رسوب دهی شیمیایی بخار

رسوب دهی شیمیایی بخار

تعداد بازدید: 14801
چهارشنبه 03 دي 1393

رسوب دهی شیمیایی بخار

رسوب دهی شیمیایی بخار (Chemical Vapor Deposition) یا CVD روشی برای تولید مواد نانو ساختار و ایجاد پوشش روی زیرپایه است. در این روش، پیش ‌ماده‌ ها تبخیر شده و وارد راکتور می‌ شوند. در این راکتور مولکول‌ های پیش ماده جذب سطحی زیرپایه می ‌شوند. معمولا دمای زیرپایه در محدوده خاصی تنظیم می شود. مولکول‌ های جذب شده، یا در اثر حرارت تجزیه می شوند و یا با گازها و بخارات دیگر واکنش داده و فیلم جامدی را روی زیرپایه تشکیل می ‌دهند. واکنش ‌هایی که روی سطح زیرپایه انجام می ‌شود، واکنش‌ های ناهمگن هستند. این فرآیند از انعطاف‌ پذیری بالایی برخوردار است و برای ساخت بسیاری از مواد مانند فلزات، مواد {{نیمه رسانا}} و سرامیک ها به‌ کار می رود. فیلم ‌های جامد تهیه شده می‌ تواند آمورف، پلی‌کریستال و یا تک کریستال باشد. هم چنین می ‌توان با تنظیم شرایط رشد، فیلم‌های جامد با خواص منحصر به فرد تهیه کرد.

معمولا باید از تشکیل ذرات جامد در فاز گازی اجتناب شود، زیرا در این صورت علاوه بر هدر رفتن مواد اولیه، لایه ‌های ایجاد شده ضخامت ‌یکنواخت نخواهند داشت. همچنین ذرات ناخواسته نیز در فیلم جامد ایجاد می‌ شود. اگر چه تحت شرایط آزمایشگاهی مشخصی تشکیل ذرات جامد در فاز گاز می‌ تواند مفید باشد. به ‌طور مثال برای ساخت نانوذرات و یا نانو پودرها، جوانه زنی فاز گاز و کنترل رشد ذرات از مهم ‌ترین جنبه‌ های فرآیند های رشد است. محدوده اندازه ذرات به وسیله تعداد جوانه های تشکیل‌ شده در راکتور و نیز سرعت متراکم شدن ذرات، کنترل می ‌شود.

مبانی رسوب دهی شیمیایی بخار

از نظر ترمودینامیکی روش رسوب دهی شیمیایی بخار در غالب سیستم ‌ها به دما های بالا و فشار های پایین نیاز دارد. تحت چنین شرایطی انرژی آزاد گیبس سیستم شیمیایی، به سرعت به کم ترین مقدار خود می ‌رسد و در نتیجه محصولات جامد تشکیل می‌ شود.

اولین مرحله برای درک این فرآیند، استفاده از مفاهیم ترمو دینامیکی و نیز مفاهیم انتقالات گازی، سینتیک واکنش، جوانه زنی و رشد ذرات نشانده شده است. این اطلاعات می‌ تواند در انتخاب سیستم مناسب برای انجام واکنش، بسیار با ارزش باشد. فرآیند رسوب دهی شیمیایی بخار، شامل پنج مرحله است:

1- ورود گازهای واکنش دهنده به داخل راکتور

2- نفوذ گازها از طریق یک لایه مرزی

3- تماس گازها با سطح زیرپایه

4- انجام عملیات نشست روی سطح زیرپایه

5- نفوذ محصولات جانبی واکنش از طریق لایه مرزی
  شماتیک رسوب فیزیکی بخار

مرحله دوم و پنجم به یکدیگر وابسته هستند. زیرا سرعت نفوذ واکنش ‌دهنده‌ ها بر سرعت نفوذ محصولات جانبی مؤثر است. این دو مرحله از طریق روابط استوکیومتری واکنش با یکدیگر در ارتباط هستند. مراحل سوم و چهارم بسیار پیچیده هستند و ممکن است شامل واکنش ‌های سطحی و یا گازی، جذب و واجذب به‌ طور همزمان (جذب شیمیایی و واجذب فیزیکی) و فرآیند های جوانه زنی باشد. آهسته ‌ترین مرحله، سرعت واکنش کلی را تعیین می‌ کند. اگر دمای زیرپایه بسیار بالاتر از دمای تجزیه واکنش ‌دهنده ‌ها نگه داشته شود، سرعت تجزیه مواد اولیه روی زیرپایه افزایش می ‌یابد و سرعت رشد توسط سرعت انتقال جرم واکنش ‌دهنده‌ ها روی سطح کنترل می ‌شود.

مفهوم مقاومت لایه مرزی در برابر نفوذ اولین بار توسط نویز و ویتنی بیان شده است و در سال ‌های بعد توسط نرنست گسترش یافت. ضخامت لایه مرزی با زمان تغییر چندانی نمی ‌کند. در سیستم ‌های فشار بالا، ضخامت این لایه به دلیل این که سرعت نفوذ مناسبی را ایجاد کند، توسط سیستم ‌های تجربی تغییر داده می‌ شود. به طور کلی اگر سرعت انتقال جرم بسیار بیشتر از ثابت سرعت سینتیکی محصولات و فشار سیستم باشد، گفته می ‌شود که واکنش از طریق سینتیک کنترل می‌ شود. اما اگر بر عکس باشد، واکنش از طریق نفوذ کنترل می‌ شود. اگر محدودیت ترمودینامیکی وجود نداشته باشد، همیشه برای کنترل سینتیکی فرآیند رسوب دهی شیمیایی بخار باید از دما های پایین و در کنترل نفوذی از دما های بالا استفاده شود. زیرا ثابت سرعت واکنش با دما رابطه نمایی دارد. شکل روبرو اهمیت ارتباط فاکتورهای سینتیک و نفوذ را در طی فرآیند رسوب دهی شیمیایی شیمیایی بخار نشان می ‌دهد.

  مراحل فرآیند CVD
در دما های پایین سرعت واکنش به وسیل وابستگی شدید سرعت واکنش جوانه زنی ناهمگن با دما و نیز تاثیرات واجذبی و سینتیک، محدود می‌ شود. بنابراین سرعت واکنش اولیه از طریق سینتیک کنترل می‌ شود. در این نوع، سرعت رشد به جز برای جریان ‌های کم مواد اولیه، به سرعت جریان مواد اولیه حساس نیست. اما با دما رابطه نمایی دارد. در دماهای بالاتر که سرعت واکنش زیاد است، نفوذ مواد اولیه و محصولات گازی در لایه مرزی، فاکتور تعیین‌ کننده سرعت است. در نتیجه سرعت اولیه  از طریق نفوذ کنترل می ‌شود.

 در این روش سرعت واکنش به دما وابسته نیست؛ اما وابستگی شدیدی به سرعت جریان مواد اولیه و یا لایه مرزی دارد. در دما های بسیار بالا که درصد فوق اشباع زیاد است و گازهای واکنش ‌دهنده بسیار گرم‌ هستند، واکنش جوانه زنی به‌ صورت همگن انجام می‌شود و در نتیجه ذرات جامد رسوب می‌کنند. به دلیل کاهش مواد اولیه (از طریق رسوب‌گذاری ذرات جامد)، سرعت رشد بر روی سطح زیرپایه کاهش می ‌یابد به ‌طوری که دمای رشد افزایش می ‌یابد.

تغییرات مشابهی در مکانیسم سیستم دمای ثابت و فشار متغیر رخ می‌ دهد. در شرایط غیر طبیعی انتقال جرم مناسب مستقل از فشار است، اما معمولا سرعت واکنش شیمیایی با افزایش فشار سیستم، افزایش می ‌یابد. بنابراین در فشارهای پایین، مرحله واکنش می‌تواند محدود باشد، در حالی که در فشار های بالاتر مرحله نفوذ می ‌تواند کنترل شود. در دماهایی که برای تخریب حرارتی مواد مناسب است، جوانه زنی همگن ذرات جامد در فاز گاز در راکتور هایی با دیوارۀ گرم و فشار های بالا، نسبت به فشار های پایین راحت‌تر انجام می ‌شود. که به دلیل طول پویش آزاد کوتاه رادیکال‌ های واکنش در فشار های بالاست.

جوانه زنی در فاز گاز به‌ صورت همگن است. در حالی که جوانه زنی روی زیرپایه به ‌صورت ناهمگن است. به ‌نظر می ‌رسد که فرآیند جوانه زنی شامل تشکیل خوشه‌ های با اندازۀ بحرانی (جوانه‌ها) است که در مرحلۀ بعد بلور های پایدار تشکیل می ‌شود. سه مدل اصلی برای فرآیند رشد در نظر گرفته می ‌شود که در شکل زیر نشان داده شده است. همچنین در این شکل نمودار انرژی پتانسیل نسبی زیر پایه نسبت به فیلم بر حسب میزان تناسب شبکه رسم شده است.

  انواع فرآیند های CVD

تحت شرایط ویژه ‌ای می ‌توان رشد لایه به لایه (مدل فرانک - وان درمرو) را به‌ دست آورد. اگر تناسب بین شبکه ساختار و فیلم بسیار زیاد باشد به‌ صورتی که میزان عدم تناسب بسیار زیاد باشد، کلاسترهای سه‌ بعدی در مدل والمر - وبر تشکیل می ‌شود. با افزایش عدم تناسب بین شبکه‌ های زیرپایه و فیلم، کلاسترهای سه‌ بعدی تا هنگامی که انرژی پتانسیل نسبی بیشتر از صفر است، انرژی مطلوبی دارند. در نتیجه فیلم ‌ها به ‌صورت میانه با نام استرانسکی - کراستانو تشکیل می‌ شوند. در ابتدا تعداد کمی از تک لایه ‌ها ایجاد می‌ شوند و سپس خوشه‌ ها تشکیل می‌شود. در هنگامی که انرژی بین وجوه فیلم - زیرپایه کاهش یابد، فیلم از روی زیرپایه جدا شده و خوشه‌ ها روی اولین تک لایه نشانده شده، تشکیل می ‌شوند.

ژئومتری، شکل و ترکیب زیرپایه، نوع فرآیند رسوب دهی، طبیعت مواد نشانده شده و فاکتور های اقتصادی روی طراحی سیستم CVD موثر است. پیش ماده مایع یا جامد از طریق تبخیرکننده جوشان به حالت گاز در می ‌آید، سپس گاز تولیدی به درون راکتور رانده می‌ شود. هنگامی که ضخامت ویژه‌ای از فیلم یا آلیاژ یا ترکیب چندتایی با نسبت مولی خاص مورد نظر باشد، باید سرعت تبخیر کنترل شود. در سیستم‌ های پیشرفته CVD، معمولا از کنترل‌ کننده‌ های دیجیتال جریان و یا کنترل‌کننده‌ های فشار- جریان استفاده می ‌شود. پیش ماده ‌های مایع راحت ‌تر از جامد استفاده می‌ شود. زیرا انتقال گرما و سطح در دسترس مادۀ جامد کم تر از مایع است.

مزایا و معایب رسوب دهی شیمیایی بخار

با استفاده از این روش می‌ توان نانو ساختار های متنوعی را مانند نقاط کوانتومی، نانوساختار های سرامیکی، کاربید ها، نانولوله ‌های کربنی و حتی الماس ساخت و این موضوع، یکی از نقاط قوت این روش محسوب می‌ شود. به دلیل سرعت بالای این روش، می ‌توان با استفاده از آن، نانوساختار های مختلف را به‌ صورت صنعتی تهیه کرد. به‌ طوری که حتی نانولوله ‌های تک دیواره را به ‌صورت صنعتی از این روش تولید می کنند. به دلیل دمای بالای واکنش، می‌ توان از پیش ماده‌ های متنوعی استفاده کرد. یکی دیگر از مزایای این روش، نبود محصولات جانبی زیاد است که عموماً نیز گازی شکل‌ هستند و به ‌راحتی می ‌توان محصولات اصلی را از محصولات جانبی جدا کرد. اگر از مواد اولیه بسیار خالص استفاده شود، محصولات خالصی نیز به‌ دست خواهد آمد. به گونه ‌ای که محصولات جانبی تشکیل ‌شده کم بوده و به‌ راحتی از محیط واکنش خارج می ‌شود در نتیجه محصول اصلی از مواد جانبی و مواد اولیه به ‌راحتی جدا می ‌شود. اگر هدف تهیه مواد اکسیدی باشد می‌ توان واکنش را در اتمسفر هوا انجام داد و در نتیجه دستگاه ساده‌ تر و ارزان ‌تری لازم خواهد بود. می ‌توان با تغییر زیرپایه، واکنش، ساختار، شکل و ترکیب محصولات موردنظر را کنترل کرد.

البته با توجه به اینکه از دما های بسیار بالا در این روش استفاده می ‌شود، ایجاد و کنترل دما مشکل به ‌نظر می‌ رسد. همچنین انرژی مصرفی در این روش بسیار زیاد است. به دلیل گرادیان دمایی در این روش، کنترل شکل و ساختار ذرات و یا فیلم تهیه شده، مشکل خواهد بود. همچنین فیلم ‌های ایجاد شده در این روش از کیفیت مطلوبی برخوردار نیست، مگر اینکه از تدابیر مختلفی مانند استفاده از لیزر به‌عنوان منبع حرارتی، تنظیم گرادیان دمایی مناسب، جلوگیری از واکنش ‌های فاز گازی ناخواسته و غیره استفاده شود.

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

مسعود صلواتی نیاسری ، نانو شیمی ، انتشارات علم و دانش ، 1388.

.Pierson. H , Handbook Of Chemical Vapor Deposition (CVD), Noyes Publications, 1999

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

رسوب دهی شیمیایی بخار از دید hosseineet.blogfa.com

از دلایل توسعه پذیر بودن روش های CVD می توان به توانایی تولید لایه هایی با تنوع زیاد، پوشش های فلزات، نیمه رسانا ها و لایه هایی با ترکیبات آلی و غیر آلی در یک شکل بلوری یا شیشه ای و دارای خواص مطلوب اشاره کرد. اصول فرایند CVD تا حدی شبیه فرایند PVD است، با این تفاوت که در اینجا فاز گازی که قرار است درون محفظه، چگالش یافته و به پودر تبدیل شود، از طریق واکنش با مواد و به ویژه گازهای موجود در اتمسفر سیستم و به طریق شیمیایی ایجاد می شود. بر خلاف روش PVD که اتم ها به صورت مستقیم روی سطح رسوب می کنند، در روشCVDاتم ها به طور یکنواخت و در تمام زوایا وقسمت های مختلف زیر لایه، به طور یکسان می نشینند. رسوب گذاری از فاز بخار CVD فرآیندی شیمیایی است که برای تولید مواد جامد با خلوص و کارآیی بالا استفاده می شود. این فرآیند اغلب در صنعت نیمه هادی ها برای تهیه فیلم های نازک مورد استفاده قرار می گیرد. در فرآیند رایج رسوب گذاری از فاز بخار، زمینه در معرض یک یا چند پیش ساخت فرار، قرار می گیرد که این مواد بر سطح زمینه واکنش داده و یا تجزیه می شوند تا رسوب دلخواه به دست آید. اغلب، محصولات جانبی فرار نیز تولید می شوند که با جریان گاز عبوری از داخل اتاقک خارج می شوند. محصولاتی که عموما از طریق این فرآیند تولید می شوند، به قرار زیرند: سیلیکون، الیاف کربنی، نانوالیاف کربنی، نانوتیوپ های کربنی، SiO2، سیلیکون- ژرمانیم، سیلیکون نیترید، سیلیکون کربید، تیتانیوم نیترید و دی الکتریک های گوناگون با ثابت دی الکتریک بالا. از این فرآیند برای سنتز الماس نیز استفاده می شود ... ادامه

رسوب دهی شیمیایی بخار rasekhoon.net

روش رسوب‌ شیمیایی فاز بخار مستلزم رسوب‌گذاری ماده‌ی شامل نانوذرات از فاز گازی است. ماده آنقدر گرم می‌شود تا به صورت گاز درآید و سپس به صورت یک ماده جامد بر روی سطح، معمولاً تحت خلأ رسوب‌گذاری می‌گردد. ممکن است رسوب‌گذاری مستقیم یا رسوب‌گذاری از طریق واکنش شیمیایی، محصول تازه‌ای را به وجود آورد که با ماده‌ی تبخیر شده تفاوت زیادی داشته باشد. این فرآیند به آسانی نانوپودرهایی از اکسیدها و کاربیدهای فلزات را پدید می‌آورد، مشروط بر اینکه بخارات کربن یا اکسیژن همراه با فلز در محیط وجود داشته باشد. رسوب‌گذاری شیمیایی فاز بخار را، همچنین می‌ توان برای رشد سطوح مورد استفاده قرار داد. جسمی که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شیمیایی قرار داده می‌ شود. نخستین لایه از مولکول‌ها یا اتم‌ها ممکن است با سطح واکنش دهد یا واکنش ندهد. در هر صورت، این گونه‌های در حال رسوب‌گذاری که برای اولین بار تشکیل شده‌اند، به عنوان بستری که ماده بر روی آن می‌تواند رشد کند، عمل می‌کنند. ساختارهای پدید آمده از این مواد، اغلب در یک ردیف در کنار هم به خط می‌شوند، زیرا مسیری که اتم‌ها و مولکول‌ها در طی آن رسوب‌گذاری گردیده‌اند، تحت تأثیر مولکول‌ها یا اتم‌های همسایه‌ی آن‌ها قرار می‌گیرد. اگر بستر یا سطح پایه‌ی میزبان که رسوب‌گذاری بر روی آن انجام شده است، فوق‌العاده مسطح باشد، رشد سطحی به بهترین وجه انجام می‌شود. در حین رسوب‌گذاری، مکانی برای بلوری شدن در امتداد محور رسوب‌گذاری ممکن است تشکیل شود، به طوری که ساختار منظم شده و به خط شده به شکل عمودی رشد می‌کند... ادامه

رسوب دهی شیمیایی بخار از دید wikipedia.org

Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process used to produce high-purity, high-performance solid materials. The process is often used in the semiconductor industry to produce thin films. In a typical CVD process, the wafer (substrate) is exposed to one or more volatile precursors, which react and/or decompose on the substrate surface to produce the desired deposit. Frequently, volatile by-products are also produced, which are removed by gas flow through the reaction chamber. Microfabrication processes widely use CVD to deposit materials in various forms, including: monocrystalline, polycrystalline, amorphous, and epitaxial. These materials include: silicon, carbon fiber, carbon nanofibers, filaments, carbon nanotubes, SiO2, silicon-germanium, tungsten, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium nitride, and various high-k dielectrics. The CVD process is also used to produce synthetic diamonds...more

رسوب شیمیایی بخار
نشست شیمیایی بخار
رسوب دهی فاز بخار شیمیایی
لایه نشانی شیمیایی بخار
CVD
برچسب ها: پوشش دهیسنتز نانو موادنانو
نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر