在化学气相沉积 (CVD) 中，“基底”一词指的是在其上生长薄膜的材料或工件。虽然可以沉积的材料种类极其广泛，但基底的选择主要受其承受 CVD 工艺高温的能力以及与所需薄膜的相容性所控制。常见示例包括用于电子产品的硅晶圆、用于硬质涂层的工具钢和硬质合金，以及用于光学应用的石英或蓝宝石。
CVD 基底最关键的要求不是其材料类型，而是其热稳定性。基底必须在沉积所需薄膜所需的特定反应温度下保持物理和化学完整性，这些温度通常在几百到一千多摄氏度之间。
基底的基本作用
在任何 CVD 工艺中，基底都充当基础。它是前驱体气体反应形成固体薄膜的表面。可以将其视为最终材料“绘画”所创作的画布。
热稳定性不容妥协
CVD 依赖于热驱动的化学反应。如果基底在沉积温度下熔化、变形或释气，则工艺将会失败。这一要求立即排除了大多数塑料和低熔点金属用于常规高温 CVD。
表面和化学相容性
基底表面必须经过仔细清洁，以确保薄膜正确附着并均匀生长。此外，基底材料不应以有害的方式与前驱体气体反应，从而污染薄膜或损坏基底本身。
按应用分类的常见基底
基底的选择完全取决于涂覆部件的最终应用。基底提供核心功能（例如，刀具的形状、晶圆的半导体特性），而 CVD 薄膜则增强其表面性能。
用于半导体制造
占主导地位的基底是硅 (Si) 晶圆。它用作沉积形成集成电路的多晶硅、氮化硅 (Si₃N₄) 和各种金属层的基础。其高纯度和完美的晶体结构至关重要。对于高亮度 LED 等特殊器件，蓝宝石 (Al₂O₃) 也是常见的基底。
用于工具和耐磨性
为了提高硬度和降低摩擦，CVD 涂层应用于切割、成型和模制材料。关键基底包括高速钢 (HSS)、硬质合金（通常称为碳化钨）和各种工具钢。这些材料通常涂覆氮化钛 (TiN) 和碳氮化钛 (TiCN)。
用于光学和光子应用
当最终产品必须透光时，基底必须在所需波长范围内是透明的。常见选择包括石英、熔融石英、各种类型的玻璃和蓝宝石。这些被用作抗反射涂层或保护性光学薄膜的基底。
用于研究和先进材料
在材料科学中，研究人员通常使用特定的基底来催化新型材料的生长。例如，铜 (Cu) 和镍 (Ni) 箔被广泛用作催化基底，用于生长大面积的石墨烯片。
理解权衡
选择基底是在理想特性和实际限制之间进行平衡的过程。
成本与性能
标准硅晶圆以其成本提供了出色的性能，支撑了整个微电子行业。相比之下，大尺寸的单晶蓝宝石晶圆价格要昂贵得多，仅用于其独特性能（如透明度和电绝缘性）不可或缺的应用。
晶格匹配和晶体生长
对于高性能电子或光学器件，通常希望生长单晶薄膜。这个过程称为外延，当基底的晶格结构与所生长的薄膜的晶格结构紧密匹配时效果最佳。失配可能会引入缺陷和应力，从而降低性能。
热膨胀失配
在加热和冷却过程中，基底和沉积的薄膜会膨胀和收缩。如果它们的热膨胀率差异很大，巨大的应力可能会积累，导致薄膜开裂、剥落，甚至基底翘曲。这是任何 CVD 工艺中的一个关键考虑因素。
为您的目标选择合适的基底
理想的基底由您的最终目标决定。薄膜为表面增加特性，但基底定义了物体（工件）的基本用途。
- 如果您的主要重点是微电子学： 您的基底几乎肯定是单晶硅晶圆。
- 如果您的主要重点是机械硬度： 您的基底将是工具钢或硬质合金制成的部件。
- 如果您的主要重点是光学透明度： 您的基底将是石英、玻璃或蓝宝石等材料。
- 如果您的主要重点是新型二维材料合成： 您可能会使用铜或镍箔等催化金属基底。
最终，基底是决定最终产品功能、性能和可行性的关键基础。
摘要表：
| 应用 | 常见基底 | 关键薄膜特性 |
|---|---|---|
| 半导体制造 | 硅 (Si) 晶圆，蓝宝石 (Al₂O₃) | 电学性能、绝缘性 |
| 工具与耐磨性 | 高速钢 (HSS)，硬质合金 | 硬度、低摩擦 |
| 光学与光子器件 | 石英、玻璃、熔融石英 | 透明度、抗反射 |
| 先进材料研究 | 铜 (Cu) 箔，镍 (Ni) 箔 | 催化性（例如，用于石墨烯） |
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