化学气相沉积技术的研究与应用进展

牛燕辉

摘 要：硅外延工艺化学气相沉积可以赋予材料表面一些特殊的性能，可用在刀具材料、航空材料、生物医用材料等领域，而且随着科学技术的发展，在制备合成等领域也得到了广泛应用。在这样的情况下，本文针对化学气相沉积技术进行研究，在简单了解基本原理后，详细分析该技术的具体应用内容，以供参考。

关键词：化学气相沉积;硅外延;难熔金属;过程分析

硅外延工艺化学气相沉积因沉积温度较高，非常容易引起零件变形以及材料表面发生组织上的变化，但是沉积层和工作质量都非常容易受到限制。作为材料表面改性技术，在实际生产过程中可以和等离子体、激光、超声波等多项技术相结合，形成新型技术。加强对化学气相沉积技术研究，可以对其进行优化。

一、化学气相沉积技术的原理

化学气相沉积技术就是将各种气体引入到反应室内，反应室内的衬底表面就会发生化学反应，生成的固体产物会沉积在表面生成薄膜。气体包括：可以构成薄膜元素的气态反应剂或者液态反应剂的蒸汽和发生反应的其他气体。在化学气相沉积技术作为硅外延工艺中最为成熟的一种，在实际反应过程中，如果想要得到具有特定性质薄膜，就要选择合适的反应方式，并科学确定温度、气体组成、浓度、压力等参数。此外，还需要注意一点，薄膜的组成、结构和具体性能还会受到输送物质、气流性质、基板种类、表面状态、温度分布状态等因素的影响，因此必须要科学合理的控制参数，强化热力学研究，以此保证制备得到的材料质量合理、性能优良。

二、化学气相沉积技术的应用

（一）在先进核燃料制备中的应用

将化学气相沉积技术和化工流化床技术相结合，通过这种交叉耦合的方式，将二者的优点融合在一起可以在多个工业领域中应用，其中最为常见的领域就是先进核燃料领域。以高温气冷堆TRISO颗粒制备为例，作为第四代特征的先进核反应堆，其本身就具有安全特性，因此得到了全面应用。这种包覆颗粒的核心芯是UO2核燃料颗粒，直径约为0.5mm，外面包裹4层包覆层，目前该技术已经实现了商业化投产，建立了我国第一个高温气冷核反应堆示范电站。但是需要注意的是，核燃料本身具有一定的特殊性，因此，在应用流化床-化学气相沉积技术时需要对反应器规模化方法、连续化生产、温区控制等多角度问题进行研究，让流化床-化学气相沉积技术高效、连续、可控制的完成生产任务。比如：在控制粉体制备中产生的颗粒收集问题时，如果不能够及时解决纳米颗粒本身具有易黏附的特性，那么纳米颗粒就会沉积在流化床管壁上，无法快速有效的导出，对长期稳定的操作进行非常不利，可以采用在线负压抽取的方式，充分考虑到系统压力平衡对气象裂解反应的影响，对流化床-化学气相沉积技术进行优化设计，保证生产稳定。流化床-化学气相沉积技术是未来发展过程中的重点，具有极高的实际应用价值，必须要加强对这一技术制备应用的研究。

（二）在难熔金属材料中的应用

传统的难熔金属材料制备方式成本较高，后续加工困难，因此必须要研究出全新的制备技术，将化学气相沉积技术应用在难熔金属材料制备过程中，可以有效解决上述难点。现如今，很多发达国家都已经实现了难熔金属涂层化学气相沉积技术的工业级大规模应用，在异型结构件制备上，化学气相沉积技术也得到了全面的应用。比如：微电子技术，未来超大规模集成电路将得到进一步发展，这种立体集成電路就可以利用化学气相沉积硅外延技术进行制作，切实提高界面结构性，让金属硅化物接触层和硅基体达到最紧密的接触[1]。实际应用过程中，还需要注意沉积温度等多方面因素，可以利用化学气相沉积硅外延技术的快速条文方式，在硅外延层实现调温，对各种沉积参数进行精密控制，实现该技术在多孔难熔金属材料和符合材料中的应用，加强合金成分的控制，确保制备工作稳定开展。

（三）在锂电子电池电极材料中的应用

除了上述两个方面之外，化学气相沉积技术在锂电子电池电极材料中也可以应用，锂电子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长等多方面特点，不仅绿色环保，而且自放电率低，可以应用在笔记本电脑、手机、数码产品、航空航天等领域。想要进一步提高其性能，可以将化学气相沉积硅外延技术掺入其中，通过该技术的化学反应，对锂电子电池电极材料进行掺杂包覆处理。借助化学气相沉积技术本身易于重现和覆盖性均匀等特点，可以实现精确控制，而且可以让锂电子电池的正负极材料得到的更好的制备和修饰，形成复合材料，有效提高电极的电化学性能。比如：可以将等离子体和化学气相沉积硅外延技术相结合，然后就能够在电池正极表面上沉积形成无定形碳薄膜，充电过程中能有效抑制电解液分解，避免材料表面和电解质进行直接接触，充电态时也不会出现放热反映，将锂离子通过包覆层嵌入到正极材料中，降低电化学反应的电阻[2]。

三、总结

综上所述，随着各应用领域要求不断提高，对化学气相沉积技术有了全新的要求，实现化学气相沉积硅外延技术，是现阶段的重点。通过本文研究，化学气相沉积技术拥有着非常广阔的应用前景，不仅可以延长材料寿命、优化材料性能、节省材料用量，还能合成出全新的结构和材料，值得推广。

参考文献：

[1]慈海娜，孙靖宇.基于化学气相沉积技术的粉体石墨烯的制备及能源领域应用[J].科学通报，2019，64（32）：3327-3339.

[2]刘马林.流化床-化学气相沉积技术在先进核燃料制备中的应用进展[J].化工进展，2019，38（04）：1646-1653.