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金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)制備薄膜沉積溫度較低,沉積速率高,制備的薄膜均勻,并能生長(zhǎng)多元復(fù)合薄膜,與半導(dǎo)體工藝兼容,因此廣泛地用于制備半導(dǎo)體、鐵電、超導(dǎo)等薄膜材料。但由于MOCVD法所用的金屬有機(jī)物源(MO源)為高蒸氣壓的液體或氣體,制備和提純困難;目前制備的種類有限,且易水解,使用和運(yùn)輸不便,在一定程度上限制了MOCVD的發(fā)展。為了克服MOCVD法的不足,人們發(fā)展出了一種新的化學(xué)制備薄膜的方法—噴霧熱解(Spray Pyrolysis, SP)法。噴霧熱解法在一定程度上結(jié)合了液相法和氣相法制備薄膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),顯示較廣泛的應(yīng)用前景。
噴霧熱解法采用類似于金屬有機(jī)物熱解法(MOD)或溶膠一凝膠法(Sol-gel)中的有機(jī)溶液或水溶液為氣體,將氣體溶液霧化為液滴,用類似于CVD的方法將液滴用載氣送入反應(yīng)室,在加熱墓片上反應(yīng)沉積薄膜.根據(jù)霧化方式的不同,噴霧熱解法制備薄膜技術(shù)可分為壓力霧化沉積、超聲霧化沉積和靜電霧化沉積,雖然在霧化方式上有所不同,但各系統(tǒng)均包括液態(tài)氣體的輸運(yùn)、氣體的霧化、霧化液滴的輸運(yùn)、基片加熱以及薄膜沉積等幾部分。
自從1966年Chamberlin和Skarman用SP法制得太陽(yáng)能電池用US薄膜以來(lái),SP法已廣泛用于制備單氧化物、尖晶石型氧化物、鈣欽礦型氧化物以及硫化物、硒化物等。SP法還用于制備多化學(xué)組分的陶瓷粉體。
SP法制備薄膜技術(shù)主要有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)工藝設(shè)備簡(jiǎn)單,不需要高真空設(shè)備,在常壓下即可進(jìn)行;
(2)能大面積沉積薄膜,并可在立體表面沉積.沉積速率高,易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn),
(3)可選擇的前馭物較多,容易控制薄膜的化學(xué)計(jì)量比;摻雜容易并可改變前驅(qū)物溶液中組分的濃度制備多層膜或組分梯度膜等。
(4)通過(guò)調(diào)節(jié)霧化參數(shù)可控制薄膜的厚度,克服溶膠一凝膠法難于制備厚膜的不足;
(5)沉積溫度大多在600℃以下.相對(duì)較低。
不過(guò)無(wú)論采用何種方式霧化,SP法制備薄膜均是由霧滴或細(xì)粉體顆粒沉積生長(zhǎng)而成,所制備薄膜的表面不如MOCVD制備的薄膜光滑平整,薄膜中的氣孔率也較高。而且,霧化液滴的大小及分布,溶液性質(zhì)以及基片溫度等工藝條件對(duì)SP法制備薄膜的表面形貌影響很大。因此噴霧熱解法不容易制備光滑、致密的薄膜.在沉積過(guò)程中,薄膜中易帶人外來(lái)雜質(zhì),而且主要限于制備氧化物、硫化物等材料。
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