رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار (CVD) چیست؟

مولف: علی کوثری مهر

رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار (CVD)

رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار ممکن است به عنوان انباشت یک جامد بر روی سطحی گرمادیده به موجب واکنشی شیمیایی در فاز بخار تعریف گردد. این موضوع متعلق به گروهی از فرآیندهای انتقال بخار است که ماهیتا اتمی هستند؛ یعنی گونه‌های در حال انباشت اتم‌ها یا مولکول‌ها یا ترکیبی از این دو هستند. این فرآیند عموما از سه مرحله تشکیل شده است:

1- تبخیر ترکیبی فرار از ماده‌ای که قرار است انباشت گردد

2- تجزیه‌ی گرمایی این بخار به اتم‌ها و مولکول‌ها و/یا واکنش شیمیایی این بخار با مایعات، بخارها و گازهای دیگر در سطح زیرلایه

3- انباشت محصولات واکنشی و غیر فرار بر روی زیرلایه

در این فرآیند نوعا به فشارهایی در بازه‌ی چند torr تا فشار اتمسفری واکنش‌گرها و دماهایی نسبتا بالا (بالاتر از 1000 درجه‌ی سانتی‌گراد) احتیاج است. CVD مزایای مهم متعددی دارد که آن را در بسیاری از موارد به گزینه‌ای ترجیحی بدل می‌کند. این مزایا می‌توانند به صورت ذیل خلاصه شوند:

این فرآیند به انباشت در خط دید محدود نیست که خصیصه‌ی عمومی کندوپاش، تبخیر و دیگر فرآیندهای PVD است. همچنین CVD از توان پرتابی بالایی نیز برخوردار است. فضاهای خالی، سوراخ‌ها و پیکربندی‌های سه بعدی دشوار دیگر معمولا می‌توانند با سادگی نسبی پوشش داده شوند. برای مثال مداری یکپارچه با تناسب ابعادی 10:1 می‌تواند کاملا با تنگستن CVD پر شود.

نرخ انباشت بالا است، پوشش‌های ضخیم می‌تواند فورا حاصل شود (در برخی موارد با ضخامتی چندین سانتی‌متری) و عموما با فرآیندهای PVD قابل رقابت است و در برخی موارد اقتصادی‌تر است.

تجهیزات CVD معمولا نیازمند خلا فوق بالا نیستند و عموما می‌توانند با بسیاری از گونه‌های پردازش تطابق پیدا کنند. انعطاف‌پذیری آن‌ها به گونه‌ای است که در طول انباشت تغییرات بسیاری را در ترکیب مواد میسر می‌کند و انباشت همزمان عناصر یا ترکیبات نیز با سهولت حاصل می‌گردد.

با اینحال روش CVD حل کننده مشکل تمام مسائل مرتبط با پوشش‌دهی نمی‌باشد. این روش دارای چندین عیب نیز می‌باشد. بزرگترین عیب آن این است که بیشتر در دماهای 600 درجه‌ی سانتی‌گراد به بالا کاربرد دارد و بسیاری از زیرلایه‌ها در این دماها پایدار نیستند. اگرچه توسعه‌ی CVD با کمک پلاسما و آلی-فلزی CVD تا حدی این مشکل را حل کرده است. عیب دیگر الزام وجود پیش‌ماده‌ها (مواد شروع کننده) با فشار بخار بالا است که اغلب خطرناک و در برخی موارد سمی هستند. محصول جانبی واکنش‌های CVD نیز سمی و خورنده هستند و بایستی خنثی‌سازی شوند که ممکن است فرآیندی هزینه‌بر باشد [2,1].

منابع:

1. Pierson HO (1999) Introduction and General Considerations. In: Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD). Elsevier, pp 25–35. Webpage

2. Wasa K, Kitabatake M, Adachi H (2004) Thin Films Material Technology: Sputtering of Compound Materials. Springer. Webpage