型反應器：傳送帶38CVD反應器技術（5）管狀爐型反應器：采用最常用的電阻爐加熱方式，溫度可以達到1000℃左右。

加熱器39CVD反應器技術（5）管狀爐型反應器：加熱器39激光CVD（laser-assistedCVD

）

利用各種激光作為能量供給方式，襯底吸收光能而被加熱，反應劑氣體或者吸收光能在氣相中就發(fā)生熱分解，或者直接在熱襯底表面發(fā)生非均相化學反應沉積薄膜。與傳統(tǒng)CVD不同，激光CVD需要一個窗口來引導光波。與一般性的采用鹵鎢燈加熱襯底或者采用光波加熱前驅物使之揮發(fā)的CVD技術不同，激光CVD通過光熱或者光解的機制進行化學反應的。40激光CVD（laser-assistedCVD）特點：可以進行選擇性的區(qū)域沉積。尤其是制備亞微米尺度的薄膜器件；更容易控制薄膜的微結構和性質。激光很窄的能量分布，在一定程度上限制了激光CVD所能夠誘導的化學反應類型。應用：半導體、絕緣材料、光電子材料的薄膜制備，如：

Si，SiC，SiN，TiN，GaN，GaAs，TiO2，TaO5等。41特點：41催化CVD(catalyticCVD)

反應劑氣體在高溫加熱的金屬（催化劑）表面發(fā)生催化裂化反應（catalyticcrackingreaction），然后輸運到較低溫度襯底表面，沉積成薄膜的過程。應用于Si和C的薄膜材料領域，如SiC、金剛石薄膜、類金剛石薄膜、碳納米管等等。優(yōu)點：依然使用較低的襯底溫度（<300℃）可以獲得大面積而均勻的薄膜原料氣的利用率高42催化CVD(catalyticCVD)反應劑氣體在電化學氣相沉積（ECVD）特點：

前驅物和反應劑分別在多孔襯底兩側，可以得到非常致密的薄膜材料，但是ECVD需要真空系統(tǒng)（<1kPa）和非常高的源區(qū)和襯底溫度（>1000℃），其設備復雜、造價昂貴。所制備的膜材料必須具有氧離子導電性。在制備多組分薄膜時，對組成的控制比較困難。使用氯化物為前驅物，排放出大量有毒有害氣體。43電化學氣相沉積（ECVD）特點：43電化學氣相沉積的兩個階段（1）CVD階段：發(fā)生前驅物與反應劑氣體的直接反應：在孔壁上沉積氧化物，直到開孔被封閉。44電化學氣相沉積的兩個階段（1）CVD階段：發(fā)生前驅物與反應劑（2）EVD階段，H2O在一側被還原，產生的氧離子擴散透過氧化物膜層到達襯底另一側，再與氯化物反應繼續(xù)沉積氧化物薄膜。反應的驅動力是膜層兩側的電化學勢梯度。45（2）EVD階段，H2O在一側被還原，產生的氧離子擴散透過氧MW-PCVD化學氣相沉積系統(tǒng)

MW-PCVD微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)。屬于無極放電方法，并且在較低氣壓下工作，可得到品質級高的透明金剛石膜，應用于SOD、場發(fā)射等領域。中國科學院沈陽科學儀器研制中心

46MW-PCVD化學氣相沉積系統(tǒng)MW-PCVD微波等離子體Fabricationofwell-alignedCdSnanotubesbyCVD-templatemethodXiao-PingShena,Ai-HuaYuanb,FeiWanga,Jian-MingHongc,ZhengXua,*aStateKeyLaboratoryofCoordinationChemistry,LaboratoryofSolidStateMicrostructure,NanjingUniversity,Nanjing210093,P.R.ChinabSchoolofMaterialScienceandEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,P.R.ChinacCenterforMaterialsAnalysis,NanjingUniversity,Nanjing210093,P.R.ChinaSolidStateCommunications133(2005)19–2247Fabricationofwell-alignedCdAbstract:Well-alignedCdSnanotubeshavebeensynthesizedwithinthenanochannelsoftheporousanodicalumina(PAA)membranesbypyrolyzingcadmiumbis(diethyldithiocarbamate)[Cd(S2CNEt2)2]at400oC.ThenanotubesarecomposedofpurehexagonalphasepolycrystallineCdS.Thesyntheticroutecan,inprinciple,beextendedtofabricateothernanotubesofawiderangeofsemiconductors.SolidStateCommunications133(2005)19–2248Abstract:SolidStateCommunicaTypicalexperimental:TheCommerciallyavailablePAAmembranes(WhatmanLtd.,Anodisc13)withanominalporediameterof20nmandthicknessof60mmwereusedastemplates.ThesynthesisofCdSnanotubeswascarriedoutinaquartztubemountedinsideahorizontaltubefurnace.SolidStateCommunications133(2005)19–2249Typicalexperimental:SolidStaInatypicalexperiment,theorganometallicprecursor(~300mg)inaceramicboatwasplacedatupstreamendandthePAAtemplatewasplacedverticallyatthecentralhigh-temperaturezoneofthequartztube.Afterevacuatingthequartztubeto~2Torr,acarriergasofhigh-purityN2flowedviatheprecursorareatowardthetemplatetocarryprecursorintoreactionzone.SolidStateCommunications133(2005)19–2250Inatypicalexperiment,theoThegasflowrateandpressureinsidethetubewerekeptrespectivelyat30sccmand20TorrduringtheCVD.Thesystemwasthenheatedto400oCatthecentralregionofthefurnaceatarateof20oCmin-1andheldatthattemperaturefor1hforCVD.Theprecursorwassituatedinadvanceaccordingtothetemperaturegradientfromthecentertotheendsofthefurnacesothatitstemperaturecouldbeheldatabout220oC.SolidStateCommunications133(2005)19–2251ThegasflowrateandpressureAfterdeposition,thetemperatureofthetemplatewasraisedto500oCatarateof2oCmin-1andmaintainedfor4hforannealing.Theresultingtemplatewascollectedafterthefurnacewascooledtoroomtemperature.Thecoverlayeronthesurfaceoftheresultingtemplateswasremovedbypolishingwith1500gridsandpaperforfurthercharacterization.SolidStateCommunications133(2005)19–2252Afterdeposition,thetemperat(a)Top-viewofwell-alignedCdSnanotubesafterremovingthesurfacecoverlayer.(b)LateralviewofCdSnanotubearrays.SolidStateCommunications133(2005)19–2253(a)Top-viewofwell-alignedC第三章經典合成方法常規(guī)合成方法：指普通的常用的成熟的合成方法包括：化學氣相沉積（CVD），高溫，高壓，低溫，低壓等條件下的合成方法54第三章經典合成方法常規(guī)合成方法：指普通的常用的成熟的合成無機化合物制備反應的判據(jù)熱力學在無機化合物制備中的應用△rGm＝△rHm-T△rSm

對于封閉體系恒溫恒壓過程，其制備反應方向判據(jù)：

（△rGm）T，p＜0制備反應能夠進行

（△rGm）T，p＝0制備反應達平衡態(tài)

（△rGm）T，p＞0制備反應不能進行

如果制備反應在熱力學上是可行的，但若反應進行很慢，則該反應在實際上亦不可用，所以必須同時考慮熱力學和動力學這兩個因素。

55無機化合物制備反應的判據(jù)熱力學在無機化合物制備中的應用△rG3.1化學氣相沉積法（CVD）（ChemicalVaporDeposition）CVD：是利用氣態(tài)或蒸汽態(tài)的物質在氣相或氣固界面上發(fā)生化學反應，生成固態(tài)沉積物的技術廣泛用于提純物質、研制新晶體、沉積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機薄膜材料?？梢允茄趸?、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是某些二元(如GaAs)或多元(如GaAs1-xPx)化合物。其他名稱：化學氣相淀積563.1化學氣相沉積法（CVD）（ChemicalVaporCVD簡史古老原始形態(tài)：遠古人類在取暖或燒烤時熏在巖洞壁或巖石上的黑色碳層中國古代的煉丹術(“升煉“)：早期的化學氣相沉積技術。李時珍引用胡演《丹藥秘訣》中從汞和硫作用生成硫化汞的一段論述是人類歷史上對CVD技術迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的文字記載。57CVD簡史古老原始形態(tài)：遠古人類在取暖或燒烤時熏在巖洞壁或巖胡演《丹藥秘訣》中關于“銀朱”（HgS）的升煉法的描述：“用石亭脂1000克在新鍋中熔化，次下水銀500克炒作青砂頭，至不見水銀星珠時研末罐盛，石板蓋住，鐵絲絆定，鹽泥固濟，大火煅之，待冷取出。貼罐者為銀朱，貼口者為丹砂?！?0世紀60年代初，由美國學者JohnM.BlocherJr.(”SirCVD”)首先提出CVD這一名稱。58胡演《丹藥秘訣》中關于“銀朱”（HgS）的升煉法的描述：55966076186296310CVD對原料、產物及反應類型的要求反應物在室溫下最好是氣態(tài)，或在不太高溫度就有相當?shù)恼羝麎海胰菀撰@得高純品能夠形成所需要的材料沉積層，反應副產物均易揮發(fā)沉積裝置簡單，操作方便。工藝上有良好的重現(xiàn)性，適于批量生產，成本低廉64CVD對原料、產物及反應類型的要求反應物在室溫下最好是氣態(tài)原子/分子水平上化學合成材料－高度適應性和創(chuàng)新性高純度材料－基于CVD源可以通過氣相過程得到高純度的原料和產品組成和結構可控性－制備工藝重現(xiàn)性廣泛的適應性與多用性材料制備與器件制作的一致性設備較簡單、操作簡易、易于實現(xiàn)自動控制CVD的特點65原子/分子水平上化學合成材料－高度適應性和創(chuàng)新性CVD的特點CVD的分類根據(jù)從氣相產生固相時所選用的加熱源不同，或選用的原料不同，或壓力、溫度不同：高壓化學氣相沉積(HP-CVD)，低壓化學氣相沉積(LP-CVD)

，等離子體化學氣相沉積(P-CVD)

，激光化學氣相沉積(L-CVD)

，金屬有機化合物氣相沉積(MO-CVD)，高溫化學氣相沉積(HT-CVD)

，中溫化學氣相沉積(MT-CVD)

，低溫化學氣相沉積(LT-CVD)等從化學反應的角度看，CVD包括熱分解反應、化學合成反應、化學輸運反應三種類型66CVD的分類根據(jù)從氣相產生固相時所選用的加熱源不同，或選用的3.1.1CVD的化學反應體系－熱解反應

氫化物M-H鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解溫度低，唯一副產物是沒有腐蝕性的氫氣。選擇反應源物質和分解溫度，考慮鍵能數(shù)據(jù)673.1.1CVD的化學反應體系－熱解反應氫化物M-H鍵CVD的化學反應體系－熱解反應

金屬有機化合物：金屬的烷基化合物，其M-C鍵能一般小于C-C鍵能[E(M-C)＜E(C-C)]，可用于淀積金屬膜。元素的烷氧基化合物，由于E(M－O)＞E(O－C)，所以可用來沉積氧化物。MOCVD(Metal-OrganicCVD)：金屬有機化合物(含M-C鍵)，金屬的有機配合物(含金屬的有機化合物，無M-C鍵)---較大的揮發(fā)性68CVD的化學反應體系－熱解反應金屬有機化合物：金屬的烷基MOCVD以金屬有機化合物作為前驅物，前驅物經歷分解或熱解反應生成薄膜。適合制備單組分、多組分半導體材料、光電材料、氧化物、金屬等薄膜材料。

特點：降低沉積溫度，減小高溫對襯底及薄膜表面的破壞。

缺點：前驅物價格昂貴，合成、提純過程困難。多數(shù)前驅物為揮發(fā)性液體，采用水浴、油浴或氣體鼓泡的方式供給，需要精確控制壓強。對前驅物的要求高（揮發(fā)性、穩(wěn)定性、分解）。69MOCVD16CVD的化學反應體系－熱解反應

氫化物和金屬有機化合物體系，已成功地制備出多種化合物半導體70CVD的化學反應體系－熱解反應氫化物和金屬有機化合物體系71187219CVD的化學反應體系－熱解反應

其它氣態(tài)配合物和復合物這一類化合物中的羰基化物和羰基氯化物多用于貴金屬(鉑族)和其它過渡金屬的沉積。73CVD的化學反應體系－熱解反應其它氣態(tài)配合物和復合物這一Fe2O3薄膜制備工藝74Fe2O3薄膜制備工藝21CVD的化學反應體系－熱解反應單氨配合物已用于熱解制備氮化物。75CVD的化學反應體系－熱解反應單氨配合物已用于熱解制備氮化物3.1.2CVD反應體系－化學合成反應

化學合成反應，不受源的性質影響，適應性強.763.1.2CVD反應體系－化學合成反應化學合成反應，工業(yè)制備半導體級超純硅(9個9)77工業(yè)制備半導體級超純硅(9個9)24化學合成反應示例-同一材料GaN有多種合成路線78化學合成反應示例-同一材料GaN有多種合成路線25Ga氣相外延砷化鎵單晶薄膜79Ga氣相外延砷化鎵單晶薄膜26光纖剖面示意圖光纖由纖芯、包層和被覆層組成，導光的部分是處于軸線上的實心纖芯，包層的作用是提供一個圓柱形的界面，以便把光線束縛在纖芯之中。被覆層是一種彈性耐磨的塑料材料，它增強了光纖的強度和柔軟性。80光纖剖面示意圖光纖由纖芯、包層和被覆層組成，導光的部分是處于光導纖維制造光纖時先要制做出光纖預制棒，預制棒一般直徑為幾毫米至幾十毫米。光纖的內部結構就是在預制棒中形成的。通過拉絲機拉出來的裸纖就包括了纖芯和包層。有些光纖品種為了保護裸玻璃光纖，使其不受光和水汽等外部物質的污染，在光纖拉成的同時，就給它涂上彈性涂料（被覆層）。81光導纖維制造光纖時先要制做出光纖預制棒，預制棒一般直光纖的拉制82光纖的拉制29從產業(yè)鏈的角度來看，上游原材料光纖預制棒、光纖、光纜的利潤比例大約是7:2:1，因此，預制棒廠商拿走了整個行業(yè)70%的利潤，在產業(yè)鏈中占優(yōu)勢地位。按統(tǒng)計的2006年底全球光纖預制棒產能計算，全球光纖預制棒產能約為18000萬芯公里，日本信越、美國康寧是第一梯隊，產能為1000噸，德拉克、日本住友、藤倉、古河、中國長飛屬于第二陣營，產能為500-700噸不等。83從產業(yè)鏈的角度來看，上游原材料光纖預制棒、光纖、光纜的利潤比舉例：石英光纖預制棒的制法

課本第50-51頁管內沉積法(MCVD)，管外沉積法(OVPO)，軸向沉積法(VAD)，等離子體激活化學氣相沉積法(PCVD)84舉例：石英光纖預制棒的制法

課本第50-51頁管內沉積法3.1.3CVD反應體系－化學輸運反應

把所需要的沉積物作為源物質,借助于適當氣體介質與之反應而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經化學遷移或物理載帶(用載氣)輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應，使得源物質重新沉積出來，這樣的反應過程稱為化學輸運反應。上述氣體介質叫做輸運劑，所形成的氣態(tài)化合物叫輸運形式。T1T2舉例：課本第53頁

ZnSe853.1.3CVD反應體系－化學輸運反應把所需要的沉積物CVD反應體系－化學輸運反應

在源區(qū)(溫度為T2)發(fā)生輸運反應(向右進行)，源物質ZnS與I2作用生成氣態(tài)的ZnI2；在沉積區(qū)(溫度為T1)則發(fā)生沉積反應(向左進行)，ZnS重新沉積出來。T1T2輸運劑輸運形式86CVD反應體系－化學輸運反應在源區(qū)(溫度為T2)發(fā)生輸運CVD反應器技術CVD裝置設計包括：1）源物質（前軀物）的供應、調節(jié)系統(tǒng)（載氣、閥門、氣路、源區(qū)、流量調節(jié)等）2）反應器（構型、尺寸、襯底支撐體、加熱和附加能量方式等）設計3）尾氣排除或真空產生系統(tǒng)4）自動控制系統(tǒng)87CVD反應器技術CVD裝置設計包括：34CVD反應器技術（1）水平型反應室：采用板式加熱或感應加熱、紅外輻射加熱等形式，前者溫度范圍可以達到500℃，后者可以達到1200℃。托架氣體氣體88CVD反應器技術（1）水平型反應室：托架氣體氣體35CVD反應器技術（2）垂直型反應室：采用板式加熱方式，溫度約500℃；采用感應加熱可使溫度達到1200℃。

托架氣體氣體89CVD反應器技術（2）垂直型反應室：托架氣體氣體36CVD反應器技術（3）圓筒型反應器采用誘導加熱或紅外輻射加熱方式，溫度可以達到1200℃。

90CVD反應器技術（3）圓筒型反應器采用誘導加熱或紅外輻射加CVD反應器技術（4）連繞型反應器：采用板式加熱方式或紅外輻射加熱，溫度達到500℃。

傳送帶91CVD反應器技術（4）連繞型反應器：傳送帶38CVD反應器技術（5）管狀爐型反應器：采用最常用的電阻爐加熱方式，溫度可以達到1000℃左右。

加熱器92CVD反應器技術（5）管狀爐型反應器：加熱器39激光CVD（laser-assistedCVD

）

利用各種激光作為能量供給方式，襯底吸收光能而被加熱，反應劑氣體或者吸收光能在氣相中就發(fā)生熱分解，或者直接在熱襯底表面發(fā)生非均相化學反應沉積薄膜。與傳統(tǒng)CVD不同，激光CVD需要一個窗口來引導光波。與一般性的采用鹵鎢燈加熱襯底或者采用光波加熱前驅物使之揮發(fā)的CVD技術不同，激光CVD通過光熱或者光解的機制進行化學反應的。93激光CVD（laser-assistedCVD）特點：可以進行選擇性的區(qū)域沉積。尤其是制備亞微米尺度的薄膜器件；更容易控制薄膜的微結構和性質。激光很窄的能量分布，在一定程度上限制了激光CVD所能夠誘導的化學反應類型。應用：半導體、絕緣材料、光電子材料的薄膜制備，如：

Si，SiC，SiN，TiN，GaN，GaAs，TiO2，TaO5等。94特點：41催化CVD(catalyticCVD)

反應劑氣體在高溫加熱的金屬（催化劑）表面發(fā)生催化裂化反應（catalyticcrackingreaction），然后輸運到較低溫度襯底表面，沉積成薄膜的過程。應用于Si和C的薄膜材料領域，如SiC、金剛石薄膜、類金剛石薄膜、碳納米管等等。優(yōu)點：依然使用較低的襯底溫度（<300℃）可以獲得大面積而均勻的薄膜原料氣的利用率高95催化CVD(catalyticCVD)反應劑氣體在電化學氣相沉積（ECVD）特點：

前驅物和反應劑分別在多孔襯底兩側，可以得到非常致密的薄膜材料，但是ECVD需要真空系統(tǒng)（<1kPa）和非常高的源區(qū)和襯底溫度（>1000℃），其設備復雜、造價昂貴。所制備的膜材料必須具有氧離子導電性。在制備多組分薄膜時，對組成的控制比較困難。使用氯化物為前驅物，排放出大量有毒有害氣體。96電化學氣相沉積（ECVD）特點：43電化學氣相沉積的兩個階段（1）CVD階段：發(fā)生前驅物與反應劑氣體的直接反應：在孔壁上沉積氧化物，直到開孔被封閉。97電化學氣相沉積的兩個階段（1）CVD階段：發(fā)生前驅物與反應劑（2）EVD階段，H2O在一側被還原，產生的氧離子擴散透過氧化物膜層到達襯底另一側，再與氯化物反應繼續(xù)沉積氧化物薄膜。反應的驅動力是膜層兩側的電化學勢梯度。98（2）EVD階段，H2O在一側被還原，產生的氧離子擴散透過氧MW-PCVD化學氣相沉積系統(tǒng)

MW-PCVD微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)。屬于無極放電方法，并且在較低氣壓下工作，可得到品質級高的透明金剛石膜，應用于SOD、場發(fā)射等領域。中國科學院沈陽科學儀器研制中心

99MW-PCVD化學氣相沉積系統(tǒng)MW-PCVD微波等離子體Fabricationofwell-alignedCdSnanotubesbyCVD-templatemethodXiao-PingShena,Ai-HuaYuanb,FeiWanga,Jian-MingHongc,ZhengXua,*aStateKeyLaboratoryofCoordinationChemistry,LaboratoryofSolidStateMicrostructure,NanjingUniversity,Nanjing210093,P.R.ChinabSchoolofMaterialScienceandEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,P.R.ChinacCenterforMaterialsAnalysis,NanjingUniversity,Nanjing210093,P.R.ChinaSolidStateCommunications133(2005)19–22100Fabricationofwell-alignedCdAbstract:Well-alignedCdSnanotubeshavebeensynthesizedwithinthenanochannelsoftheporousanodicalumina(PAA)membranesbypyrolyzingcadmiumbis(diethyldithiocarbamate)[Cd(S2CNEt2)2]at400oC.ThenanotubesarecomposedofpurehexagonalphasepolycrystallineCdS.Thesyntheticroutecan,inprinciple,beextendedtofabricateothernanotubesofawiderangeofsemiconductors.SolidStateCommunications133(2005)19–22101Abstract:SolidStateCommunicaTypicalexperimental:TheCommerciallyavailablePAAmembranes(WhatmanLtd.,Anodisc13)withanominalporediameterof20nmandthi