说明：文章华算科技（CVD反应生成固体薄膜的原理、反应机制、不同类型及关键影响因素。读者可以学到CVD如何通过控制温度、前驱体和气体环境来精确制备各种高性能薄膜材料，并了解该技术在微电子和材料科学中的核心应用与未来发展方向。

什么是化学气相沉积

CVD其核心是将气态前驱体输送到反应室，经化学反应生成固态产物并沉积于基底，副产物气体被排出系统。

PVD。CVD反应通常在特定的反应腔室中进行，需要精确控制反应温度、压力、气流速率和前驱体浓度等参数。

CVD技术的原理

A：SiH₄H₂ArN₂B．边界层扩散反应物和中间产物通过边界层扩散，从主气流区域传输到基底表面。反应物分子被吸附C．表面吸附与表面反应吸附的分子在基底表面发生异相表面反应，如分解、还原、氧化等，生成固态产物（薄膜原子）和气态副产物。

：E．副产物脱附与排出反应生成的气态副产物从表面脱附，扩散回主气流，最终被真空系统排出反应室。

CVD气相传输、表面吸附/反应、固态成核与生长图2：过程的示意图，（I）反应物扩散→（II）气相反应→（III）分子扩散至催化剂表面→（IV）吸附→（V）表面扩散→（VI）表面反应→（VII）脱附→（VIII）副产物移除。：.

反应气体流过基体表面，由于部分气体在基体表面反应被消耗和气体流动的特性，基体近表面形成一层过渡层，反应气体需要穿过过渡层才能在基体上生成涂层，过渡层外侧和基体近表面形成反应气体的浓度梯度，假定反应气体在远离基体处的浓度为Cg，基体近表面处浓度为CsJgs=hg（Cg-Cs）

Js=ks*Cs

Cs=Cg/（1+ks/hg）

表面反应控气体扩散控制涂层在基体上的速率生长对温度的依赖性，受到表面反应速率和气体扩散速率的影响。反应速率和气体扩散速率的影响。需要说明的是，一般情况下表面反应的速率受温度的影响由决定，即存在一个关系：ks~exp（-E/RT），其中E是反应所需的激活能。

Arrhenius关系如图3所示虚线将涂层生长速率受温度的影响划分成两个区域，在低温区，表面的化学速率足够快，此时提高温度，涂层的生长速率提高的不够明显，涂层生长受限于气体扩散控制。

在金属有机化学气相沉积法（MOCVD）的过程中，前驱体为高纯的有机化合物气体，以保证薄膜的均匀性目前，基于方法已经实现多种二维材料的晶圆级制备。研究人员已使用SiO210cm的，然而，较低的反应物通量导致产物的生长速率缓慢，整个反应过程需要消耗。（图4所示）

0.1038/nature14417尽管可以快速制备大面积二维材料，但是反应物质多为毒性较强的气体，且较低的压强和易燃的气体使生长装置始终处于一个不稳定的状态。传统的热方法和具有相同的生长原理，但是前驱体通常是无机的，因此产物不会被碳污染CVD方法主要通过调节MOCVD，产物通常具有更低的晶界密度。

SiO/Si1 cmMoS薄膜，而且通过限制反应中钼（）元素的供给以降低成核密度，最终获得超过的单个2图5：单层的实验制备装置。DOI：10.1021/acsami.7b00420.

等离子体辅助增强化学气相沉积

CVD等离子体中含有大量的高能量电子，这些电子可以提供化学气相沉积过程中所需要的激活能，而整个反应体系却始终处于较低的温度。这一特点使得原来需要在高温下进行的过程得以在低温下进行，满足在多种介电基底表面原位生长石墨烯的应用需求。

PECVD550SiO/SiAlO，蓝宝石，石英和云母等）表面直接合成约的超薄石墨烯薄膜（图6所示）。

NEMS10.1007/s12274-011-0187-9选择合适的前驱体有助于调控二维材料的质量，以石墨烯的生长为例，。反应物在高温下容易发生副反应，气态副产物会随着载气运输至衬底表面，导致产物纯度不高，为了避免这种现象，实验室通常选择化学元素单一的原料作为前驱体比如，过渡金属氧化物（如3WO）、氯化物（5SSe研究人员在反应期间使用氧化物抑制剂辅助生长（MoX2（Se和。在策略中，作为源的3OIMo在制备2SnO作为，策略中的工作机制如图7 b所示，从图7 b中可以看出，产物的沉积区域随着剂量的增加而减少，且较厚的层增加了蒸汽的扩散路径，进而越来越多的源被捕获在层内。

aMoX的方案示意图，（）OIAG中的工作机制示意图。DOI：10.1021/acsnano.0c03469.

载流气体的影响

H来作为反应中的载流气体H不仅可以作为载气，还可以作为还原剂，防止衬底上的石墨烯在降温过程中被氧化。

（图8 a），相比于传统的单气路的生长系统，该工作将前驱体和3，使蒸汽和3MoS薄膜（图8 b）。

图8：（a）使用多条路径制备MoS2薄膜的方案示意图;（b）蓝宝石衬底上生长的晶圆级MoS2图像。DOI：10.1021/acsnano.7b03819.

温度和压强的影响

CVD以石墨烯的生长为例，在镍（）衬底上制备石墨烯时，主要以融入中的碳作为碳源，碳在中的溶解度主要依赖于生长温度。研究人员设计出一种低温合成二维2WTe薄膜。

WTe的装置图示。DOI：10.1021/acs.jpcc.8b00679.

总结