CVD: deposizione chimica da vapore

La deposizione chimica da vapore (CVD) è un processo chimico attraverso il quale si ottengono materiali solidi.
Essa è spesso usato nel settore fotovoltaico, della miniaturizzazione ed integrazione dei dispositivi elettronici ma anche in schermature elettromagnetiche, rivestimenti protettivi e coperture biocompatibili.

Nella deposizione chimica un substrato è esposto a uno o più precursori volatili che reagiscono o si decompongono per dare un prodotto che si deposita sul substrato. Eventuali sottoprodotti sono allontanati da un flusso di gas che attraversa la camera di reazione.

I gas precursori, abitualmente diluiti in gas inerti trasportatori vengono inviati nella camera di reazione a temperatura ambiente e, quando entrano in contatto con il substrato riscaldato reagiscono o si decompongono dando una fase solida che si deposita sul substrato.

I gas precursori devono essere volatili ma sufficientemente stabili da poter essere inviati al reattore e devono essere tali da consentire il deposito di un solo elemento o composto sul substrato mentre gli altri composti derivanti dalla decomposizione o dalla reazione devono essere gassosi in modo da poter essere allontanati. Tali gas che possono essere tossici, infiammabili o corrosivi devono essere quindi opportunamente trattati.

Esempi

Tra gli esempi più significativi di reazioni utilizzate nella deposizione chimica vi sono:

SiH_4(g) + O_2(g) → SiO_2(s) + 2 H_2(g)↑

4 PH_3(g) + 5 O_2(g) → P₂O_5(s) + 6 H_2(g)↑

3 SiH_4(g) + 4 NH_3(g) → Si₃N_4(s) + 12 H_2(g)↑

WF_6(g) + 3 H_2(g) → W + 6 HF_(g)↑

Nella deposizione chimica da vapore i materiali precursori sono abitualmente classificati nelle seguenti categorie:

1)      Alogenuri: TiCl₄, TaCl₅, WF₆ ecc.

2)      Idruri: SiH₄, GeH₄, AlH₃ ecc.

3)      Composti metallorganici

4)      Alcossidi metallici

5)      Alchil-metallo

6)      Metallo carbonili

7)      Altri ovvero composti metallorganici, complessi ecc.

Applicazioni

Una delle maggiori applicazioni della deposizione chimica da vapore consiste nel rivestimento di adeguati supporti con silicone policristallino ad elevata purezza usato nelle celle fotovoltaiche che può essere ottenuto tramite una serie di reazioni:

SiH_4(g) → Si_(s) + 2 H_2(g)↑

SiCl_4(g) + 2 H_2(g) → Si_(s) + 4 HCl_(g)↑

SiH₂Cl_{2 (g)} → Si_(s) + 2 HCl_(g)↑

SiHCl_{3 (g)} + H_2(g) → Si_(s) + 3 HCl_(g)↑