Химическое осаждение из паровой фазы - Combustion chemical vapor deposition

Химическое осаждение из паровой фазы (CCVD) - это химический процесс по которому тонкая пленка покрытия наносятся на субстраты в открытой атмосфере.

История

В 1980-х годах были предприняты первые попытки улучшить адгезию металлопластиковых композитов к стоматологической керамике с использованием пиролитического осаждения диоксида кремния (SiO2).[1] Процесс силикоатера, полученный в результате этих исследований, стал отправной точкой в ​​разработке процессов CCVD. Этот процесс постоянно совершенствовался, и новые области применения пламенно-пиролитического осаждения SiO2 слои где были найдены. В то время для этих слоев было придумано название «Пиросил». Новые и продолжающиеся исследования связаны с осаждением других материалов (см. ниже).

Принципы и порядок действий

В процессе CCVD к горючему газу добавляют соединение-предшественник, обычно металлорганическое соединение или соль металла. Пламя перемещается вплотную над покрываемой поверхностью. Высокая энергия пламени преобразует предшественники в высокореакционные промежуточные продукты, которые легко вступают в реакцию с субстратом, образуя прочно прилипший осадок. В микроструктура и толщину осажденного слоя можно контролировать, изменяя параметры процесса, такие как скорость подложки или пламени, количество проходов, температура подложки и расстояние между пламенем и подложкой. CCVD может производить покрытия с ориентацией от предпочтительной до эпитаксиальный, и может создавать конформные слои толщиной менее 10 нм. Таким образом, технология CCVD представляет собой настоящий процесс осаждения из паровой фазы для создания тонкопленочных покрытий.[2] [3] Процесс покрытия CCVD имеет возможность осаждения тонкие пленки в открытой атмосфере[4] использование недорогих химических веществ-прекурсоров в растворе, что приводит к непрерывному производству на производственной линии. Не требует обработки после осаждения, например, отжиг. Потенциал пропускной способности высокий. Покрытия можно наносить при значительных температурах, например, альфа-оксид алюминия был нанесен на Ni-20Cr при температурах от 1050 до 1125 ° C.[5] В обзорной статье 1999 года обобщены различные оксидные покрытия, нанесенные на сегодняшний день, включая Al2O3, Cr2O3, SiO2, CeO2, некоторые оксиды шпинели (MgAl2O4, NiAl2O4) и диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ).[6]

Химическое осаждение из паровой фазы с дистанционным сжиганием (r-CCVD)

Так называемое химическое осаждение из паровой фазы с дистанционным сжиганием - это новый вариант классического процесса CCVD. Он также использует пламя для осаждения тонких пленок, однако этот метод основан на других механизмах химической реакции и предлагает дополнительные возможности для осаждения систем слоев, которые невозможно реализовать с помощью CCVD, например оксид титана.

Приложения

Типичные области применения слоев, нанесенных методом CCVD
Слой материалаЗаявление
SiO2- Слои диоксида кремния являются наиболее часто наносимыми слоями. Свежеосажденные слои обладают высокой реакционной способностью и, таким образом, могут служить в качестве слоев, способствующих адгезии для полимерных покрытий и связующих. Адгезию можно дополнительно улучшить путем применения дополнительных усилителей адгезии на основе силана, таких как глимо (глицидоксипропилтриметоксисилан).
- изменение оптических свойств (например, улучшение передачи)
- барьерные слои против газов, таких как O2 (например, как защитный слой на сплаве)[7] и ионы, такие как Na+
WOИкс, MoOИкс- хромогенные материалы в «умных окнах»
ZnO- полупроводник
- компонент в прозрачные проводящие оксиды (TCO), например оксид цинка, легированный алюминием (AZO)
ZrO2- слой, защищающий от механических повреждений (например, истирания, царапин)
SnO2- компонент в различных прозрачных проводящих оксидах, таких как оксид индия, легированный оловом (ITO) и оксид олова, легированный фтором (FTO)
TiO2- фотокаталитические слои
Ag- хорошая электропроводность
- теплозащитное стекло
- антибактериальные покрытия
Al2О3- защита от коррозии сплавов типа Ni-20Cr,[8] защита от коррозии стекла.[9]

За и против

  • Рентабельно, отчасти потому, что нет устройств для создания и обслуживания вакуум необходимы
  • Гибкость в использовании за счет различных реализаций
  • Материалы с меньшим количеством слоев по сравнению с некоторыми методами низкого давления, в основном ограниченными оксидами. Исключение составляют некоторые драгоценные металлы, такие как серебро, золото и платина.
  • Ограничено слоистыми материалами, для которых доступны подходящие предшественники, однако это относится к большинству металлов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Janda, R; Roulet, J. F .; Вульф, М; Тиллер, Х. Дж. (2003). «Новая адгезионная технология для цельнокерамики». Стоматологические материалы. 19 (6): 567–73. Дои:10.1016 / s0109-5641 (02) 00106-9. PMID  12837406.
  2. ^ США 4620988, Гаршке, Адельхайд; Ханс-Юрген Тиллер и Роланд Гобель и др., "Аппарат для нанесения покрытия с помощью гидролиза пламенем, особенно для зубных протезов", выпущенный в 1986 г. 
  3. ^ США 5652021, Хант, Эндрю; Джо Кокран и Уильям Брент Картер, «Химическое осаждение из паровой фазы пленок и покрытий», выпущенный в 1997 г. 
  4. ^ США 6013318, Хант, Эндрю; Джо Кокран и Уильям Брент Картер, «Метод горения химического осаждения из паровой фазы пленок и покрытий», выпущенный в 2000 г. 
  5. ^ Кумар, Шива; Kelekanjeri, G .; Carter, W.B .; Ампикян, Дж. М. (2006). «Осаждение альфа-оксида алюминия путем сжигания химического осаждения из паровой фазы». Тонкие твердые пленки. 515 (4): 1905–1911. Bibcode:2006TSF ... 515.1905K. Дои:10.1016 / j.tsf.2006.07.033.
  6. ^ Hampikian, J.M .; Картер, У. (1999). «Горение химического осаждения из паровой фазы высокотемпературных материалов». Материаловедение и инженерия A. 267 (1): 7–18. Дои:10.1016 / S0921-5093 (99) 00067-2.
  7. ^ Valek, B.C .; Хампикян, Дж. М. (1997). «Тонкие пленки кремнезема, нанесенные на сплав Ni-20Cr с помощью химического осаждения из паровой фазы». Технология поверхностей и покрытий. 94-95: 13–20. Дои:10.1016 / S0257-8972 (97) 00469-6.
  8. ^ Хендрик, М.Р .; Hampikian, J.M .; Картер, У. (1998). «Покрытия из оксида алюминия, наносимые методом горения, нанесенные методом химического осаждения из паровой фазы, и их влияние на окисление хромистого образователя на основе никеля». Журнал Электрохимического общества. 145 (11): 3986–3994. Дои:10.1149/1.1838903.
  9. ^ Кун, С., Линке, Р. и Хадрих, Т. (2010). «Модификация горячей стеклянной поверхности глиноземом путем сжигания CVD». Технология поверхностей и покрытий. 205 (7): 2091–2096. Дои:10.1016 / j.surfcoat.2010.08.096.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)