Aula CVD - V01 - fc.unesp.brjhdsilva/ctff_aula07_cvd.pdf · I.1 - Introdução PVD – Deposição...
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I.1 - Introdução
�PVD – Deposição Física de Vapor“Physical Vapor Deposition”
�CVD – Deposição Química de Vapor“Chemical Vapor Deposition”
I.2 - Aplicações
� Diversificadas:� Dispositivos de estado sólido� Rolamentos e ferramentas de corte� Recobrimento de reatores (foguetes e nucleares)
CVD – Deposição Química de Vapor
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CVD
�Vantagens...
� Sistema de vácuo simples� Taxas de deposição >> evap / sputtering� Fácil deposição de compostos / controle esteq.� Dopagem relativamente fácil
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CVD
� Prod. refratários a temperaturas moderadas� Possib. damadas epitaxiais c/ alta perfeição e
poucas impurezas� Recobr. formas complexas (coating).� Substrato: decapagem in situ (etching de
limpeza)
�......vantagens
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Termodinâmica de materiais
•
TSHG −=
if GGG −=∆
STHG ∆−∆=∆
Delta G menor que zero => minimiza G => favorece reação/ formação
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Reações Químicas
)ln( i
o
ii aRTGG +=
ai = atividade da espécie iai = concentração termodinâmica específica
cc
C Ca ][=
Gi – energia livre de cada componenteGio – energia livre no equilíbrio
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+∆=∆
b
B
a
A
c
Co
iaa
aRTGG ln
=∆b
eqB
B
a
eqA
A
c
eqC
C
a
a
a
a
a
a
RTG
)()(
)(ln
1)(
>eqi
i
a
a=> supersaturação da espécie i 1
)(
<eqi
i
a
a=> subsaturação da espécie i
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KRTG ln=∆−
RTG
eK∆−
=
K = Constante de equilíbrio da reação
( )( ) ( )
RTG
Al
OAle
OPa
aK
∆−
=
=
2
3/4
3/2
32
322 )3/2()3/4( OAlOAl →+
Exemplo:
)1000(202 CkcalG °−=∆ atmxOP35
2102)(
−=;
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Exemplo/Exercício: Filmes Epitaxiais de Si
Filmes epitaxiais de Si podem ser obtidos por redução com H2, ou por pirólise de tetracloreto de Si, silano, ou de clorosilanos (SiCl4). Pelo cálculo da energia livre de Gibbs encontrar em quais destes compostos pode ser aplicado o método pirolítico para precipitação de Si a 1.500 K. Trabalhar com todas as reações indicadas na tabela 5.1 e usar como referência os dados da tabela 5.2.
Resposta:(exercício no quadro).
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CVD – Conclusões /Resumo
I - Pressões próximas da atmosférica
– Simplifica bombeamento– Reator simples (?!)
– Baixo “sticking” (Sc)– Pode cobrir superficies complexas/rugosas
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CVD – Conclusões /Resumo
II – Uniformidade da deposição depende das uniformidades de:
- Fluxo de gás- Temperatura ( Grad(T(r))~0).
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CVD – Conclusões /Resumo
III – Reação favorável / desfavorável?
rDpCnBmA +→+
RTG
nm
rp
eBA
DCK
∆−
=
=
].[][
].[][
altaprobKG _.1,0 ⇒>><<∆
baixaprobKG _.1,0 ⇒<<>>∆
)(1,0 ↔⇒≅≅∆ reversívelKG
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CVD – Conclusões /Resumo
IV - Cinética de reação pode ser complexa
- Depende de produtos intermediários
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CVD - Resumo
V – Altas temperaturas de substrato
• Pode excluir alguns materiais – Para contornar / otimizar
• Precursores metalorgânicos M-(CH3)n – MOCVD• Deposição assistida por plasma – PECVD (
plasma usado para “quebrar” moléculas).
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CVD – Conclusões /ResumoI - Pressões próximas da atmosférica
II - Uniformidade da deposição ����complexidade do sistema
III – Reação favorável =>
IV - Cinética de reação ���� produtos intermediários
V – Altas temperaturas vs. MOCVD / PECVD
0<<∆G