Chemické reakce probíhající během CVD procesu

CVD je z chemického hlediska poměrně složitý proces, zejména pokud použijeme více prekurzorů.

Termická dekompozice

Molekula se rozpadne na prvky, příp. na víceprvkové molekuly. Toto je nejčastější reakce v případě použití jednoho prekurzoru.

CH₄(g) → C(s) + 2 H₂(g)
Ni(CO)₄(g) → Ni(s) + 4 CO(g)
SiH₄(g) → Si(s) + 2 H₂(g)

Redukce vodíkem

Redukce jsou velmi rozšířené (nejen v CVD).

WF₆(g) + 3 H₂(g) → W(s) + 6 HF(g)
SiCl₄(g) + 2 H₂(g) → Si(s) + 4 HCl(g)

Zápis těchto dvou reakcí je velmi zjednodušený, ve skutečnosti během reakce vzniká velké množství meziproduktů – nižších halogenidů příslušných prvků.

Velkou výhodou redukce vodíkem je nižší reakční teplota oproti termické dekompozici.

Redukce vodíkem je nezbytná při výrobě polovodičů a vláken s vysokou pevností. Jako prekurzory se zde používají halogenidy nekovů, hlavně boru a křemíku.

Koredukce

Keramické materiály, např. oxidy, karbidy, nitridy, boridy, atd. lze připravit často snadněji, než odpovídající kovy.

TiCl₄(g) + 2 BCl₃(g) + 5 H₂ → TiB₂(s) + 10 HCl(g)

Redukce halogenidů kovy

Ačkoliv je vodík nejpoužívanější redukční činidlo, je za určitých okolností výhodnější použít jiné prvky. Např. zinek, hořčík, sodík nebo draslík.

Nejčastěji se využívá zinek, protože jeho halogenidy jsou těkavější než kov, čímž se snižuje riziko kodepozice.

TiI₄(g) + 2 Zn(s) → Ti(s) + 2 ZnI₂(g)

Další redukční činidlo, hořčík, se používá při průmyslové výrobě titanu:

TiCl₄(g) + 2 Mg(s) → Ti(s) + 2 MgCl₂(g)

Oxidace a hydrolýza

Toto jsou dvě důležité skupiny reakcí při výrobě oxidických materiálů. Běžným zdrojem kyslíku je elementární kyslík nebo oxid uhličitý (CO₂). Nově se využívá při depozici SiO₂ ozón (O₃). Je to velmi silné oxidační činidlo, které je nejčastěji generováno in situ, v obloukovém výboji v atmosféře kyslíku.

SiH₄(g) + O₂(g) → SiO₂(s) + 2 H₂(g)
2 AlCl₃(g) + 3 H₂O(g) → Al₂O₃(s) + 6 HCl(g)

Výroba karbidů a nitridů

Depozice karbidů je často realizována reakcí halogenidů s uhlovodíky, např. methanem.

TiCl₄(g) + CH₄(g) → TiC(s) + 4 HCl(g)

Při výrobě nitridů se nejčastěji vycházi z amoniaku, protože má kladnou hodnotu slučovací entalpie, takže rovnovážnými produkty rozkladu jsou vodík a dusík, který se stává výchozí látkou pro CVD.

3 SiCl₄(g) + 4 NH₃(g) → Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)

Výroba syntetických diamantů

Diamanty jsou v současné době zajímavé pro tzv. nanoelektroniku, přírodní diamanty jsou pochopitelně moc drahé, proto se vyrábějí uměle. Jednou z možností je využití CVD, jako substrát může sloužit křemíková destička žhavená na teplotu 700–1000 °C, nejčastěji se využívá teplota 800 °C.[1] Přes tento substrát se žene směs vodíku s methanem, která slouží jako zdroj uhlíku. Vodík je velmi důležitý, protože dokáže odstranit atomy uhlíku, které vytváří defekty na vznikající vrstvě diamantu.

Další kapitoly

• Historie CVD
• Princip CVD
• Chemické reakce probíhající během CVD procesu
• Metallo–organic CVD
• PECVD – Plasma Enhanced CVD
• MPCVD – Microvawe Plasma-assisted CVD
• CVD iniciovaná laserem
• Odkazy

Literatura

1. CVD diamant a nanodiamant