化學氣相沉積技術的研究與應用進展

牛燕輝

摘?要：硅外延工藝化學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、生物醫用材料等領域，而且隨著科學技術的發展，在制備合成等領域也得到了廣泛應用。在這樣的情況下，本文針對化學氣相沉積技術進行研究，在簡單了解基本原理后，詳細分析該技術的具體應用內容，以供參考。

關鍵詞：化學氣相沉積;硅外延;難熔金屬;過程分析

硅外延工藝化學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生組織上的變化，但是沉積層和工作質量都非常容易受到限制。作為材料表面改性技術，在實際生產過程中可以和等離子體、激光、超聲波等多項技術相結合，形成新型技術。加強對化學氣相沉積技術研究，可以對其進行優化。

一、化學氣相沉積技術的原理

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

二、化學氣相沉積技術的應用

（一）在先進核燃料制備中的應用

將化學氣相沉積技術和化工流化床技術相結合，通過這種交叉耦合的方式，將二者的優點融合在一起可以在多個工業領域中應用，其中最為常見的領域就是先進核燃料領域。以高溫氣冷堆TRISO顆粒制備為例，作為第四代特征的先進核反應堆，其本身就具有安全特性，因此得到了全面應用。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，目前該技術已經實現了商業化投產，建立了我國第一個高溫氣冷核反應堆示范電站。但是需要注意的是，核燃料本身具有一定的特殊性，因此，在應用流化床-化學氣相沉積技術時需要對反應器規?；椒?、連續化生產、溫區控制等多角度問題進行研究，讓流化床-化學氣相沉積技術高效、連續、可控制的完成生產任務。比如：在控制粉體制備中產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，無法快速有效的導出，對長期穩定的操作進行非常不利，可以采用在線負壓抽取的方式，充分考慮到系統壓力平衡對氣象裂解反應的影響，對流化床-化學氣相沉積技術進行優化設計，保證生產穩定。流化床-化學氣相沉積技術是未來發展過程中的重點，具有極高的實際應用價值，必須要加強對這一技術制備應用的研究。

（二）在難熔金屬材料中的應用

傳統的難熔金屬材料制備方式成本較高，后續加工困難，因此必須要研究出全新的制備技術，將化學氣相沉積技術應用在難熔金屬材料制備過程中，可以有效解決上述難點?，F如今，很多發達國家都已經實現了難熔金屬涂層化學氣相沉積技術的工業級大規模應用，在異型結構件制備上，化學氣相沉積技術也得到了全面的應用。比如：微電子技術，未來超大規模集成電路將得到進一步發展，這種立體集成電路就可以利用化學氣相沉積硅外延技術進行制作，切實提高界面結構性，讓金屬硅化物接觸層和硅基體達到最緊密的接觸[1]。實際應用過程中，還需要注意沉積溫度等多方面因素，可以利用化學氣相沉積硅外延技術的快速條文方式，在硅外延層實現調溫，對各種沉積參數進行精密控制，實現該技術在多孔難熔金屬材料和符合材料中的應用，加強合金成分的控制，確保制備工作穩定開展。

（三）在鋰電子電池電極材料中的應用

除了上述兩個方面之外，化學氣相沉積技術在鋰電子電池電極材料中也可以應用，鋰電子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長等多方面特點，不僅綠色環保，而且自放電率低，可以應用在筆記本電腦、手機、數碼產品、航空航天等領域。想要進一步提高其性能，可以將化學氣相沉積硅外延技術摻入其中，通過該技術的化學反應，對鋰電子電池電極材料進行摻雜包覆處理。借助化學氣相沉積技術本身易于重現和覆蓋性均勻等特點，可以實現精確控制，而且可以讓鋰電子電池的正負極材料得到的更好的制備和修飾，形成復合材料，有效提高電極的電化學性能。比如：可以將等離子體和化學氣相沉積硅外延技術相結合，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進行直接接觸，充電態時也不會出現放熱反映，將鋰離子通過包覆層嵌入到正極材料中，降低電化學反應的電阻[2]。

三、總結

綜上所述，隨著各應用領域要求不斷提高，對化學氣相沉積技術有了全新的要求，實現化學氣相沉積硅外延技術，是現階段的重點。通過本文研究，化學氣相沉積技術擁有著非常廣闊的應用前景，不僅可以延長材料壽命、優化材料性能、節省材料用量，還能合成出全新的結構和材料，值得推廣。

參考文獻：

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

[2]劉馬林.流化床-化學氣相沉積技術在先進核燃料制備中的應用進展[J].化工進展，2019，38（04）：1646-1653.