ºÝºÝߣ

ºÝºÝߣShare a Scribd company logo

Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)

•Download as PPTX, PDF•
•
Zümrüt Varol
Zümrüt Varol

Bu sunum; Gazi Üniversitesi İleri Teknolojiler ABD, Prof.Dr. İbrahim USLU' nun sorumluluğunda olan" İnce Film Teknolojileri" adlı derste sunmuş olduğum ince film kaplama tekniklerinden birisi olan Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) tekniğini detaylı bir şekilde anlatılmaktadır.

1 of 34
Downloaded 327 times
Kimyasal Buhar Biriktirme Zümrüt VAROL (CVD) Zümrüt VAROL Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İleri Teknolojiler ABD
Zümrüt VAROL Anlatacaklarım • Tanım • Yöntem • CVD Çalışma Mekanizması • CVD Reaksiyon Türleri • CVD Kaynak ve Malzeme Özellikleri • CVD Türleri • CVD Reaktör Türleri • CVD Cihazı ekipmanları • Prof. Dr. İbrahim Uslu’nun Doktora Tezi • CVD Avantaj ve Dezavantajları • CVD Uygulama Alanları • Kaynaklar
Zümrüt VAROL Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) • Ortalama kapalı bir kap içinde ısıtılmış malzeme yüzeyinin buhar halindeki bir taşıyıcı gazın kimyasal reaksiyonu sonucu oluşan katı bir malzeme ile kaplanması kimyasal buhar biriktirme (Chemical Vapour Deposition, CVD) yöntemi olarak tanımlanır.
Zümrüt VAROL Yöntem • CVD yöntemi; buhar fazından ve basıncı istenilen değerlere ayarlanmış bir ortamda kimyasal yöntemle katı kaplama malzemesi üretmeyi temel alır.
Zümrüt VAROL • Kaplama kalınlığı 10 μm den daha incedir. • Kaplama sıcaklığı, yapılan kaplamanın türüne bağlıdır ve genellikle 500-1100 °C arasındadır. • İşlem süresi yapılan tabaka kalınlığına bağlı olarak 2- 4 saat arasında değişir. • Kaplama stokiometresi, morfolojisi, kristal yapısı ve yönü, kaplama parametreleri değiştirilerek kontrol altına alınabilir
Zümrüt VAROL CVD Çalışma Mekanizması 1. Reaktanın substrat yüzeyine difüzyonu 2. Reaktanın substrat yüzeyine absorpsiyonu 3. Reaktan- substrat arası kimyasal reaksiyon 4. Üründen gaz desorpsiyonu 5. Üründen atık gazın uzaklaşması
Zümrüt VAROL
Zümrüt VAROL
Zümrüt VAROL CVD Reaksiyon Türleri • Piroliz ve Termal Bozunma • Redüksiyon • Oksidasyon • Bileşik Oluşturma • Oransızlaşım • Tersinir transfer
Zümrüt VAROL Piroliz ve Termal Bozunma • AB(g) A(s) + B(g) • 650 oC’ de Silandan Silisyum Biriktirme • SiH4(g) Si(s) + 2H2(g) • Biriktirmede kullanılanlar; – Al, Ti, Pb, Mo, Fe, Ni, B, Zr, C, Si, Ge, SiO2, Al2O3, MnO2,BN, Si3N4, GaN, Si1-xGex
Zümrüt VAROL Redüksiyon • Sıklıkla H2 kullanılır. • Pirolizden daha düşük sıcaklıkta gerçekleşir. • AX(g) + H2(g) A(s) + HX(g) • 300 oC’de W biriktirme. • WF6(g) + 3H2(g) W(s) + 6HF(g) • Biriktirmede kullanılan; – Al, Ti, Sn, Ta, Nb, Cr, Mo, Fe, B, Si, Ge, TaB, TiB2, Nb3Ge,
Zümrüt VAROL Oksidasyon • Sıklıkla O2 kullanılır. • AX(g) + O2(g) AO(s) + [O]X(g) • 450 oC’de Si ve O2 ‘den SiO2 biriktirme. • SiH4(g) + O2(g) SiO2(s) + 2H2(g) • Biriktirmede kullanılanlar – Al2O3, TiO2, Ta2O5, SnO2, ZnO, .
Zümrüt VAROL Bileşik Oluşturma • Sıklıkla amonyak ve su buharı kullanılır. • AX(g) + NH3(g) AN(s) + HX(g) • AX(g) + H2O(g) AO(s) + HX(g) • 1100oC’de aşınmaya karşı dirençli BN film üretimi • BF3(g) + NH3(g) BN(s) + 3HF(g) • Biriktirmede kullanılanlar; – TiN, TaN, AlN, SiC, Al2O3, In2O3, SnO2, SiO2 • BN çok kararlı ve uçucu olmayan bir bileşik olup, yüksek sıcaklıkta bileşikler arasındaki B ve N, BN oluşturma eğilimindedir.
Zümrüt VAROL Oransızlaşım • Birden fazla değerlikli bileşeni içeren elementlerde görülür. • 2AB(g) A(s) + AB2 (g) • Biriktirmede kullanılanlar: – Al, C, Ge, Si, III-V bileşikler
Zümrüt VAROL Tersinir Transfer • Biriktirmede kullanılanlar: – GaInAs, AlGaAs, InP, FeSi2
CVD Kaynak ve Malzeme Özellikleri Zümrüt VAROL • Kaynak Tipleri – Gaz – Uçucu Sıvılar – Süblimleşebilir Katılar Ve bunların kombinasyonlar • Kullanılan Malzemeler – Oda sıcaklığında stabil – Yeterince uçucu – İyi büyüme oranları ele etmek için yeterince yüksek kısmi basınç – Reaksiyonun ısısın substratın erime noktasından küçük olması – Tabaka üzerinden istenilen filmi üretmek ve ürünlerin kolayca sökülmesi – Düşük toksisite
Zümrüt VAROL CVD Türleri • Atmosferik Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme (APCVD) • Alçak Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme(LPCVD) • Metal- Organik Kimyasal Buhar Biriktirme(MOCVD) • Plazma Destekli Kimyasal Buhar Biriktirme (PECVD) • Lazer Kimyasal Buhar Biriktirme(LCVD)
Zümrüt VAROL APCVD • 800-1000 oC. • Film kalınlığı homojenliği muhafa edilemez • Yüzeyde pürüzler ulaşabilir. • Yüzey verimi nedeniyle çökelme düşüktür.
Zümrüt VAROL LPCVD • Enerji mekanizmanın ısısından elde edilmektedir. • Alçak basınçtan sayesinde substrata biriktirme yöntemini bozmadan dik olarak hedef malzemeye çok yakın pozisyonda tutulabilir. • Yüksek sıcaklıklarda çalışmak mümkündür. • Geniş hacimli uygulamalar
Zümrüt VAROL MOCVD • Modern aygıtların epitaksiyel büyütülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. • Özellikle III–V yarıiletken bileşikleriyle yüksek kaliteli epitaksiyel tabakalar, keskin arayüzeyler ve birkaç atom kalınlığında çok tabakalı yapılar üretebilmedeki avantajları bakımından kendini kanıtlamış önemli bir epitaksiyel büyütme tekniğidir
Zümrüt VAROL PECVD • Elektromanyetik enerji ile genellikle birkaç 100 kHz (düşük frekans), 13.6 MHz (radyo frekansı) ve 2.56 GHz (mikrodalga) • 1 Pa -100 Pa basınç aralığında • Düşük substrat sıcaklıklarında (25-450 oC)
Zümrüt VAROL LCVD • İnce filmlerin geniş hacimli yüzeylere kaplanması mümkündür. • Tabakalar 100 Pa-1000 Pa basınç aralığında
Zümrüt VAROL CVD Reaktör Örnekleri RF RF
• Periyodik tabloda gölgelendirmiş kutucuklar CVD’de Zümrüt VAROL biriktirme işleminde kullanılan elementlerdir.
Zümrüt VAROL CVD Ekipmanı • Gaz dağıtım sistemi – Reaktör odasına başlangıç maddelerinin sevk edilmesi için. • Reaktör odası – Birikmenin olduğu oda kaplanacak maddenin yükleneceği mekanizma ve maddeyi getirip uzaklaştıracak bir mekanizma • Enerji kaynağı – Başlangıç maddelerinin reaksiyonu için gereken ısı ve enerjiyi sağlar • Vakum sistemi – Reaksiyon/birikme için gerekenlerden farklı diğer gazların ortamdan uzaklaştırılması için • Ekzoz sistemi – Reaksiyon odasından uçucu bileşenlerin uzaklaştırılması için • Ekzoz işlem sistemleri – Ekzoz gazları çevreye zararlı olabilir. Bu nedenle güvenli bileşikler haline dönüştürmek için • Proses kontrol ekipmanları – Basınç, sıcaklık ve zaman gibi proses parametrelerinin kontrol ve izlenmesi için gereklidir
Prof.Dr. İbrahim Uslu’nun Doktora Tezi Zümrüt VAROL
Prof.Dr. İbrahim Uslu’nun Doktora Tezi Quartz camların ve nükleer yakıtların CVD ile kaplanması Zümrüt VAROL
Prof.Dr. İbrahim Uslu’nun Doktora Tezi Zümrüt VAROL UO2 üzerine BN kaplama enine kesiti (x1000 ve x3000 büyütme)
Zümrüt VAROL
Zümrüt VAROL CVD Avantajları Dezavantajları • Yüksek büyüme oranı • Üretimi ekonomik, aynı anda sayıca çok parça kaplama • Karmaşık şekiller ve iç yüzeyleri üzerinde tabakaların uygulanabilirliği( uniform) • Yüksek film kalitesi • Yüksek saflıkta filmler • Yüksek yoğunluklu filmler • Epitaksi sözkonusu olan filmler • Yüksek sıcaklık aralığı • Karmaşık süreçler • Zehirli ve korozif gazlar • Sıcaklık ve basınca dayanıklı pahalı numuneler
Zümrüt VAROL Uygulama Alanları • Optik fiberler ve telekomünikasyon • Nanomakineler • Yarı iletkenler ve ilgili cihazlar, entegre devreler, algılayıcılar optoelektronik cihazlar • Kompozitler, Elyaf ve toz üretimi, Katalizörler • Elektronik sanayisinde, makine imalat sektöründe • Kesici-delici-aşındırıcı yüzey üretiminde, • Yüzeylere yüksek sıcaklık direnci sağlayan seramik esaslı kaplamalar üretiminde • Askeriye, mühendislik, havacılık, elektronik sanayileri başta olmak üzere birçok alanda önem kazanmasına neden olmaktadır
Zümrüt VAROL
Zümrüt VAROL Kaynaklar • Carlsson, J-O, Chemical Vapor Deposition • Evcin, A (2006) Kaplama Teknikleri Ders Notları • Surface Engineering Series Vol.2 Chemical Vapor Deposition (2001) Ed. Jong-Hee Park: ASM İnternational • Özenbaş, M (2013) Surface processing of materials, CVD, METU • Uslu, İ. (1995) The production, characterization and burnup of uranium dioxide gadolinium oxiede fuel and boron nitride coated uranium dioxidegadolinium oxide fuel. PhD Thesis. METU.
Zümrüt VAROL TEŞEKKÜRLER…

More Related Content

Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)

  • 1. Kimyasal Buhar Biriktirme Zümrüt VAROL (CVD) Zümrüt VAROL Gazi Ãœniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ä°leri Teknolojiler ABD
  • 2. Zümrüt VAROL Anlatacaklarım • Tanım • Yöntem • CVD Çalışma Mekanizması • CVD Reaksiyon Türleri • CVD Kaynak ve Malzeme Özellikleri • CVD Türleri • CVD Reaktör Türleri • CVD Cihazı ekipmanları • Prof. Dr. Ä°brahim Uslu’nun Doktora Tezi • CVD Avantaj ve Dezavantajları • CVD Uygulama Alanları • Kaynaklar
  • 3. Zümrüt VAROL Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) • Ortalama kapalı bir kap içinde ısıtılmış malzeme yüzeyinin buhar halindeki bir taşıyıcı gazın kimyasal reaksiyonu sonucu oluÅŸan katı bir malzeme ile kaplanması kimyasal buhar biriktirme (Chemical Vapour Deposition, CVD) yöntemi olarak tanımlanır.
  • 4. Zümrüt VAROL Yöntem • CVD yöntemi; buhar fazından ve basıncı istenilen deÄŸerlere ayarlanmış bir ortamda kimyasal yöntemle katı kaplama malzemesi üretmeyi temel alır.
  • 5. Zümrüt VAROL • Kaplama kalınlığı 10 μm den daha incedir. • Kaplama sıcaklığı, yapılan kaplamanın türüne baÄŸlıdır ve genellikle 500-1100 °C arasındadır. • Ä°ÅŸlem süresi yapılan tabaka kalınlığına baÄŸlı olarak 2- 4 saat arasında deÄŸiÅŸir. • Kaplama stokiometresi, morfolojisi, kristal yapısı ve yönü, kaplama parametreleri deÄŸiÅŸtirilerek kontrol altına alınabilir
  • 6. Zümrüt VAROL CVD Çalışma Mekanizması 1. Reaktanın substrat yüzeyine difüzyonu 2. Reaktanın substrat yüzeyine absorpsiyonu 3. Reaktan- substrat arası kimyasal reaksiyon 4. Ãœründen gaz desorpsiyonu 5. Ãœründen atık gazın uzaklaÅŸması
  • 9. Zümrüt VAROL CVD Reaksiyon Türleri • Piroliz ve Termal Bozunma • Redüksiyon • Oksidasyon • BileÅŸik OluÅŸturma • Oransızlaşım • Tersinir transfer
  • 10. Zümrüt VAROL Piroliz ve Termal Bozunma • AB(g) A(s) + B(g) • 650 oC’ de Silandan Silisyum Biriktirme • SiH4(g) Si(s) + 2H2(g) • Biriktirmede kullanılanlar; – Al, Ti, Pb, Mo, Fe, Ni, B, Zr, C, Si, Ge, SiO2, Al2O3, MnO2,BN, Si3N4, GaN, Si1-xGex
  • 11. Zümrüt VAROL Redüksiyon • Sıklıkla H2 kullanılır. • Pirolizden daha düşük sıcaklıkta gerçekleÅŸir. • AX(g) + H2(g) A(s) + HX(g) • 300 oC’de W biriktirme. • WF6(g) + 3H2(g) W(s) + 6HF(g) • Biriktirmede kullanılan; – Al, Ti, Sn, Ta, Nb, Cr, Mo, Fe, B, Si, Ge, TaB, TiB2, Nb3Ge,
  • 12. Zümrüt VAROL Oksidasyon • Sıklıkla O2 kullanılır. • AX(g) + O2(g) AO(s) + [O]X(g) • 450 oC’de Si ve O2 ‘den SiO2 biriktirme. • SiH4(g) + O2(g) SiO2(s) + 2H2(g) • Biriktirmede kullanılanlar – Al2O3, TiO2, Ta2O5, SnO2, ZnO, .
  • 13. Zümrüt VAROL BileÅŸik OluÅŸturma • Sıklıkla amonyak ve su buharı kullanılır. • AX(g) + NH3(g) AN(s) + HX(g) • AX(g) + H2O(g) AO(s) + HX(g) • 1100oC’de aşınmaya karşı dirençli BN film üretimi • BF3(g) + NH3(g) BN(s) + 3HF(g) • Biriktirmede kullanılanlar; – TiN, TaN, AlN, SiC, Al2O3, In2O3, SnO2, SiO2 • BN çok kararlı ve uçucu olmayan bir bileÅŸik olup, yüksek sıcaklıkta bileÅŸikler arasındaki B ve N, BN oluÅŸturma eÄŸilimindedir.
  • 14. Zümrüt VAROL Oransızlaşım • Birden fazla deÄŸerlikli bileÅŸeni içeren elementlerde görülür. • 2AB(g) A(s) + AB2 (g) • Biriktirmede kullanılanlar: – Al, C, Ge, Si, III-V bileÅŸikler
  • 15. Zümrüt VAROL Tersinir Transfer • Biriktirmede kullanılanlar: – GaInAs, AlGaAs, InP, FeSi2
  • 16. CVD Kaynak ve Malzeme Özellikleri Zümrüt VAROL • Kaynak Tipleri – Gaz – Uçucu Sıvılar – SüblimleÅŸebilir Katılar Ve bunların kombinasyonlar • Kullanılan Malzemeler – Oda sıcaklığında stabil – Yeterince uçucu – Ä°yi büyüme oranları ele etmek için yeterince yüksek kısmi basınç – Reaksiyonun ısısın substratın erime noktasından küçük olması – Tabaka üzerinden istenilen filmi üretmek ve ürünlerin kolayca sökülmesi – Düşük toksisite
  • 17. Zümrüt VAROL CVD Türleri • Atmosferik Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme (APCVD) • Alçak Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme(LPCVD) • Metal- Organik Kimyasal Buhar Biriktirme(MOCVD) • Plazma Destekli Kimyasal Buhar Biriktirme (PECVD) • Lazer Kimyasal Buhar Biriktirme(LCVD)
  • 18. Zümrüt VAROL APCVD • 800-1000 oC. • Film kalınlığı homojenliÄŸi muhafa edilemez • Yüzeyde pürüzler ulaÅŸabilir. • Yüzey verimi nedeniyle çökelme düşüktür.
  • 19. Zümrüt VAROL LPCVD • Enerji mekanizmanın ısısından elde edilmektedir. • Alçak basınçtan sayesinde substrata biriktirme yöntemini bozmadan dik olarak hedef malzemeye çok yakın pozisyonda tutulabilir. • Yüksek sıcaklıklarda çalışmak mümkündür. • GeniÅŸ hacimli uygulamalar
  • 20. Zümrüt VAROL MOCVD • Modern aygıtların epitaksiyel büyütülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. • Özellikle III–V yarıiletken bileÅŸikleriyle yüksek kaliteli epitaksiyel tabakalar, keskin arayüzeyler ve birkaç atom kalınlığında çok tabakalı yapılar üretebilmedeki avantajları bakımından kendini kanıtlamış önemli bir epitaksiyel büyütme tekniÄŸidir
  • 21. Zümrüt VAROL PECVD • Elektromanyetik enerji ile genellikle birkaç 100 kHz (düşük frekans), 13.6 MHz (radyo frekansı) ve 2.56 GHz (mikrodalga) • 1 Pa -100 Pa basınç aralığında • Düşük substrat sıcaklıklarında (25-450 oC)
  • 22. Zümrüt VAROL LCVD • Ä°nce filmlerin geniÅŸ hacimli yüzeylere kaplanması mümkündür. • Tabakalar 100 Pa-1000 Pa basınç aralığında
  • 23. Zümrüt VAROL CVD Reaktör Örnekleri RF RF
  • 24. • Periyodik tabloda gölgelendirmiÅŸ kutucuklar CVD’de Zümrüt VAROL biriktirme iÅŸleminde kullanılan elementlerdir.
  • 25. Zümrüt VAROL CVD Ekipmanı • Gaz dağıtım sistemi – Reaktör odasına baÅŸlangıç maddelerinin sevk edilmesi için. • Reaktör odası – Birikmenin olduÄŸu oda kaplanacak maddenin yükleneceÄŸi mekanizma ve maddeyi getirip uzaklaÅŸtıracak bir mekanizma • Enerji kaynağı – BaÅŸlangıç maddelerinin reaksiyonu için gereken ısı ve enerjiyi saÄŸlar • Vakum sistemi – Reaksiyon/birikme için gerekenlerden farklı diÄŸer gazların ortamdan uzaklaÅŸtırılması için • Ekzoz sistemi – Reaksiyon odasından uçucu bileÅŸenlerin uzaklaÅŸtırılması için • Ekzoz iÅŸlem sistemleri – Ekzoz gazları çevreye zararlı olabilir. Bu nedenle güvenli bileÅŸikler haline dönüştürmek için • Proses kontrol ekipmanları – Basınç, sıcaklık ve zaman gibi proses parametrelerinin kontrol ve izlenmesi için gereklidir
  • 26. Prof.Dr. Ä°brahim Uslu’nun Doktora Tezi Zümrüt VAROL
  • 27. Prof.Dr. Ä°brahim Uslu’nun Doktora Tezi Quartz camların ve nükleer yakıtların CVD ile kaplanması Zümrüt VAROL
  • 28. Prof.Dr. Ä°brahim Uslu’nun Doktora Tezi Zümrüt VAROL UO2 üzerine BN kaplama enine kesiti (x1000 ve x3000 büyütme)
  • 30. Zümrüt VAROL CVD Avantajları Dezavantajları • Yüksek büyüme oranı • Ãœretimi ekonomik, aynı anda sayıca çok parça kaplama • Karmaşık ÅŸekiller ve iç yüzeyleri üzerinde tabakaların uygulanabilirliÄŸi( uniform) • Yüksek film kalitesi • Yüksek saflıkta filmler • Yüksek yoÄŸunluklu filmler • Epitaksi sözkonusu olan filmler • Yüksek sıcaklık aralığı • Karmaşık süreçler • Zehirli ve korozif gazlar • Sıcaklık ve basınca dayanıklı pahalı numuneler
  • 31. Zümrüt VAROL Uygulama Alanları • Optik fiberler ve telekomünikasyon • Nanomakineler • Yarı iletkenler ve ilgili cihazlar, entegre devreler, algılayıcılar optoelektronik cihazlar • Kompozitler, Elyaf ve toz üretimi, Katalizörler • Elektronik sanayisinde, makine imalat sektöründe • Kesici-delici-aşındırıcı yüzey üretiminde, • Yüzeylere yüksek sıcaklık direnci saÄŸlayan seramik esaslı kaplamalar üretiminde • Askeriye, mühendislik, havacılık, elektronik sanayileri baÅŸta olmak üzere birçok alanda önem kazanmasına neden olmaktadır
  • 33. Zümrüt VAROL Kaynaklar • Carlsson, J-O, Chemical Vapor Deposition • Evcin, A (2006) Kaplama Teknikleri Ders Notları • Surface Engineering Series Vol.2 Chemical Vapor Deposition (2001) Ed. Jong-Hee Park: ASM Ä°nternational • ÖzenbaÅŸ, M (2013) Surface processing of materials, CVD, METU • Uslu, Ä°. (1995) The production, characterization and burnup of uranium dioxide gadolinium oxiede fuel and boron nitride coated uranium dioxidegadolinium oxide fuel. PhD Thesis. METU.