化学气相沉积法制作梯度折射率光学材料的详细介绍
化学气相沉积法制作梯度折射率光学材料的 详细介绍主讲人： 主讲人：陈庆德 专业：09光信息科学与技术 专业：09光信息科学与技术 指导老师： 指导老师：石市委
  化学沉积法定义----化学气相沉积 定义 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称 化学气相沉积 ，简称CVD)是反 是反 应物质在气态条件下发生化学反应， 应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积( 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 )。
  微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 微制程大都使用 技术来沉积不同形式的材料 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳 米碳管、 硅碳、氮化硅、 米碳管、SiO2、硅锗、钨、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的 、硅锗、 high-k介质等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石。 介质等材料。 制程也常用来生成合成钻石。 介质等材料 制程也常用来生成合成钻石
  化学气相沉积的种类一些CVD技术被广泛地使用及在文献中被提起。这些技术有不同的起 始化学反应机制 (如活化机制) 及不同的制程条件。 以反应时的压力分类 以气相的特性分类 等离子技术 (可参考等离子制程) 原子层化学气相气相沉积 (Atomic layer CVD, ALCVD) 热丝化学气相沉积 (Hot wire CVD, HWCVD) 有机金属化学气相沉积 混合物理化学气相沉积 快速热化学气相沉积 气相外延 (Vapor phase epita_y, VPE)
  化学气相沉积的种类——以反应时的压力分类 化学气相沉积的种类常压化学气相沉积 (Atmospheric Pressure CVD, APCVD):在常 压环境下的CVD制程。 低压化学气相沉积 (Low-pressure CVD, LPCVD):在低压环境下 的CVD制程。降低压力可以减少不必要的气相反应，以增加晶圆上薄 膜的一致性。大部份现今的CVD制程都是使用LPCVD或UHVCVD。 超高真空化学气相沉积 (Ultrahigh vacuum CVD, UHVCVD:在非 常低压环境下的CVD制程。大多低于10-6 Pa (约为10-8 torr)。注： 在其他领域，高真空和超高真空大都是指同样的真空度，约10-7 Pa。
  化学气相沉积的种类——以气相的特性分类 化学气相沉积的种类气溶胶辅助气相沉积 (Aerosol assisted CVD, AACVD):使用液体 /气体的气溶胶的前驱物成长在基底上，成长速非常快。此种技术适 合使用非挥发的前驱物。 直接液体注入化学气相
  沉积 (Direct liquid injection CVD, DLICVD):使用液体 (液体或固体溶解在合适的溶液中) 形式的前驱 物。液相溶液被注入到蒸发腔里变成注入物。接着前驱物经由传统的 CVD技术沉积在基底上。此技术适合使用液体或固体的前驱物。此技 术可达到很多的成长速率。
  化学气相沉积的种类——等离子技术 化学气相沉积的种类微波等离子辅助化学气相沉积 (Microwave plasma-assisted CVD, MPCVD) 等离子增强化学气相沉积 (Plasma-Enhanced CVD, PECVD):利 用等离子增加前驱物的反应速率。PECVD技术允许在低温的环境下 成长，这是半导体制造中广泛使用PECVD的最重要原因。 远距等离子增强化学气相沉积 (Remote plasma-enhanced CVD, RPECVD):和PECVD技术很相近的技术。但晶圆不直接放在等离子 放电的区域，反而放在距离等离子远一点的地方。晶圆远离等离子区 域可以让制程温度降到室温。
  化学气相沉积的特点1)在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形 成固体物质沉积在基体上。 2)可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层 质量较好)。 3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在 较低的温度下进行。 4)涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积 物或者
得到混合镀层。 5)可以控制涂层的密度和涂层纯度。 6)绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆 各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、 孔，甚至是盲孔的工件。 7)沉积层通常具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化 学反应进行气相扰动，以改善其结构。 8)可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。
  化学气相沉积的应用现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能 材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的 掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶 液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的 产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化 学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、 多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化 物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素 间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控 制。目前，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。
  梯
  度折射率材料在传统的光学系统中，各种光学元件所用的材料都是均质的，每个元 件内部各处的折射率为常数。在光学系统的设计中主要通过透镜的形 状、厚度来成像，并利用各种透镜的组合来优化光学性能。梯度折射 率材料则是一种非均质材料，它的组分和结构在材料内部按一定规律 连续变化，从而使折射率也相应地呈连续变化。它也可简称为梯折材 料。
  一、梯度折射材料的折射率梯度类型和成像原 理梯度折射材料按折射梯度基本上可分为三种类型：径向梯度折射材 料、轴向梯度折射材料、球向梯度折射材料。 (一)径向梯度折射材料及其成像原理 (二)轴向梯度折射材料及其成像原理 (三)球向梯度折射材料及其成像原理正则化长波方程
  (一)径向梯度折射材料及其成像原理径向梯度折射材料是圆棒状的。它的折射率沿垂直于光轴的半径从 中心到边缘连续变化，等折射率面是以光轴为对称轴的圆柱面。沿垂 直于光轴方向截取一定长度的梯度折射率棒两端加工成平面，就制成 了一个梯度折射率透镜。光线在镜内以正弦曲线连续传播，如果折射 率从轴心到边缘连续降低，就是自聚焦透镜，相当于普通凸透镜。如 果折射率从轴心到边缘连续增加，就是自发散射透镜相当于凹透镜。 4-1为成像原理图。P1、P2、P3、P4分别为实物，Q1、Q2、Q3、 Q4分别为像，z为轴向，r为径向，H为主点，F为焦点，z0为棒长， h为棒端面至主平面距离，f为焦距，l和l_amp;acute;分别为物距和像距， P=2π/ A,A为折射率分布稀疏。有以下关系

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