Báo cáo màng phủ vô cơ

Báo cáo màng phủ vô cơ

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY TINH VÀ LỚP PHỦ

TRÊN THỦY TINH 2

1.1 Giới thiệu về thủy tinh 3

1.2 Giới thiệu về màng phủ trên kính 5

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG PHỦ TRÊN THỦY TINH 8

2.1 Phương pháp vật lí 8

2.1.1 Phương pháp bay bốc nhiệt chân không 8

2.1.2 Phương pháp phún xạ catot 9

2.1.3 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) 11

2.2 Phương pháp hóa học (Phương pháp Sol - Gel) 14

2.2.1 Giới thiệu và lịch sử phát triển 14

2.2.2 Định nghĩa quá trình Sol – gel 15

2.2.3 Những khái niệm cơ bản 15

2.2.4 Diễn biến quá trình Sol – gel 16

2.2.5 Các lọai phát triển cấu trúc 16

2.2.6 Các phương pháp phủ màng Sol – gel 17

2.2.7 Ưu nhược điểm của phương pháp Sol-gel 18

2.2.8 Thực nghiệm chế tạo màng TiO2 18

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MÀNG PHỦ TRÊN THỦY TINH 24

3.1 Ứng dụng 24

3.1.1 Chức năng bảo vệ 24

3.1.2 Chức năng trang trí 25

3.1.3 Chức năng đặc biệt 25

3.2 Xu thế phát triển 26

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

LỜI MỞ ĐẦU

Thủy tinh là một thuật ngữ chung cho một số vật liệu đặc biệt có cácthành phần và các đặc tính khác nhau Trong thời đại của chúng ta, thủy tinh cótầm quan trọng đáng kể cho sản xuất khoa học, kỹ thuật, kiến trúc, trang trí vànghệ thuật Thủy tinh có hai loại là thủy tinh vô cơ và hữu cơ Tùy vào thànhphần cấu tạo nên các loại thủy tinh mà chúng có những đặc tính nổi trội riêngbiệt Tuy nhiên cả 2 loại đều có rất nhiều nhược điểm cần được khắc phục đểchúng ứng dụng ngày càng rộng rãi trong đời sống và sản xuất

Đối với thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoahọc kỹ thuật thì nhu cầu của con người cũng không ngừng nâng cao Do đó,ngành khoa học vật liệu gánh vác nhiệm vụ nghiên cứu phát triển các loại vậtliệu sẵn có hoặc tạo ra các vật liệu tổng hợp mới với các tính chất ưu việt hơn đểphục vụ đời sống và kỹ thuật

Vật liệu màng phủ bảo vệ từ lâu đã được biết tới với những ứng dụng thiếtthực trong đời sống Trải qua một quá trình hình thành và phát triển khôngngừng, ngày nay vẫn được tiếp tục nghiên cứu để đáp ứng những yêu cầu ngàycàng khắt khe của khoa học kỹ thuật Mọi ứng dụng của nó đều liên quan đếnđời sống con người Trong đó có thủy tinh, khi được phủ lên một lớp màng đặcbiệt sẽ cải thiện tính năng đáng kể của nó Khắc phục hầu như mọi nhược điểm

mà thủy tinh có Trong bài báo cáo này chủ yếu giới thiệu sơ qua về các loạimàng phủ làm tăng tính năng ưu việt cũng như cải thiện nhược điểm cho thủytinh

Sau một thời gian tìm hiểu với sự giúp đỡ của thầy LA THẾ VINH chúng em

đã hoàn thành báo cáo này Tuy đã hết sức cố gắng, nhưng do kiến thức cũngnhư thời gian còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, do đó emrất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để có thể hiểu

rõ vấn đề hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY TINH VÀ

LỚP PHỦ TRÊN THỦY TINH

1.1 Giới thiệu về thủy tinh

Thủy tinh đã được biết đến từ rất sớm trong lịch sử phát triển của loàingười Khoáng Molten chất có chứa SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O,

K2O, TiO2 và H2O đẩy từ bên trong trái đất ra bề mặt, được làm mát nhanhchóng tạo thành thủy tinh tự nhiên, obsidian (thủy tinh núi lửa) Bề ngoài của nó

mờ, thường có màu và đôi khi còn trong suốt Chúng được gắn vào đầu thương

và dao từ thời kỳ đồ đá và obsidian được sử dụng cho các mục đích nghi lễ vàdùng làm đồ trang sức, thời gian sau đó chúng đã được tìm thấy hầu như ở khắpmọi nơi mà chúng được tạo ra

Thủy tinh lần đầu tiên được chế tạo bởi con người khi nào là một câu hỏichưa có lời giải đáp Sự xuất hiện của nó được cho là ở Tiểu Á và Ai Cậpkhoảng 4500 năm trước đây và gốm tráng men có thể cách đây hơn 7000 năm.Thủy tinh đã được sử dụng như là một thư đá quý và sau đó là làm lọ đựngnước, đặc biệt là thuốc cao và lọ hoa nhỏ, mà không được thổi hoặc đúc Người

Ai Cập sử dụng chủ yếu thủy tinh màu ít sáng chói vì có chiết suất thấp Kínhtrong suốt rất hiếm và nó luôn luôn chứa bong bóng nhỏ biểu hiện của việckhông đủ nhiệt độ nóng chảy Trong một khoảng thời gian dài, nghệ thuật chếtạo thuỷ tinh được giới hạn bằng kỹ thuật bắn nguyên thủy Sự phát triển của các

lò thủy tinh nóng chảy đã mang lại sự cải tiến về chất lượng thủy tinh

Sự phát minh ra thủy tinh thổi, được giả định là đã xảy ra tại khởi điểmcủa kỷ nguyên Kitôgiáo, thủy tinh càng trở nên tiện dụng hơn Khoảng 100 nămsau ngày sinh của Chúa Kitô, chế tạo được kính không màu bằng cách bổ sungmangan oxit vào thủy tinh nóng chảy ở Alexandria Trong đế chế La Mã, thủytinh đã trở thành một vật liệu thông thường trong gia đình Các cửa sổ kính đầutiên được chế tạo vào cuối thế kỷ thứ ba Trong giai đoạn này, sản xuất kính lanrộng khắp các nước đế quốc Sau sự sụp đổ của Rome, sản xuất thủy tinh đã

Trong giới Hồi giáo, bên cạnh việc dùng thủy tinh làm bộ đồ ăn và trangtrí, kính trọng lượng đã được phát triển với độ chính xác cao khoảng năm 780sau công nguyên Vào thời điểm của các cuộc Thập tự chinh và sau sự sụp đổcủa Đế quốc Đông đầu thế kỷ thứ mười, Venice đã trở nên nổi tiếng bởi sản xuấtthủy tinh Kính tốt, kêu lách tách và các loại kính màu dựa trên màu sắc oxit, đãđược chế tạo ở Murano Điểm cao nhất trong sản xuất kính Venetian tại thờiđiểm này là việc tạo ra một tinh thể thủy tinh cực kỳ tinh khiết Mặc dù khôngđược phát minh ở đó, nghệ thuật làm gương với các lớp thủy ngân đã được biếtđến khoảng năm 1369 Sản xuất thủy tinh lan từ Venice đến nhiều quốc gia khác

ở châu Âu trong những thế kỷ sau và phát triển nhanh chóng

Năm 1600, nghệ thuật cắt thủy tinh được phát triển và nhiều tác phẩm đẹp

đã ra đời nhờ sử dụng kỹ thuật này Vào khoảng năm 1680, kính Gold-ruby đãđược phát minh ra tạo nên bước đổi mới trong quá trình thương mại sản xuất cácloại kính Trong suốt thế kỷ XIX là một bước nhảy lớn trong công nghiệp sảnxuất kính, con người đã áp dụng những tiến bộ khoa học như tinh lọc nguyênliệu và xây dựng các lò tan chảy tốt hơn Loại kính mới, được gọi là kính quanghọc, được tạo ra trong các nhà máy thủy tinh của Đức, Anh và Pháp Nghiên cứurất quan trọng về thuộc tính và thành phần của thủy tinh đã được thực hiện tạiĐức vào khoảng 1890 Quá trình Fourcault (Bỉ, 1905) là cơ sở cho việc sản xuấtmáy kéo tấm kính đầu tiên vào năm 1914.Vài năm sau, Colburn ở Mỹ đã phátminh ra một phương pháp khác và được biết đến vào năm 1917 như quá trìnhLibbey-Owens Những lợi thế của cả hai quá trình cũ được kết hợp trong mộtcông nghệ mới được sử dụng từ năm 1928 và được biết đến như là quá trìnhPittsburgh (Pittsburgh Công ty Thủy tinh, USA) Hầu hết các tấm kính đã đượctạo ra ở dạng tấm liên tục trực tiếp từ bể nóng chảy bằng cách sử dụng các quátrình này

Vào đầu năm 1960, một công nghệ hoàn toàn mới , quá trình kính nổi đãtrở nên nổi tiếng, thay thế rộng rãi các công nghệ cũ Nó được phát triển ở Anhbởi Pilkington Brothers Ltd Đúc và ép thủy tinh cũng hoàn toàn được cơ giớihóa Quá trình tay đã được thay thế từng bước bằng máy, dẫn đến việc sử dụng

máy tính để kiểm soát các nhà máy sản xuất tự động Cuối cùng, phải nói rằng

có rất ít những ứng dụng của thủy tinh trong nghiên cứu và công nghiệp, nơi cácthuộc tính bề mặt của nó có thể được bỏ qua Vì vậy, sự phát triển của các quátrình xử lý bề mặt như mài, làm sạch, đánh bóng và lớp phủ đã có tầm quantrọng to lớn Chỉ có và khảo sát có liên quan đến các tính chất của bề mặt thủytinh Đặc biệt trong trường hợp thủy tinh hữu cơ, dữ liệu được công bố là rấthiếm Tuy nhiên, sự khác biệt rõ rệt giữa các vật liệu vô cơ và hữu cơ là mộttrong những lý do chúng có các tính chất bề mặt khác nhau Các yếu tố khác ảnhhưởng đến bản chất của một bề mặt, ngay cả với cùng một vật liệu, là nhữngphương pháp khác nhau được sử dụng để tạo ra một bề mặt màng

Lớp phủ trên kính khác nhau được thực hiện để tạo ra để điều khiển sựthay đổi của quang học, điện, hóa chất và các đặc tính cơ học Kính được phủ cóthể có hai chức năng khác nhau: nó có thể là một yếu tố hoạt động (ví dụ nhưmột ống kính) hoặc một yếu tố thụ động (ví dụ như một chất nền cho một bộ lọcgiao thoa) Các lớp chống phản xạ đầu tiên trên kính đã được thực hiện ngẫunhiênvào năm1817 bởi Fraunhofer, Đức bằng cách xử lý thủy tinh nhẵn bằngaxit sunfuric hoặc nitric nồng độ đặc Tuy nhiên, không có ứng dụng kỹ thuậtnào được thử nghiệm tại thời điểm đó

1.2 Giới thiệu về màng phủ trên kính

Năm 1935, Mỹ và Smakula tại Đức đã phát triển lớp phủ chống phản xạđơn lớp được sản xuất bởi sự bốc hơi và ngưng tụ canxi florua trong chân khônglên bề mặt kính Năm 1938, Cartwright và Turner đã đề nghị việc sử dụng một

số hợp chất phù hợp hơn như magie fluorua và cryolit giữa các fluorua khác.Mặc dù tính quang học tốt nhưng sự ổn định cơ học và môi trường của các lớpphủ này lại rất kém Một ngoại lệ là magie florua có thể có khả năng chịu nướcbằng cách nung ở nhiệt độ cao Tuy nhiên, vào năm 1942, ở Mỹ lớp phủ đơnchống mài mòn và chống phản xạ của magie flourua đã được thực hiện bằngcách lắng đọng lên kính trước khi làm nóng thủy tinh bởi Lyon Sau Thế chiến

II, vật liệu này và kĩ thuật lắng đọng trên kính đã trở thành tiêu chuẩn.Việc cố

ở châu Âu Tuy nhiên, một kỹ thuật với một hệ thống lớp phủ kép lần đầu tiênđạt được vào năm 1949 bởi Auwarter Chất lượng của lớp phủ kép chống phản

xạ này tên là «Transmax @ (Balzers) và sớm có nhu cầu cao Hệ thống ba lớpchống phản xạ trở nên có sẵn vào năm 1965 Hệ thống màng mỏng có thể đượcthiết kế dễ dàng hơn và nhanh hơn vào thời điểm đó với sự trợ giúp của máytính điện tử

Sự phát triển công nghiệp của lớp phủ phản chiếu cao bắt đầu sớm hơn sovới của đa lớp phủ Tăng cường độ phản xạ của kính có thể thu được bằng cách

sử dụng màng kim loại Gương phủ một lớp bạc mỏng được tạo bởi các quátrình hóa học ướt được sản xuất trước 1835 Sự lắng màng trên bề mặt gươngbởi sự bay hơi và ngưng tụ của các kim loại khác nhau dưới chân không thựchiện lần đầu tiên vào năm 1912 bởi Pohl và Pringsheim Họ sử dụng nồi nấu kimloại gốm sứ như là nguồn bốc hơi của họ Gương bạc bốc hơi cũng được thựchiện bởi Ritschl vào năm 1928 Một kỹ thuật đơn giản nhưng rất hiệu quả giảipháp cho bốc hơi nhôm đã được tìm thấy bởi Strong vào năm 1933 người sửdụng nhôm nạp xoắn ốc bay hơi sợi vonfram, một kỹ thuật mà vẫn thường sửdụng ngày nay Gương làm từ nhôm bởi công nghệ bốc hơi cao hơn bạc trongmột số khía cạnh Phản xạ của nhôm là gần như tương tự như đối với bạc trongvùng nhìn thấy, nhưng cao hơn nhiều đối với các tia cực tím Gương nhôm bámvới thủy tinh bền bỉ hơn hơn bạc, và khi tiếp xúc với không khí không thấy cóxỉn Các tính năng khác, chẳng hạn như tính thống nhất của phản xạ và truyềndẫn trong có thể làm cho màng nhôm quan trọng đối với nhiều ứng dụng kỹthuật và khoa học Như vậy gương đã trở thành quan trọng cho các ứng dụng y

tế Vài năm sau đó vào năm 1941Walkenhorst nhận thấy tăng phản xạ của màngnhôm có thể thấy tăng với tốc độ lắng đọng Lắng đọng nhanh sau đó cũngđược tìm thấy là cần thiết để đạt được một phản xạ cực tím cao Đồng thời Hassphát minh ra nhôm oxit silic bảo vệ mặt gương Bảo vệ chống lại thiệt hại cơ khítrở nên quan trọng trong việc chế tạo gương ngoại gương nhôm cho các ứngdụng thiên văn Và cuối cùng, để sử dụng trong dải gần cực tím, màng nhômnguyên chất phải được bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa làm giảm tiếp xúc với

không khí bằng cách bao phủ chúng với các lớp MgF2, hoặc LiF, đã được pháthiện ra bởi Hass trong thời gian giữa năm 1955 và 1961.

Tại Schott và Genossen ở Đức, Geffcken lắng đọng lớp màng mỏng kimloại can thiệp bởi bộ lọc điện môi hẹp bởi Fabry-Perot vào năm 1939; Geffckencũng đã có những đóng góp giá trị cho các lý thuyết của hệ thống màng mỏng vàcho sự phát triển sau này của hệ thống thiết kế màng mỏng Việc thực hiện lớpmàng mỏng ổn định với môi trường là khá phức tạp Vật liệu như vậy đã trở nênthuận tiện trong các dạng của một loạt các màng oxide có thể dễ dàng tạo bởiquá trình lắng đọng khí phản ứng phát minh bởi Auwarter vào năm 1952 Từthời gian đó đã có sự phát triển rất chuyên sâu Điều này đã được quan tâm chủyếu với các khái niệm và phát triển chi tiết trong các lĩnh vực cả máy tính hỗ trợthiết kế lớp phủ cũng như trong phương pháp sản xuất lớp phủ

Nhìn chung, chất phủ rất cần thiết cho nhiều lý do Chúng bao gồm cácđặc tính như quang học, điện tử, vật liệu bảo vệ và kinh tế hay tính linh hoạt kỹthuật và thiết kế Giảm trọng lượng là rất quan trọng trong ngành công nghiệp ô

tô Vì vậy các bộ phận kim loại nặng như giá sắt được thay thế với các bộ phậnnhựa trọng lượng nhẹ đã được phủ một lớp crôm, nhôm và kim loại hoặc cáchợp kim khác Màng mỏng cũng được sử dụng rộng rãi trong các lá nhôm bọcnhựa cách nhiệt sử dụng trong trang trí và đóng gói Một ứng dụng khá mới mẻ

là phủ tấm kính hoặc lá nhựa với màng indi oxit thiếc hoặc gốm kim loại phimđặc biệt được sử dụng làm lớp phủ kiến trúc để nâng cao hiệu quả và hiệu suấtnăng lượng của các tòa nhà Nhằm mục đích lớn, khối lượng cao, kính thườngđược phủ lên bằng phương pháp phún xạ có thể lên đến ba mét chiều rộng.Nhưng việc lắng đọng hơi hóa chất dưới hình thức nhiệt phân cũng được sửdụng Phún xạ và nhiệt phân đang vẫn còn trong cuộc cạnh tranh Năng lực của

cả hai kỹ thuật này có thể nhiều lên đến hàng triệu mét vuông mỗi năm

Ngày nay kĩ thuật phủ trên kính rất phát triển nhiều kĩ thuật phủmới đã được tìm ra.Lớp phủ trên kính cũng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnhvực trong đời sống

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG PHỦ TRÊN

THỦY TINH

2.1 Phương pháp vật lí

2.1.1 Phương pháp bay bốc nhiệt chân không

a, Định nghĩa

Bay bốc nhiệt trong chân không là kỹ thuật tạo màng mỏng bằng

cách bay hơi các vật liệu cần tạo trong môi trường chân không cao và ngưng

tụ trên đế (được đốt nóng hoặc không đốt nóng)

b, Nguyên lý

Bộ phận chính của các thiết bị bay bốc nhiệt là một buồng chânkhông được hút chân không cao (cỡ 10-5 – 10-6 Torr) nhờ các bơm chânkhông (bơm khuếch tán hoặc bơm phân tử ) Người ta dùng một thuyền điệntrở (thường làm bằng các vật liệu chịu nhiệt và ít tương tác với vật liệu, ví dụnhư vônfram, titan, bạch kim ) đốt nóng chảy các vật liệu nguồn, và sau đó tiếptục đốt sao cho vật liệu bay hơi

Vật liệu bay hơi sẽ ngưng đọng lên các đế được gắn vào giá phía trên Đôikhi đế còn được đốt nóng (tùy theo mục đích tạo màng tinh thể hay vô định

hình ) để điều khiển các quá trình lắng đọng của vật liệu trên màng Chiều dàycủa màng thường được xác định trực tiếp trong quá trình chế tạo bằng biến

tử thạch anh Khi màng bay hơi sẽ bám lên biến tử đặt cạnh đế, biến thiên tần sốdao động của biến tử sẽ tỉ lệ với chiều dày của màng bám vào biến tử

c, Ưu nhược điểm của phương pháp

 Phương pháp bay bốc nhiệt có ưu điểm là đơn giản, và dễ tạo màng hợpchất vì khi làm bay hơi vật liệu thì toàn thể hợp chất hoặc hợp kim sẽ bị bay hơi

do đó màng tạo ra có hợp thức khá gần với thành phần của vật liệu nguồn (đặcbiệt là các hợp kim)

 Nhược điểm quan trọng là không thể tạo các màng quá mỏng, khả năngkhống chế chiều dày của phương pháp này rất kém do tốc độ bay bốc khó điềukhiển Đồng thời, việc chế tạo các màng đa lớp là rất khó khăn với phương phápnày

 Gần đây người ta cải tiến phương pháp này như sử dụng chùm điện tử đểbay bốc, cải tiến tường bao quanh nguồn đốt (phương pháp tường nóng) Tuynhiên tỉ lệ sử dụng phương pháp bay bốc nhiệt trong kỹ thuật màng mỏng đangngày càng ít

2.1.2 Phương pháp phún xạ catot

a, Định nghĩa

Phún xạ catốt là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên nguyên lý

truyền động năng bằng cách dùng các ion khí hiếm được tăng tốc dưới điệntrường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động năng cho các nguyên

tử này bay về phía đế và lắng đọng trên đế

b, Nguyên lý

Khác với phương pháp bay bốc nhiệt, phún xạ không làm cho vật liệu bịbay hơi do đốt nóng mà thực chất quá trình phún xạ là quá trình truyền độngnăng Vật liệu nguồn được tạo thành dạng các tấm bia (target) và được đặttại điện cực (thường là catốt), trong buồng được hút chân không cao và nạp khíhiếm với áp suất thấp (cỡ 10−2 mbar) Dưới tác dụng của điện trường, cácnguyên tử khí hiếm bị iôn hóa, tăng tốc và chuyển động về phía bia với tốc

độ lớn và bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho các nguyên tử vật liệu tại bềmặt bia Các nguyên tử được truyền động năng sẽ bay về phía đế và lắng đọngtrên đế Các nguyên tử này được gọi là các nguyên tử bị phún xạ Như vậy, cơchế của quá trình phún xạ là va chạm và trao đổi xung lượng, hoàn toàn khác với

cơ chế của phương pháp bay bốc nhiệt trong chân không

c, Ưu nhược điểm của phương pháp

 Dễ dàng chế tạo các màng đa lớp nhờ tạo ra nhiều bia riêng biệt Đồngthời, đây là phương pháp rẻ tiền, và dễ thực hiện nên dễ dàng triển khai ở quy

mô công nghiệp

 Độ bám dính của màng trên đế rất cao do các nguyên tử đến lắng đọngtrên màng có động năng khá cao so với phương pháp bay bốc nhiệt.

 Màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp và có hợp thức gần với của bia, có

độ dày chính xác hơn nhiều so với phương pháp bay bốc nhiệt trong chânkhông

 Do các chất có hiệu suất phún xạ khác nhau nên việc khống chế thànhphần với bia tổ hợp trở nên phức tạp Khả năng tạo ra các màng rất mỏng với độchính xác cao của phương pháp phún xạ là không cao Hơn nữa, không thể tạo

b, Cơ chế của quá trình

 1 Khuếch tán của chất phản ứng tới bề mặt đế

 2 Sự hấp phụ của chất phản ứng v ào bề mặt đế

 3.Xảy ra các phản ứng hóa học

 4 Giải hấp của các sản phẩm khí sau khi phản ứng

 5 Khuếch tán các sản phẩm phụ ra bên ngoài

Có 5 vùng phản ứng quan trọng trong suốt quá trình:

Tính chất của màng sẽ bị ảnh hưởng bởi các quá trình tương tác xảy ratrong các vùng phản ứng này.Hỗn hợp khí chảy qua phía trên của bề mặt mànghay đế Do động học của dòng chảy mà lớp biên ứ đọng sát pha hơi tới mànghoặc đế Trong suốt quá trình lắng đọng các chất phản ứng pha khí hoặc sảnphẩm phản ứng pha khí được vận chuyển ngang qua lớp biên

 Vùng 1: Trong vùng phản ứng 1 cũng như trong dòng khí có thể xảy raphản ứng homogeneous ở pha hơi dẫn đến sự tạo thành homogeneous nucleation

và kết quả là màng không bám dính tốt và dễ bong ra thành từng mảnh

5

3

1

2 4

Lớp biên

Lớp phủ

Vật liệu

Lớp biên Lớp phủ

V t li u ậ ệ

 Vùng 2: Ở đây xảy ra phản ứng heterogenous xảy ra ở biên giới pha hơi

và màng quyết định tốc độ lắng đọng và tính chất của màng Nhiêt độ tương đốicao có thể được sử dụng trong CVD

 Vùng 4: Là vùng khuếch tán, các pha trung gian khác nhau có thể tạothành Phản ứng trong vùng này quan trọng, quyết định tới sự bám dính củamàng vào đế

 Vùng 3 và vùng 5: Xảy ra các phản ứng trạng thái rắn khác nhau: biến đổipha, sự lắng đọng, kết tinh, phát triển hạt…

c, Hóa học trong CVD

*/ Ngưng tụ

Trong công nghệ lắng đọng, việc đầu tiên là phải tạo ra nguồn cung cấppha hơi từ vật liệu gốc hơi đó sẽ ngưng tụ trên bề mặt đế khi tồn tại pha hơi quábão hòa trên đế đó Dòng ngưng tụ là hàm phụ thuộc vào dòng tới.tại nhiệt độ đếxác định, dòng tới có một giá trị giới hạn gọi là dòng giới hạn khi dòng tới lớnhơn dòng giới hạn thì màng được hình thành và nhỏ hơn thì không nhận đượclắng đọng Nhiệt độ đế càng cao thì dòng giới hạn càng lớn

*/ Hấp phụ

Hấp phụ thường được chia ra thành hấp phụ vật lý (lực bám dính về bảnchất thường là lực van der Waals) và hấp phụ hóa học (liên kết cộng hóa trịmạnh được hình thành giữa phân tử và bề mặt) Để tạo màng thì các nguyên tửphải hấp phụ hóa học lên trên đế Khi các phân tử ở trên bề mặt, chúng có thểthay đổi vị trí xung quanh một chút Và có thể có các phản ứng trên bề mặt đểtạo thành màng Chuyển động của những mẫu trên bề mặt kim loại và bán dẫn làlớn nhất, nơi mà những liên kết là không định hướng, và hạn chế đối với bề mặtđiện môi nơi mà liên kết cộng hóa trị định hướng cao dẫn đến sự giữ chặt mộtphân tử ở một chỗ khi nó bị hấp phụ hoá học Khi một phân tử hay nguyên tử tới

bề mặt, để có sự hấp phụ nó cần có năng lượng lớn hơn rào thế Ea, tương ứngvới năng lượng để phá vỡ những liên kết trên bề mặt và thiết lập liên kết mới

*/ Ảnh hưởng của áp suất đến chất lượng màng

Hệ số khuếch tán D thay đổi gần đúng theo 1/P, P là áp suất toàn phần.Khuếch tán sẽ tăng khi áp suất toàn phần hạ thấp Tuy nhiên, thời gian phủ cũngthay đổi: dòng theo thể tích tại nhiệt độ cố định và dòng theo mol cố định giatăng theo 1/P Như vậy thời gian phủ tỷ lệ với P Độ dài khuếch tán phụ thuộcvào áp suất toàn phần Sự giảm áp suất sẽ hữu ích cho sự gia tăng khuếch tán.Đại lượng có tính quyết định nghĩa là phụ thuộc và liên quan tới CVD là độ dàiThiele: nó phụ thuộc vào hệ số khuếch tán và phụ thuộc vào áp suất Chẳng hạn

áp suất giảm, độ dài Thiele tăng, dẫn đến sự đồng đều được cải thiện (nhưng vậntốc lắng đọng bị giảm, vì vậy nồng độ chất thấp)

*/ Yêu cầu của chất phủ

 Tính chất dễ bay hơi phải thích hợp để đạt được tốc độ bay hơi thích hợptại nhiệt độ bay hơi vừa phải

 Sự bền để phân ly không xảy ra trong suất quá trình bay hơi

 Khoảng nhiệt độ giữa bay hơi và lắng đọng đủ để lắng đọng màng

 Độ tinh khiết cao

 Phân ly sạch mà không có sự hợp nhất của những tạp chất dư

 Tương thích tốt với chất nền trong sự phát triển của những vật liệu phứctạp

 Bền với môi trường xung quanh và không khí ẩm

 Sản xuất dễ dàng với độ bền cao và giá thành thấp

 Không nguy hiểm hoặc mức độ nguy hiểm thấp

d, Những ưu điểm chính

 Hệ thiết bị đơn giản

 Tốc độ lắng đọng cao

 Dễ khống chế hợp thức hóa học của hợp chất v à dễ dàng pha tạp

 Có khả năng lắng đọng hợp kim nhiều th ành phần

 Có thể tạo màng cấu trúc hoàn thiện, độ sạch cao

 Đế được xử lý ngay trước khi lắng đọng bằng quá tr ình ăn mòn hóa học

 Có thể lắng đọng lên đế có cấu hình đa dạng, phức tạp

e, Những nhược điểm chính