Deposizione chimica da vapore
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La deposizione chimica da vapore (in inglese Chemical Vapor Deposition o CVD) è una tecnica che consiste nel depositare su supporto solido un film sottile di un composto (precursore molecolare), inizialmente introdotto in forma gassosa e lasciato poi decomporre allo stato solido sulla superficie del supporto stesso. Il trasporto del precursore avviene mediante l'uso di un gas (ossigeno, argon, idrogeno,azoto,...), grazie al quale vengono poi allontanati dal sistema tutti i prodotti di decomposizione gassosi che desorbono dalla superficie del film. La reazione che permette la formazione dello strato sul supporto consiste nel chemioadsorbimento, la quale conferisce una certa mobilità alle molecole adsorbite.
Le caratteristiche principali di cui il precursore deve avvalersi consistono in un'alta tensione di vapore ed una stabilità termica, tale da non decomporre durante la fase di trasporto. La scelta del precursore viene effettuata, naturalmente, in previsione del prodotto che si vuole ottenere, come anche il gas di trasporto.
I principali vantaggi che si hanno nell'uso del processo del CVD si distinguono nell'alta velocità di deposizione, nell'omogeneità e nella purezza dello strato distribuito sul supporto. Inoltre si possono avere delle deposizioni selettive e una produzione su larga scala. gli svantaggi di questa tecnica sono nell'utilizzo di complessi apparati strumentali, controllo del processo, costo elevato delle materie prime (precursori), la tossicità e la disponibilità di alcuni precursori.
Le tipologie più comuni di reazioni coinvolte nella tecnica del CVD sono:
- Pirolisi-decomposizione termica: silicio dal silano a 650°C
- SiH4(g) ---> Si(s) + 2H2 (g)
- Riduzione (spesso in H2): W da alogenuri a 300°C
- WF6(g) + 3H2(g) <===> W(s) + 6HF(g)
- Ossidazione (spesso in O2): SiO2 da silano ed O2 a 450°C
- SiH4(g) + O2(g) ---> SiO2(s) + 2H2(g)
- Formazione di un composto: film resistenti all’usura a 1100°C
- BF3(g) + NH3(g) ---> BN(s) + 3HF(g)
Tale tecnica si è rivelata rivoluzionaria per soddisfare le richieste di diamanti, in quanto è un metodo di sintesi del prezioso cristallo. In questa tecnica, una miscela di idrogeno e un gas contenente carbonio, come il metano (CH4) viene decomposta riscaldandola a a 2200 °C, con microonde o un filamento riscaldato. Gli atomi di carbonio si depositano su una lamina (tipicamente di silicio) nella camera di deposizione e formano lentamente un sottile strato di minuscoli diamanti. Le nazioni più attive nella sintesi di diamanti con il CVD sono USA, Russia e Giappone. Le applicazioni vanno dagli utensili di precisione, agli abrasivi, al rivestimento di altoparlanti.
Esistono varie tipologie di CVD:
- Thermal-CVD
- Photo Assisted-CVD
- Plasma Enhanced-CVD
