مقدمه:

از دلایل توسعه پذیر بودن روش های  CVDمی 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 PVD1 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 روش   CVDاتم ها به طور یکنواخت و در تمام زوایا وقسمت های مختلف زیر لایه،به طور یکسان می نشینند. رسوب گذاری از فاز بخارCVD فرآیندی شیمیایی است که برای تولید مواد جامد با خلوص و کارآیی بالا استفاده می شود.این فرآیند اغلب در صنعت نیمه هادیها 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 .

 
 


 
 

مروری بر منابع:

رسوب شیمیایی فاز بخار  (CVD)

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 می‌توان برای رشد سطوح مورد استفاده قرار داد. جسمی که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شیمیایی قرار داده می‌شود. 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. این موضوع به صورت طرحی در شکل (2-2 - 1) نشان داده شده است و با یک ساختار واقعی تشکیل شده از نانولوله‌های کربنی در شکل (2-2 - 2) مقایسه شده است. از شکل های (1- الف و ب) می‌توان دید که خواص سطح در طول محور Z نسبت به صفحه X و Y بسیار متفاوت خواهد بود. این باعث می‌شود که ویژگی‌های سطح، منحصر به فرد و بی نظیر باشد.

  

                   نانو لوله های کربنی به خط شده که در کنار هم هستند                   

 

 مدل فرضی

 

 مراحل اساسی که در فرایند های CVD اتفاق می افتد شامل :

1- انتقال گرمایی نفوذی واکنش گرما از مخزن گاز به سمت منطقه واکنش

2- انجام واکنش های شیمیایی در فاز گاز برای تولید نمومه های واکنش پذیر جدید و فراورده  های فرعی

3- انتقال واکنش گرمای اولیه و فراورده هایشان به سمت سطح زیر لایه

4- جذب فیزیکی یا شیمیایی ونفوذ این نمونه ها روی سطح زیر لایه

5- واکنش های غیر همگن به وسیله سطح که منجر به شکل گیری لایه می شود

6- دفع فراورده های فرعی از واکنش های سطح

7-انتقال گرمایی ونفوذی واکنش فراورده های فرعی

 

انواع واکنش ها

1- پیرزلیز

2-کاهش

3-اکسایش

4-تشکیل ترکیبات

5-تسهیم نا مناسب

6-انتقال برگشت پذیر

 

کاربرد های فرایند CVD

در يك فرآيند CVD يك لايه از ماده در معرض يك يا چند ماده تبخير شده قرار مي گيرد، و طي آن مواد اوليه با لايه ی مذكور واكنش داده و تجزيه شده، محصول رسوبي مورد نظر را به وجود مي آورند . البته محصولات جانبي نيز به وجود مي آيند كه به وسيله گاز خارج مي شوند.رسوب دهي شيميايي بخار به طور وسيع درتوليد نيمه هادي ها ( به عنوان يك بخش از فرآيند توليد نانوساختارهاي نيمه هادي) و براي رسوب فيلم هاي گوناگون نظير سيليكون هاي پلي كريستال ، آمورف، اپي تكسيال، سيليكون ، ژرمانيوم، تنگستن، سيليكون نيتريد، سيليكون اكسي نيتريد و تيتانيم نيتريد استفاده مي شود ،  فرآيند CVD براي توليد الماس سنتزي نيزكاربرد دارد. اين فرآيند براي پوشش دهي قطعات مختلف و رسيدن به خواص نوري، الكتريكي ، گرمايي،  مكانيكي و مقاومت خوردگي ماده به كار مي رود. اين روش همچنين براي تشكيل فيلم ها و اليافي كه براي فيلتر كردن مواد كامپوزيت مصرف مي شوند، كاربرد دارد.

 

مزایای استفاده از فرایند CVD

1- توزیع یکنواخت رسوب در سطح وسیع و مطلوب

2- ایجاد نشدن گرادیان ترکیبی در لایه

3- نیاز نداشتن به شکست خلا برای رسوب لایه های مختلف

4 - رسوب فلزات دیر گداز،در دمایی بسیار پایین تر از نقطه ذوب آنها

5 - امکان رشد هم محور دانه ها

مهم ترین مزیت استفاده از فرایند CVD رسوب انتخابی لایه هاست.با این روش می توان لایه های نازک را به طور انتخابی در ناحیه های مطلوب رسوب داد.انتخاب بر اساس تفاوت در واکنش های شیمیایی بین مواد سطح و واکنش گرهاست.

 

معایب استفاده از فرایند CVD

1- این روش بدون ایمنی و آلوده است

2- هیدرات ها و کربونیل ها سمی هستند

3-مواد آلی فلزی در تماس با هوا آتشگیر هستند

4- تولید لایه هایی با خلوص بالا ،نیازمند هزینه بالایی است

 

 انواع فرایند CVD

1- رسوب دهي شيميايي در فشار اتمسفري(APCVD)

2- رسوب دهي شيميايي بخار لايه اتمي(ALCVD)

3- رسوب دهي شيميايي بخار در فشار پايين(LPCVD)

4- رسوب دهي شيميايي بخارآلي فلزي(MOCVD)

5- رسوب دهي شيميايي بخار پلاسمايي ميكروويو (MPCVD)

6- رسوب دهي شيميايي بخار پلاسمايي (PECVD)

7- رسوب دهي شيميايي بخار گرمايي سريع(RTCVD)

8- رسوب دهي شيميايي بخار پلاسمايي دور(RPCVD)

9- رسوب دهي شيميايي بخار با خلاء خيلي بالا(UHVCVD)

10- رسوب دهي شيميايي بخار مجهز به لیزر(LECVD)


 نتیجه گیری :

رسوب شیمیایی فاز بخار ،فرایندی است که در آن ترکیبات فرار یک ماده گاز های دیگر برای تولید و رسوب دادن یک جامد غیر فرار به طور اتمی بر روی یک زیر لایه مناسب به کار گرفته می شوند.امروزه فرایند های CVD برای تولید لایه های نازک و پوشش ها ،کاربرد های رو به فزونی در ساخت وسایل الکترونیکی حالت جامد ،ساخت بلبرینگ ،لوازم برش ، تولید موتور موشک و اجزای راکتور هسته ای دارند.برای رسوب دادن با عایق بندی و لایه های منفعل (برای جلوگیری از خوردگی الکترو شیمیایی)که محرک توسعه روش های فرایند CVD است، به لایه های تک محور با کیفیت بالا نیاز است. 
 
منابع:

Chemical vapour deposition of coatings, Received 1 October 2000; received in revised form  November 2001; accepted 1 December 2001                  

. NANOSTRUCTURED FUNCTIONAL CERAMIC COATINGS   BY MOLECULE-BASED VAPOR DEPOSITION  , 2Department of Chemistry, Wuerzburg University, Wuerzburg,2007 

Analysis of the California Nanoindustry Focused on Carbon Nanotubes and TiO2 Nanomaterials, Prepared by Hai-Yong Kang, Ph.D,2010       

SYNTHETIC DIAMONDS AND IDENTIFICATION,MRS SHARON FERBER,2008  INTRODUCTION TO CHEMICAL VAPOR DEPOSITION (CVD),J.R.CREGHTON

   P.HO,2009  METALLORGANISCHE CHEMISCHE GASPHASENABSCHEIDUNG (MOCVD) VON UBERGANGSMETALLEN AM BEISPIEL VON EISEN ,RUTHEIUM UND  WOLFRAM,DER TECHNISCHEN FAKULTAT DER UNIVERSITATA  ERLANGEN-NURNBERG,2006                                                                                                                          

محقق: سید حسین اتفاق فر