الترسيب الكيميائي للبخار الكيميائي (CVD) هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع في علم المواد لتخليق الأغشية الرقيقة والمواد النانوية. وهي تنطوي على التفاعل الكيميائي للسلائف الغازية على ركيزة تحت ظروف محكومة، عادةً في درجات حرارة مرتفعة في غرفة مفرغة. هذه التقنية فعالة بشكل خاص لإنتاج مواد ثنائية الأبعاد ولها تطبيقات في تصنيع أشباه الموصلات، بما في ذلك تصنيع تكنولوجيا أشباه الموصلات المعدنية التكميلية لأكسيد المعادن (CMOS).
تفاصيل العملية:
في عملية التفريغ القابل للقنوات CVD، يتم إدخال المواد السليفة في شكل بخار في غرفة تفاعل حيث تتفاعل أو تتحلل على الركيزة. يتم تسهيل هذا التفاعل بواسطة الحرارة التي يمكن تطبيقها مباشرة على الركيزة أو بشكل غير مباشر من خلال جدران الغرفة. ويُعد اختيار الغازات السليفة وظروف التفاعل (درجة الحرارة والضغط ومعدلات تدفق الغاز) أمرًا بالغ الأهمية في تحديد خصائص المادة المترسبة.المتغيرات الخاصة بالتقنية CVD:
توجد العديد من المتغيرات من CVD، كل منها مصمم خصيصًا لمتطلبات أو مواد محددة. على سبيل المثال، تعمل تقنية CVD منخفضة الضغط (LPCVD) بضغط منخفض، مما يعزز من توحيد ترسيب الفيلم. يستخدم التفريغ القابل للقنوات CVD المعزز بالبلازما (PECVD) البلازما لتنشيط الغازات السلائف، مما يسمح بدرجات حرارة ترسيب أقل. وتتضمن المتغيرات الأخرى تقنيات CVD ذات الضغط الجوي، و CVD ذات الجدار الساخن، و CVD ذات الجدار البارد، و CVD بمساعدة الضوئي، و CVD بمساعدة الليزر، وكل منها يقدم مزايا فريدة لتطبيقات مختلفة.
التطبيقات في المواد النانوية:
تُستخدم CVD على نطاق واسع لتخليق المواد النانوية القائمة على الكربون مثل الفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) والألياف النانوية الكربونية (CNFs) والجرافين. وتكتسب هذه المواد أهمية بالغة في مختلف المجالات بما في ذلك الإلكترونيات وتخزين الطاقة والمواد المركبة. على سبيل المثال، يُعتبر الجرافين، وهو مادة ثنائية الأبعاد يتم إنتاجها عن طريق التفريغ القابل للذوبان على القسطرة، ذو قيمة عالية بسبب توصيله الكهربائي والحراري الاستثنائي وقوته الميكانيكية وشفافيته.التحديات والتطورات:
في حين أن تقنية CVD هي تقنية قوية، إلا أنها قد تكون مكلفة، خاصة بالنسبة للمجموعات البحثية الصغيرة والشركات الناشئة. ولمعالجة هذا الأمر، تم تطوير تصميمات مفتوحة المصدر لأنظمة CVD، مما يجعل هذه التقنية أكثر سهولة. بالإضافة إلى ذلك، فإن القيود الحرارية للتقنية CVD، مثل ارتفاع تكاليف الطاقة وصعوبات ترسيب المواد على البوليمرات ذات درجة الانصهار المنخفضة، هي مجالات البحث والتطوير المستمر.
