化学气相沉积HfO_(2)涂层的制备及性能

采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO_(2)涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO_(2)的反应过程,分析HfO_(2)涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结果表明:HfO_(2)涂层与基体结合良好,在经历25~2000℃,100次循环热震后涂层表面未出现宏观剥落;划痕法测定的涂层附着力约23 N;在2.5~5μm波段,涂层表面平均发射率为0.48,将Mo在该波段的平均发射率提高了近5倍。

机器学习在化学气相沉积中的应用研究进展

化学气相沉积技术是一种近几十年发展起来的制备无机材料的化工技术。随着机器学习技术的发展,其在化学气相沉积领域也发挥着不小的作用。基于此,本文概述了化学气相沉积的原理与机器学习的发展历程,分析了机器学习在化学气相沉积中的典型应用,总结并分析了未来应用的发展趋势。

化学气相沉积制备高c轴取向的BiOI薄膜

碘氧化铋(BiOI)由于低毒性、对点缺陷的耐受性和较强的吸光能力而应用在光催化、光伏和光电探测器领域。本文采用化学气相沉积(CVD)方法,以BiI_(3)粉末作为蒸发源,O_(2)/Ar作为反应气体,在钠钙玻璃基底上沉积BiOI薄膜,并通过研究蒸发源温度和沉积时间对薄膜物相和形貌的影响,分析了BiOI薄膜的生长机理。结果表明CVD方法制备的BiOI薄膜属于四方晶系,具有高c轴取向的特点。c轴取向的薄膜平行于基底生长,其结晶性、透过率及缺陷性能等都与蒸发温度和沉积时间密切相关。当蒸发温度为370℃、沉积时间为20 min时,BiOI薄膜的晶化最好,透过率最低,缺陷最少。

化学气相沉积法制备智能窗用热致变色VO_(2)薄膜的研究进展

热致变色智能窗是通过在玻璃上沉积温度刺激响应型材料,实现根据环境温度调控窗户玻璃的太阳光透过率,减少建筑物能耗的节能窗户。二氧化钒(VO_(2))是一种典型的热致相变材料,在~68℃发生金属-绝缘体相变,相变前后伴随光学性能的显著变化,在智能窗等多个领域有潜在的技术应用。然而,当前VO_(2)基热致变色智能窗的应用仍存在着相变温度(τc)偏高、可见光透过率(Tlum)低和太阳能调节效率(ΔTsol)不足等问题,无法满足实际建筑节能的需求。为了解决这些问题,研究人员开展了广泛而深入的工作。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)能够以合理的成本生产高质量、大面积的VO_(2)薄膜,受到研究者青睐。本文总结了近年来利用CVD技术制备VO_(2)薄膜的研究进展,系统介绍常压化学气相沉积、气溶胶辅助化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积和等离子体增强化学气相沉积等CVD工艺,分析了反应物种类及比例、反应温度、压力、载体流量等因素对VO_(2)薄膜质量的影响,并结合元素掺杂、纳米复合薄膜、多层膜结构等对VO_(2)薄膜的性能调控与优化进行总结,最后对未来等离子体增强化学气相沉积制备VO_(2)薄膜的研究前景做出展望。

化学气相沉积法制备二维过渡金属硫族化合物研究进展

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯之后的新型二维材料,由于其自身的独特物理化学性质在半导体、光电材料、能源储存和催化制氢等方面备受瞩目。化学气相沉积(CVD)是目前适合实现大规模制备二维材料的工艺之一,制备过程中参数的高度可控性使其具有很大优势。本文综述了近期通过CVD制备TMDs的研究进展,探讨了在CVD制备工艺中各种参数对产物生长和最终形貌的影响,包括前驱体、温度、衬底、辅助剂、压力和载气流量等。列举了一些改进的CVD制备工艺,并对其特点进行了总结。最后讨论了目前CVD制备TMDs所面临的挑战并对其发展前景进行展望。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

(接2023年第1期88页)2.1 PECVD技术原理与特征等离子激发的化学气相沉积借助于真空环境下气体辉光放电产生的低温等离子体,增强了反应物质的化学活性,促进了气体间的化学反应,从而在低温下也能在基片上形成新的固体膜。图1是PECVD装置示意图。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

气相沉积技术制备氧化锰薄膜及其组分调控的研究进展

本文介绍了利用气相沉积技术,包括物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等技术制备氧化锰薄膜以及组分调控的研究现状,重点介绍了等离子体辅助化学气相沉积/原子层沉积氧化锰薄膜的研究进展,对所使用的锰前驱体做了总结,并展望了氧化锰薄膜的发展趋势。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是在一定温度条件下,混合气体之间或混合气体与基材表面相互作用,并在基材表面上形成金属或化合物的薄膜镀层,使材料表面改性,以满足耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及特定的电学、光学和摩擦学等特殊性能要求的一种技术。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

(接2023年第2期88页)(5)扩大了化学气相沉积的应用范围,特别是提供了在不同的基片制备各种金属膜、非晶态无机物膜、有机聚合膜有可能性。PECVD的缺点如下:(1)PECVD反应是非选择性的。在等离子体中,电子能量分布的范围宽,除电子碰撞外,其离子的碰撞和放电时产生的射线作用也可产生新的粒子。从这一点上看,等离子体增强CVD的反应未必是选择性的,有可能存在几种化学反应,致使反应产物难以控制。有些反应机理也难以解释清楚。所以采用等离子体增强CVD难以获得纯净的物质。

面向散热应用的碳化硅表面热丝化学气相沉积金刚石膜生长速率

金刚石具有极高的导热系数,在热管理中具有广阔的应用前景.基于热丝化学气相沉积法,采用多次沉积工艺在碳化硅表面制备了金刚石厚膜.采用扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对金刚石膜进行了表征,系统地研究了热丝功率、碳源浓度和反应压力等工艺参数对金刚石生长速率及质量的影响.研究结果表明,当热丝功率为1600 W、碳源浓度在形核阶段为18/300和生长阶段为14/300、反应压力为4 kPa时制备的金刚石膜质量最佳,此时金刚石膜生长速率约为1.4μm/h.

化学气相沉积制备硬质合金刀具涂层研究进展

化学气相沉积技术(CVD)广泛应用于硬质耐磨涂层的生产中,该类涂层可大大提高硬质合金工具的耐磨性和寿命。综述了CVD涂层技术在硬质合金切削刀具中的应用研究进展,首先介绍了CVD涂层技术的原理及其发展历程;其次阐述了模拟计算方法(相图计算、流体力学计算、第一性原理计算、相场模拟、机器学习等)在CVD涂层中的应用;再次介绍了CVD涂层的沉积实验及结构和性能表征方法;最后列举了几种典型的硬质合金刀具用CVD涂层,以期为高性能涂层的智能设计、智能集成和智能研发提供新的思路:即把多尺度计算模拟、科学数据库和关键实验集成到硬质涂层开发的全过程中,通过对成分-工艺-结构-性能进行关联分析,将耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的微结构智能设计上,以实现基体与涂层微结构调控和性能的协同优化,获得最佳的综合性能。

化学气相沉积法制备硅碳复合负极材料的研究进展

目前,利用硅材料的高比容量和碳材料的稳定性制备硅碳复合负极材料是最有效的途径之一。在众多硅碳复合负极材料制备工艺中,因化学气相沉积法(CVD)制备的硅碳复合负极具有充放电效率高、循环稳定性好、对设备要求较低、适合工业化生产等优势,受到了广泛关注。综述了CVD法制备硅碳复合负极材料的研究进展,从硅碳复合材料结构角度,如核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构和嵌入式结构,对不同结构类型的硅碳复合负极材料结构设计及电池性能等方面进行介绍,同时阐述了各自优势以及存在的问题。最后介绍了CVD法制备硅碳复合负极材料应用进展,并对硅碳复合负极材料产业化进行了展望。

微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸单晶金刚石的研究进展

金刚石作为一种超宽禁带半导体,是下一代功率电子器件和光电子器件最有潜力的材料之一。然而,高品质、大面积(大于2英寸)单晶衬底的制备仍是金刚石器件产业应用亟待解决的问题。介绍了目前受到广泛关注的微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)获得大尺寸金刚石单晶衬底的技术方案,即单颗金刚石生长、拼接生长以及异质外延生长。综述了大尺寸单晶金刚石外延生长及其在电子器件领域应用的研究进展。总结了大尺寸单晶金刚石制备过程中面临的挑战并提出了潜在的解决方案。

化学气相沉积ZnS、ZnSe研究进展

化学气相沉积(CVD)ZnS、ZnSe具有较高的红外透过率及良好的光学、力学性能,是红外军用探测系统首选的红外光学材料。大尺寸、高均匀性ZnS、ZnSe材料的制备是未来研究的重要课题。本文介绍了CVD的原理及在沉积过程中存在的主要问题,阐述了高性能红外材料必备的光学性能,综述和分析了CVD ZnS、CVD ZnSe的研究进展,以及这两种材料主要缺陷形成机理与工艺控制研究。旨在改进生产工艺参数,为批量化制备高性能ZnS、ZnSe材料提供理论参考,以满足其在军事领域上的应用。

化学气相沉积石墨烯/铜合金制备与导电、耐磨性能研究

通过原位化学气相沉积(CVD)技术,在铜粉上包覆石墨烯,再通过真空热压技术制备出石墨烯/铜合金。研究表明:铜晶粒表面包覆了高质量的石墨烯。在铜粉表面原位生长的石墨烯均匀分散在铜晶粒的晶界处,而且石墨烯的含量低,只占0.04%(质量分数)。石墨烯/铜合金具有高的导电性能,导电率高达97%IACS。同时,石墨烯/铜合金的摩擦系数降低到0.46,与铜相比降低了38.7%。石墨烯/铜合金的磨损率降低到2.09×10^(-4)mm^(3)/(N·m),与铜相比降低了68.6%。

TiZrNbTaMo高熵合金表面化学气相沉积制备多晶金刚石膜

本文以亲碳元素组成的TiZrNbTaMo高熵合金作为基材,通过化学气相沉积的方法在其表面沉积金刚石膜。结果表明:金刚石能够在TiZrNbTaMo高熵合金表面快速形核,形核密度高达7.53×109cm^(-2),且在30 min内形成连续的金刚石膜;金刚石在TiZrNbTaMo高熵合金表面的形核密度及生长速率远高于在组成高熵合金的单质金属表面的形核密度及生长速率。这是由于在金刚石形核及生长初期,高熵合金表面能够快速形成混合碳化物层,阻碍碳原子向合金基材扩散,使其富集在碳化物层表面,促进金刚石的形核和生长。沉积金刚石后的Ti ZrNbTaMo高熵合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的抗腐蚀能力显著提升。本文结果为金属材料表面高效率沉积高形核密度的金刚石以及改善高熵合金表面硬度和耐腐蚀性能提供了新的思路和方法。

沉积温度对甲基硅烷化学气相沉积SiC涂层显微组织和烧蚀性能的影响

以甲基硅烷(MS)为气源,采用化学气相沉积方法于不同温度下在石墨表面制备SiC涂层,并系统研究温度对SiC涂层的沉积速率、显微组织和抗烧蚀性能的影响规律。实验结果表明:当沉积温度为1000℃时,以MS为气源的SiC涂层的沉积速率为50~120μm/h,远高于以甲基三氯硅烷为气源的沉积速率(5~10μm/h)。当沉积温度较低(900~1000℃)时,以MS为气源所制备的SiC涂层整体光滑、平整,呈球形紧密堆积形貌;沉积温度较高(1100~1200℃)时,SiC涂层呈不规则菜花状颗粒堆积形貌,且微晶尺寸明显增大;当沉积温度为1000℃时,SiC涂层具有合适的致密性、粗糙度以及尺寸均匀的显微组织,同时,该涂层经2300℃等离子烧蚀80 s后,其质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.0096 mg/s和0.3750μm/s,显示优异的抗烧蚀性能。本研究为以MS为气源的化学气相沉积法制备SiC涂层提供一定的理论基础和技术支撑。

化学气相沉积法制备二维Cr_(2)S_(3)纳米片及其磁性研究

以三氯化铬和硫粉为原料,采用常压化学气相沉积法(CVD)成功制备出了二维Cr_(2)S_(3)纳米片,并对Cr_(2)S_(3)纳米片表面形貌、晶体结构、宏观磁性等进行系统研究。结果表明:二维Cr_(2)S_(3)纳米片光学形貌以三角形为主,尺寸最大可达到156.8μm,厚度最小为2.59 nm(约2个单元晶胞厚);晶体结构为菱方相结构,类似于单斜NiAs型晶体结构;磁性测试表明:菱方相的二维Cr_(2)S_(3)低温下呈亚铁磁性,面内为磁易轴方向,其奈尔温度约等于120 K,75 K时饱和磁化强度最大;在空气中放置1个月后二维Cr_(2)S_(3)纳米片依然保持较好的磁性性能,是一种环境稳定的二维磁性材料。

铜基底上大尺寸石墨烯单晶的化学气相沉积法制备研究进展

石墨烯的优异性能使其有望应用于未来的电子和光电器件中,采用化学气相沉积法进行石墨烯薄膜的可控制备有助于其在高性能器件中的大规模应用。然而多晶结构石墨烯薄膜中的大量晶界阻碍了载流子的快速传输,损害了材料的电学性能。大尺寸石墨烯单晶的获得能够减少薄膜中的晶界缺陷、极大提升石墨烯薄膜的质量。本文综述了大尺寸石墨烯单晶在铜基底上的化学气相沉积法制备研究,主要包括石墨烯晶片形核密度控制及取向一致石墨烯晶片的无缝拼接两种方法。重点从基底处理、反应区碳源分压控制、氧辅助生长等方面阐述了石墨烯单晶生长的不同实现途径、原理和特点。最后,分析目前制备方法中存在的挑战,并展望大尺寸石墨烯单晶的未来发展方向。探究石墨烯单晶的生长机制及动力学有助于实现在不同环境生长的精确控制,批量化低成本工艺开发和在多元化目标基底上的原位制备是实现石墨烯单晶大范围应用的关键。