化学气相沉积（CVD）是一种基于真空的薄膜沉积技术，气态前驱体在基底表面发生化学反应或分解，逐层形成原子或分子尺度的固体涂层。这种干法工艺无需液相固化即可形成持久、高纯度的薄膜，从而实现对材料特性和厚度的精确控制。由于 CVD 能够在复杂的几何形状上生成均匀、保形的涂层，因此被广泛应用于从半导体制造到生物医学设备等各个行业。
要点说明：
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基本工艺机制
- CVD 的工作原理是将挥发性前驱气体引入装有基底的真空室。这些气体与加热的基底表面接触后会发生热分解或化学反应（如还原、氧化）。
- 例如二氧化硅沉积通常使用硅烷（SiH₄）和氧气，通过反应形成对半导体绝缘至关重要的 SiO₂ 层。
- 与物理气相沉积（PVD）不同，CVD 依靠的是化学反应，而不是材料溅射或蒸发。
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主要特点
- 真空环境 :在亚大气压（通常为 0.1-1000 Pa）下进行，以控制气相反应并尽量减少污染物。
- 原子级精度 :实现单层控制，这对量子点涂层或石墨烯合成等纳米级应用至关重要 (化学气相沉积） .
- 适形覆盖 :与溅射等视线方法不同，由于气相扩散，可均匀涂覆不规则表面（如微芯片中的沟槽）。
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工业应用
- 电子产品 :为汽车和消费类设备中的晶体管和 MEMS 传感器沉积介质层（如 SiO₂、Si₃N₄）。
- 能源 :通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在太阳能电池板上形成抗反射涂层。
- 生物医学 :利用金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 技术为牙科植入物制造生物相容性羟基磷灰石涂层。
- 新兴技术 :生产用于柔性电子器件和生物传感器的二维材料（如石墨烯）。
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工艺变体
- 低压化学气相沉积（LPCVD） :在 ~1-100 Pa 的条件下为半导体制造高纯度薄膜。
- 等离子体增强 CVD (PECVD) :用于温度敏感基底的低温沉积。
- 原子层沉积（ALD） :用于超薄薄膜的 CVD 子类，具有连续的自限制反应。
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与其他产品相比的优势
- 卓越的阶跃覆盖率，适用于高纵横比结构。
- 广泛的材料兼容性（金属、陶瓷、聚合物）。
- 可从实验室研发扩展到大批量生产。
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挑战
- 前驱体毒性（如硅烷具有发火性）。
- 基底加热能耗高。
- 需要沉积后退火的厚膜残余应力。
这项技术的多功能性使其成为现代制造业不可或缺的技术--无论是智能手机触摸屏还是救生医疗植入物。前驱体化学的进步会如何进一步扩大 CVD 在可持续材料工程中的作用？
总表：
| 指标角度 | 关键细节 |
|---|---|
| 工艺机制 | 气态前驱体在真空环境中的加热基底上反应/分解 |
| 主要特点 | 原子级精度、保形覆盖、真空操作（0.1-1000 Pa） |
| 工业用途 | 半导体、太阳能电池板、生物医学植入物、二维材料（如石墨烯） |
| 变体 | LPCVD、PECVD、ALD（用于超薄薄膜） |
| 优势 | 复杂形状上的均匀涂层、可扩展、广泛的材料兼容性 |
| 挑战 | 有毒前体、高能耗、厚膜中的残余应力 |
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