驱动化学气相沉积 (CVD) 的三个基本反应类型是热分解、化学合成和化学传输。虽然工程师通常按使用的设备（如 PECVD 或 MOCVD）对 CVD 进行分类，但这三种化学途径定义了气态前体如何在基材上转化为固体涂层。
CVD 工艺的成功不仅取决于机械设备，还取决于前体特定的化学行为：它们是因热量而分解（分解）、与其他气体反应（合成），还是依赖可逆相互作用来输送材料（传输）。
基本反应机理
为了控制薄膜质量和沉积速率，您必须确定在您的腔室中发生了以下哪种化学机理。
热分解
这通常是最直接的机理，有时也称为热解。
在此反应中，将单一的气态化合物（前体）引入反应器。当到达加热的基材时，分子变得不稳定并分裂。
所需的元素以固体薄膜的形式沉积，而分子中剩余的成分则作为气态副产物释放，并被排出。
化学合成
与涉及分解一个组分不同，化学合成涉及两种或多种气态反应物的反应。
这些气体在基材表面相遇，并发生化学反应形成新的固体化合物。例如，当创建氧化物或氮化物等复杂材料时，此机理至关重要，因为金属前体必须与氧源或氮源反应。
化学传输
此机理有显著不同，因为它涉及通过气相中间体将固体材料从源输送到基材。
固体源材料与传输气体反应形成挥发性（气态）化合物。该气体移动到反应器中的不同温度区域，在该区域反应逆转，沉积固体并将传输气体释放回系统中。
背景：反应发生的位置
理解这些化学反应并非孤立发生，而是多阶段表面过程的一部分，这一点至关重要。
扩散和吸附
在发生任何反应（分解或合成）之前，反应气体必须首先扩散通过边界层并吸附到基材表面。
表面反应和脱附
实际的化学变化发生在分子附着在表面时。一旦形成固体沉积物，反应就不会完成，直到副产物脱附（释放）并从腔室中移除。
理解权衡
虽然反应类型的选择通常取决于您所需的材料，但如何执行它涉及不同的权衡。
方法与化学
不要将反应类型（化学）与方法（硬件）混淆。例如，等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 是一种使用等离子体来降低反应所需温度的方法。然而，其基本化学性质仍然是受该能量促进的合成或分解反应。
气相成核
化学合成中的一个常见陷阱是反应发生得太早。
如果反应物在到达基材之前在气相中结合，它们会形成固体颗粒（粉尘），而不是连续的薄膜。这会导致涂层粗糙、质量差。目标始终是确保反应是“表面受限”的——这意味着它严格发生在基材上。
为您的目标做出正确选择
选择合适的前体和反应路径在很大程度上取决于您希望创建的材料的复杂性。
- 如果您的主要重点是单元素沉积：寻找有利于热分解的前体，因为这只需要一个气体源和精确的温度控制，从而简化了过程。
- 如果您的主要重点是化合物材料（如氧化物或氮化物）：您将依赖化学合成，这需要您平衡多种气体的流速，以防止气相预反应。
- 如果您的主要重点是从固体中提纯或生长晶体：利用化学传输反应将材料从粗糙的固体源输送到高纯度基材区域。
掌握化学——而不仅仅是硬件——是实现高质量 CVD 所定义的超薄、精确层级的关键。
摘要表：
| 反应类型 | 机理 | 主要应用 | 关键要求 |
|---|---|---|---|
| 热分解 | 单一前体在热作用下分解 | 单元素薄膜（例如，Si、金属） | 精确的温度控制 |
| 化学合成 | 多种气体之间的反应 | 化合物材料（氧化物、氮化物） | 平衡的流速 |
| 化学传输 | 可逆的气-固相互作用 | 晶体生长和提纯 | 多个温度区域 |
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