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更新时间2024年1月
您可以使用不同的方法在刀具上形成保护涂层。这些方法包括物理气相沉积(PVD)（可以点击链接查看往期内容） 和化学气相沉积(CVD)。在这些方法中，CVD 是一种流行且用途广泛的技术，可以沉积高质量的覆盖层。
在本期内容，我们将为您深入介绍化学气相沉积(CVD) 的工作原理、优点和缺点。但首先，让我们看看什么是 CVD，这里我们会从以下点和大家进行探讨。
1 什么是化学气相沉积CVD
2 CVD如何起到作用
3 化学涂层CVD的优点
4 化学涂层CVD的缺点
5 总结
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什么是化学气相沉积
化学气相沉积 (CVD) 是一种广泛使用的方法，用于在反应室中在物体（“基材”）表面形成高质量涂层。该技术利用一种或多种挥发性前体与加热基材的化学反应，在这些基材上沉积薄膜涂层。
在化学中，挥发性前体是气态或蒸汽态的物质。这些前体可以与氩气 (Ar) 或氦气 (He) 等惰性气体结合，以防止不必要的表面反应（例如氧化）导致前体降解。因此，这些惰性气体有助于将挥发性前体安全地运送到腔室。
例如，铝粉供应商可以用三氯化铝 (AlCl 3 )、氧气 (O 2 ) 和氩气合成氧化铝 (Al 2 O3) 。但氩气不会与 AlCl 3和 O 2发生反应生成化合物。相反，CVD 工艺使用这种惰性气体稀释氧气并将其输送到反应器。
CVD 工艺有很多种，例如等离子辅助 CVD 和常压 CVD。尽管这些工艺的操作条件不同，但通常需要三个主要因素才能成功沉积块状材料：
1.1挥发性前体：**CVD 工艺中的前体必须是挥发性的。这是因为 CVD 将使用气体分子来沉积固体涂层。该技术不同于物理气相沉积 (PVD)，后者将固体源材料轰击成原子并将这些原子沉积在基材上。
1.2真空室：**真空环境压力较低，可限制不必要的反应并使基底上沉积的材料厚度更加均匀。
1.3高温：CVD工艺需要高温，因为前驱体在极高的温度下沉积，例如硅烷（SiH4）在300-500℃或TEOS（Si(OC2H5)4）在650-750℃。此外，高温可以提高反应速率。在高温条件下，气体分子会移动得更快，并且更频繁地相互碰撞。反应速率将相应增加。
CVD 通常用于为物体生产涂层，因为这些涂层具有高质量和低孔隙率。凭借这些特点，CVD 涂层在电子和其他行业中有着广泛的应用。
例如，CVD 涂层有助于保护物体（例如电子元件）免受水、高温和腐蚀的影响。此外，半导体行业经常使用 CVD 来制造高性能薄膜和导电部件（例如触点或插件）。在珠宝行业，CVD 可用于通过将前体气体的碳原子沉积在基材上来合成钻石。
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CVD 如何起作用
CVD 涂层工艺包括以下基本步骤：
将需要镀膜的基材放入反应室内，然后生产者将挥发性前驱体与惰性气体的混合物加入反应室。
然后，通过电阻加热（例如管式炉）、微波功率、激光或等离子体加热基板。同时，腔室内的压力将降低，以激活气体混合物的化学反应。
随后，混合气体会分解或与基底材料发生反应，沉积薄膜涂层。
混合气体的化学反应会产生挥发性副产品。例如，在 CVD 工艺中，六氟化钨 (WF 6 ) 和氢气 (H 2 ) 沉积钨 (W) 后，会产生氟化氢 (HF) 作为气态副产品，如下所示：WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
然后将气态副产品从真空室中取出并进行适当处理以避免污染环境。
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化学涂层的优点
CVD 可让供应商制造厚度均匀且形状极为复杂的涂层。借助 CVD，供应商可以将薄膜涂层应用于材料的内部、底部、高纵横比孔和其他复杂特征。
这是PVD所无法做到的。这是因为 PVD 是一种视线涂层工艺。这意味着用于形成涂层的粒子会从固体源材料定向移动到基材。结果是 PVD 无法在基材的所有表面上形成均匀的厚度。
为了使基材均匀地涂覆 PVD，制造商必须旋转基材以确保所有分子能够覆盖所有表面。这最终会浪费时间和金钱。
为了更好地理解分子如何在 CVD 和 PVD 中覆盖物体，请看下图：
CVD 的另一个优点是 CVD 涂层具有非常高的纯度。这是因为 CVD 工艺涉及应用蒸馏技术从气态前体中抽离杂质。
CVD 涂层还具有高质量、防水和细颗粒的特点。此外，它们比传统制造工艺生产的类似材料更坚硬。这是因为挥发性前体与基材的反应可以在基材表面形成更强的结合力。
最后但同样重要的是，CVD 具有较高的沉积速率。但必须调整 CVD 的温度和持续时间以控制基材上的涂层厚度。
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化学涂层的缺点
CVD 也有一些缺点。
首先，前体必须具有挥发性才能分解或与基材发生反应。但如果这些前体过于挥发，它们可能会在送入真空室之前蒸发。这就是为什么选择和保存前体以限制其蒸发至关重要。
其次，一些 CVD 前体（如 Cu(acac) 2、B 2 H 6或 Ni(CO) 4）具有毒性、腐蚀性和爆炸性。如果这些气态前体未得到妥善保存且未谨慎运送，它们可能会对环境和接触这些气体的人的健康产生不利影响。
第三，HF、H 2或 CO等气态副产品具有很强的毒性。因此，当这些气体从真空室中释放出来时，必须对其进行适当的处理。
最后，CVD 工艺在极高的温度下沉积薄膜涂层。但有些基底材料的热稳定性较差。因此，选择不能承受高温的基底材料可能会导致 CVD 工艺失败。
例如，在 150 ℃时，铝合金开始变弱。同时，一些前体（如硅烷）在 300-500 ℃的温度范围内沉积。如果制造商选择硅烷作为与铝基板反应的前体气体，则化学反应会腐蚀基板。因此，在选择挥发性前体时，制造商必须考虑基板材料及其热稳定性。
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总结
化学气相沉积是电子元件和半导体部件保护涂层的最有效方法之一。
CVD 很简单。但要使此涂层工艺成功，必须严格遵守有关温度、前体体积、基底材料、腔室材料、压力和持续时间的指导原则。
CVD 具有多种优点，通常能够在基材上形成均匀的厚度。但它的缺点是 CVD 中的一些气态前体和副产品是有毒的。因此，从事 CVD 工艺的人员必须遵守标准操作程序 (SOP)，以确保其健康和环境安全。
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