化學(xué)氣相沉積技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展

牛燕輝

摘?要：硅外延工藝化學(xué)氣相沉積可以賦予材料表面一些特殊的性能，可用在刀具材料、航空材料、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在制備合成等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。在這樣的情況下，本文針對化學(xué)氣相沉積技術(shù)進(jìn)行研究，在簡單了解基本原理后，詳細(xì)分析該技術(shù)的具體應(yīng)用內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)氣相沉積;硅外延;難熔金屬;過程分析

硅外延工藝化學(xué)氣相沉積因沉積溫度較高，非常容易引起零件變形以及材料表面發(fā)生組織上的變化，但是沉積層和工作質(zhì)量都非常容易受到限制。作為材料表面改性技術(shù)，在實際生產(chǎn)過程中可以和等離子體、激光、超聲波等多項技術(shù)相結(jié)合，形成新型技術(shù)。加強對化學(xué)氣相沉積技術(shù)研究，可以對其進(jìn)行優(yōu)化。

一、化學(xué)氣相沉積技術(shù)的原理

化學(xué)氣相沉積技術(shù)就是將各種氣體引入到反應(yīng)室內(nèi)，反應(yīng)室內(nèi)的襯底表面就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固體產(chǎn)物會沉積在表面生成薄膜。氣體包括：可以構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸汽和發(fā)生反應(yīng)的其他氣體。在化學(xué)氣相沉積技術(shù)作為硅外延工藝中最為成熟的一種，在實際反應(yīng)過程中，如果想要得到具有特定性質(zhì)薄膜，就要選擇合適的反應(yīng)方式，并科學(xué)確定溫度、氣體組成、濃度、壓力等參數(shù)。此外，還需要注意一點，薄膜的組成、結(jié)構(gòu)和具體性能還會受到輸送物質(zhì)、氣流性質(zhì)、基板種類、表面狀態(tài)、溫度分布狀態(tài)等因素的影響，因此必須要科學(xué)合理的控制參數(shù)，強化熱力學(xué)研究，以此保證制備得到的材料質(zhì)量合理、性能優(yōu)良。

二、化學(xué)氣相沉積技術(shù)的應(yīng)用

（一）在先進(jìn)核燃料制備中的應(yīng)用

將化學(xué)氣相沉積技術(shù)和化工流化床技術(shù)相結(jié)合，通過這種交叉耦合的方式，將二者的優(yōu)點融合在一起可以在多個工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用，其中最為常見的領(lǐng)域就是先進(jìn)核燃料領(lǐng)域。以高溫氣冷堆TRISO顆粒制備為例，作為第四代特征的先進(jìn)核反應(yīng)堆，其本身就具有安全特性，因此得到了全面應(yīng)用。這種包覆顆粒的核心芯是UO2核燃料顆粒，直徑約為0.5mm，外面包裹4層包覆層，目前該技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化投產(chǎn)，建立了我國第一個高溫氣冷核反應(yīng)堆示范電站。但是需要注意的是，核燃料本身具有一定的特殊性，因此，在應(yīng)用流化床-化學(xué)氣相沉積技術(shù)時需要對反應(yīng)器規(guī)?；椒?、連續(xù)化生產(chǎn)、溫區(qū)控制等多角度問題進(jìn)行研究，讓流化床-化學(xué)氣相沉積技術(shù)高效、連續(xù)、可控制的完成生產(chǎn)任務(wù)。比如：在控制粉體制備中產(chǎn)生的顆粒收集問題時，如果不能夠及時解決納米顆粒本身具有易黏附的特性，那么納米顆粒就會沉積在流化床管壁上，無法快速有效的導(dǎo)出，對長期穩(wěn)定的操作進(jìn)行非常不利，可以采用在線負(fù)壓抽取的方式，充分考慮到系統(tǒng)壓力平衡對氣象裂解反應(yīng)的影響，對流化床-化學(xué)氣相沉積技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，保證生產(chǎn)穩(wěn)定。流化床-化學(xué)氣相沉積技術(shù)是未來發(fā)展過程中的重點，具有極高的實際應(yīng)用價值，必須要加強對這一技術(shù)制備應(yīng)用的研究。

（二）在難熔金屬材料中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的難熔金屬材料制備方式成本較高，后續(xù)加工困難，因此必須要研究出全新的制備技術(shù)，將化學(xué)氣相沉積技術(shù)應(yīng)用在難熔金屬材料制備過程中，可以有效解決上述難點?，F(xiàn)如今，很多發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)實現(xiàn)了難熔金屬涂層化學(xué)氣相沉積技術(shù)的工業(yè)級大規(guī)模應(yīng)用，在異型結(jié)構(gòu)件制備上，化學(xué)氣相沉積技術(shù)也得到了全面的應(yīng)用。比如：微電子技術(shù)，未來超大規(guī)模集成電路將得到進(jìn)一步發(fā)展，這種立體集成電路就可以利用化學(xué)氣相沉積硅外延技術(shù)進(jìn)行制作，切實提高界面結(jié)構(gòu)性，讓金屬硅化物接觸層和硅基體達(dá)到最緊密的接觸[1]。實際應(yīng)用過程中，還需要注意沉積溫度等多方面因素，可以利用化學(xué)氣相沉積硅外延技術(shù)的快速條文方式，在硅外延層實現(xiàn)調(diào)溫，對各種沉積參數(shù)進(jìn)行精密控制，實現(xiàn)該技術(shù)在多孔難熔金屬材料和符合材料中的應(yīng)用，加強合金成分的控制，確保制備工作穩(wěn)定開展。

（三）在鋰電子電池電極材料中的應(yīng)用

除了上述兩個方面之外，化學(xué)氣相沉積技術(shù)在鋰電子電池電極材料中也可以應(yīng)用，鋰電子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長等多方面特點，不僅綠色環(huán)保，而且自放電率低，可以應(yīng)用在筆記本電腦、手機、數(shù)碼產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域。想要進(jìn)一步提高其性能，可以將化學(xué)氣相沉積硅外延技術(shù)摻入其中，通過該技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)，對鋰電子電池電極材料進(jìn)行摻雜包覆處理。借助化學(xué)氣相沉積技術(shù)本身易于重現(xiàn)和覆蓋性均勻等特點，可以實現(xiàn)精確控制，而且可以讓鋰電子電池的正負(fù)極材料得到的更好的制備和修飾，形成復(fù)合材料，有效提高電極的電化學(xué)性能。比如：可以將等離子體和化學(xué)氣相沉積硅外延技術(shù)相結(jié)合，然后就能夠在電池正極表面上沉積形成無定形碳薄膜，充電過程中能有效抑制電解液分解，避免材料表面和電解質(zhì)進(jìn)行直接接觸，充電態(tài)時也不會出現(xiàn)放熱反映，將鋰離子通過包覆層嵌入到正極材料中，降低電化學(xué)反應(yīng)的電阻[2]。

三、總結(jié)

綜上所述，隨著各應(yīng)用領(lǐng)域要求不斷提高，對化學(xué)氣相沉積技術(shù)有了全新的要求，實現(xiàn)化學(xué)氣相沉積硅外延技術(shù)，是現(xiàn)階段的重點。通過本文研究，化學(xué)氣相沉積技術(shù)擁有著非常廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以延長材料壽命、優(yōu)化材料性能、節(jié)省材料用量，還能合成出全新的結(jié)構(gòu)和材料，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]慈海娜，孫靖宇.基于化學(xué)氣相沉積技術(shù)的粉體石墨烯的制備及能源領(lǐng)域應(yīng)用[J].科學(xué)通報，2019，64（32）：3327-3339.

[2]劉馬林.流化床-化學(xué)氣相沉積技術(shù)在先進(jìn)核燃料制備中的應(yīng)用進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2019，38（04）：1646-1653.