研究背景

MOCVD是制备高质量半导体薄膜（如GaN、GaAs）的核心技术，但石墨基材在腐蚀性气体和高温下易被氧化和腐蚀，影响设备寿命。SiC涂层因与石墨热膨胀系数相近且耐高温，成为理想保护层。制备SiC涂层的方法包括溶胶-凝胶法、等离子喷涂、物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD)等。与其他制备方法相比，CVD技术可以精确控制涂层质量，可以在相对较低的温度下进行，并且通过CVD方法制备的涂层的高沉积速率适合于SiC涂层的大规模生产。为了获得理想的SiC涂层，CVD工艺参数如温度、压力、气体比例、气体流量等对石墨衬底上沉积SiC涂层具有重要影响，在此我们讨论反应气体流量的大小对于SiC涂层的微观结构、形貌等性质以及反应过程的影响。

研究系统

以Si-C-Cl-H系统为标的，Si源与C源来自于甲基三氯硅烷（MTS），H2作为载气与稀释气体，Ar作为载气，以温度、压力、H2/MTS比值等数值不变的前提，讨论反应气体流量（MTS+H2）对整个CVD反应系统的影响。

分析内容

1. 反应气体流量对反应速率常数的影响

反应速率常数随流量↑而↑，分为两个阶段：

• 第一阶段：气体流量较低时，有效扩散面积较小，沉积基团可能无法通过迁移到达最低能量位置，涂层形成松散结构（孔隙多）；流量增加后，沉积原子克服表面扩散能垒，入射分子/原子动能增加，系统内活化分子数量增加，单元内有效碰撞增加，同时固体表面上分子扩散速率显著增加，反应速率常数增加明显；
• 第二阶段：流量继续增加，反应速率常数增长变得平缓，分子浓度处于饱和边缘，相对较高的入射动能导致混合分子的流速过大，反弹现象可能发生在运动层表面，MTS分解的部分SiCl3未转化为SiCl2。