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Lernmaterialien für Chemical Vapor Deposition an der RWTH Aachen

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Chemical Vapor Deposition Kurs an der RWTH Aachen zu.

TESTE DEIN WISSEN

Wie ist der CVD-Prozess definiert?

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TESTE DEIN WISSEN

CVD ist die chemische Abscheidung aus der Gasphase bzw. einem Plasma an einer Festkörperoberfläche

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Erklären Sie die drei CVD
Hauptprozessphasen durch die folgende Reaktion:
TiCl4 + CH 4 --> TiC + 4 HCl

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  • In einen Reaktor werden gasförmige Edukte TiCl 4 und CH 4 eingeleitet
  • Gezielte Einstellung thermodynamischer Bedingungen führt zur Reaktion (Energiezufuhr)
  • Die Schicht entsteht durch chemische Reaktion
    der gasförmigen Ausgangsmaterialien an
    der Festkörperoberfläche
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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie vier wichtige Anwendungen der CVD
Technologie.

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  • Halbleiterschichten (z.B. Si, Ge ) für Mikroelektronik, 
  • Optoelektronik, Solarzellen
  • Stoffsynthese zur Werkstoffherstellung
  • Faser und Pulverbeschichtung in der Werkstoffherstellung
  • Kratzschutz transparenter Kunststoffbauteile: Linsen, 
  • Brillengläser,
  • Kunststoffscheiben (z.B. SiO x)
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Welche Voraussetzungen für chemische Reaktionen in CVD Prozessen gibt es?

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  • Verfügbarkeit flüchtiger Verbindungen (=Precursor) mit den Komponenten des Schichtwerkstoffs
  • Als flüchtige Verbindungen eignen sich insbesondere Fluoride, Chloride und Bromide, weil sie meistens bereits bei Raumtemperatur in gasförmiger oder flüssiger Form vorliegen
  • Thermodynamische Reaktionsbedingungen müssen eingehalten werden, daraus ergeben sich zum Teil sehr hohe Beschichtungstemperaturen
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Nennen Sie die ablaufenden Reaktionen im CVD Verfahren und erklären Sie eine von ihnen.

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- Pyrolyse: Hydride, Halogenide oder Carbonyle werden am beheizten Substrat zersetzt.
- Disproportionierung: Durch Temperaturabsenkung wird ein sich in Gleichgewicht befindliches Gas in eine Feststoffkomponente überführt (Pulversynthese).
- Chemosynthese: Halogenide werden durch reduzierende oder oxidierende Gase zur Reaktion gebracht
Beispiel: Oxidation SiH4(g) + O2 (g) -> SiO2 (s) + 2 H2(g)

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Welche Rolle spielen die Precursoren in der Reaktionschemie der CVD Prozesse?

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Precursoren sind die Ausgangssubstanzen in CVD Prozessen, deren Moleküle die Elemente der Schicht entweder teilweise oder vollständig beinhalten.

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die Arten der Precursoren , welche in CVD Prozesse angewendet werden können.

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  1. Gasförmig: direkt einsetzbar
  2. Flüssig oder Fest: Übergang in die Dampfphase durch Verdampfen, Vernebelung oder Aerosolherstellung
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Welches Problem kommt in der CVD Schichtbildung in einem Rohrreaktor vor und welche Lösungen gibt es dafür?

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Probleme:
- Verarmung des Gasgemisches an Reaktionsprodukten bei der transportlimitierten Abscheidunge
- Abnahme der Schichtdicke und Schichtrate in Richtung des Gasflusses

Lösungsansätze:
- Strömungsprofilgeber -> Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit
- Umkehr des Gasstromes
- Rotieren und Translationsbewegung der Substrate

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Welche sind die Teilschritte während einer CVD Reaktion?

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1. Transport der im Trägergas gelösten Reaktanden durch erzwungene Konvektion zur Abscheideregion
2. Transport der Reaktanden durch Diffusion aus der konvektiven Zone des Gasstromes durch die Grenzschicht zur Substratoberfläche
3. Adsorption der Reaktanden an der Substratoberfläche
4. Dissoziation der Moleküle, Oberflächendiffusion der Radikale, Einbau der Radikale in den Festkörperverband, Bildung der Reaktionsprodukte
5. Desorption der flüchtigen Reaktionsprodukte
6. Transport der Reaktionsprodukte durch Diffusion durch die Grenzschicht in die konvektive Zone des Gasstromes
7. Abtransport der Reaktionsprodukte durch erzwungene Konvektion aus der Abscheideregion

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Welche Formen der Energieeinbringung im CVD Verfahren gibt es?

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Thermisch: durch Heißwandreaktor (Hotwall), Substratheizung oder Hot Filament
Plasma: Durch Gleichstrom, Hochfrequenz, Mikrowelle oder Ionenstrahl
Photonen: durch UV-Licht oder Laser

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Erklären Sie die Funktionsweise des thermischen CVD Verfahrens

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TESTE DEIN WISSEN

Beim thermischen CVD wird die Energie für die chemische Reaktion durch eine
konventionelle Heizung (z. B. induktive Heizung) des Substrates auf Temperaturen
zwischen T = 200 °C und T = 2000 2000°C zugeführt. Die Reaktionen finden auf oder nahe der
Substratoberfläche statt.

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Nennen Sie drei Quellen der thermische Energie, die im thermisches CVD Verfahren angewendet werden können.

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  • HF Heizung
  • Infrarotstrahlung
  • Widerstandsheizung
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  • 316 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen Chemical Vapor Deposition Kurs an der RWTH Aachen - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Wie ist der CVD-Prozess definiert?

A:

CVD ist die chemische Abscheidung aus der Gasphase bzw. einem Plasma an einer Festkörperoberfläche

Q:

Erklären Sie die drei CVD
Hauptprozessphasen durch die folgende Reaktion:
TiCl4 + CH 4 --> TiC + 4 HCl

A:
  • In einen Reaktor werden gasförmige Edukte TiCl 4 und CH 4 eingeleitet
  • Gezielte Einstellung thermodynamischer Bedingungen führt zur Reaktion (Energiezufuhr)
  • Die Schicht entsteht durch chemische Reaktion
    der gasförmigen Ausgangsmaterialien an
    der Festkörperoberfläche
Q:

Nennen Sie vier wichtige Anwendungen der CVD
Technologie.

A:
  • Halbleiterschichten (z.B. Si, Ge ) für Mikroelektronik, 
  • Optoelektronik, Solarzellen
  • Stoffsynthese zur Werkstoffherstellung
  • Faser und Pulverbeschichtung in der Werkstoffherstellung
  • Kratzschutz transparenter Kunststoffbauteile: Linsen, 
  • Brillengläser,
  • Kunststoffscheiben (z.B. SiO x)
Q:

Welche Voraussetzungen für chemische Reaktionen in CVD Prozessen gibt es?

A:
  • Verfügbarkeit flüchtiger Verbindungen (=Precursor) mit den Komponenten des Schichtwerkstoffs
  • Als flüchtige Verbindungen eignen sich insbesondere Fluoride, Chloride und Bromide, weil sie meistens bereits bei Raumtemperatur in gasförmiger oder flüssiger Form vorliegen
  • Thermodynamische Reaktionsbedingungen müssen eingehalten werden, daraus ergeben sich zum Teil sehr hohe Beschichtungstemperaturen
Q:

Nennen Sie die ablaufenden Reaktionen im CVD Verfahren und erklären Sie eine von ihnen.

A:

- Pyrolyse: Hydride, Halogenide oder Carbonyle werden am beheizten Substrat zersetzt.
- Disproportionierung: Durch Temperaturabsenkung wird ein sich in Gleichgewicht befindliches Gas in eine Feststoffkomponente überführt (Pulversynthese).
- Chemosynthese: Halogenide werden durch reduzierende oder oxidierende Gase zur Reaktion gebracht
Beispiel: Oxidation SiH4(g) + O2 (g) -> SiO2 (s) + 2 H2(g)

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Q:

Welche Rolle spielen die Precursoren in der Reaktionschemie der CVD Prozesse?

A:

Precursoren sind die Ausgangssubstanzen in CVD Prozessen, deren Moleküle die Elemente der Schicht entweder teilweise oder vollständig beinhalten.

Q:

Nennen Sie die Arten der Precursoren , welche in CVD Prozesse angewendet werden können.

A:
  1. Gasförmig: direkt einsetzbar
  2. Flüssig oder Fest: Übergang in die Dampfphase durch Verdampfen, Vernebelung oder Aerosolherstellung
Q:

Welches Problem kommt in der CVD Schichtbildung in einem Rohrreaktor vor und welche Lösungen gibt es dafür?

A:

Probleme:
- Verarmung des Gasgemisches an Reaktionsprodukten bei der transportlimitierten Abscheidunge
- Abnahme der Schichtdicke und Schichtrate in Richtung des Gasflusses

Lösungsansätze:
- Strömungsprofilgeber -> Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit
- Umkehr des Gasstromes
- Rotieren und Translationsbewegung der Substrate

Q:

Welche sind die Teilschritte während einer CVD Reaktion?

A:

1. Transport der im Trägergas gelösten Reaktanden durch erzwungene Konvektion zur Abscheideregion
2. Transport der Reaktanden durch Diffusion aus der konvektiven Zone des Gasstromes durch die Grenzschicht zur Substratoberfläche
3. Adsorption der Reaktanden an der Substratoberfläche
4. Dissoziation der Moleküle, Oberflächendiffusion der Radikale, Einbau der Radikale in den Festkörperverband, Bildung der Reaktionsprodukte
5. Desorption der flüchtigen Reaktionsprodukte
6. Transport der Reaktionsprodukte durch Diffusion durch die Grenzschicht in die konvektive Zone des Gasstromes
7. Abtransport der Reaktionsprodukte durch erzwungene Konvektion aus der Abscheideregion

Q:

Welche Formen der Energieeinbringung im CVD Verfahren gibt es?

A:

Thermisch: durch Heißwandreaktor (Hotwall), Substratheizung oder Hot Filament
Plasma: Durch Gleichstrom, Hochfrequenz, Mikrowelle oder Ionenstrahl
Photonen: durch UV-Licht oder Laser

Q:

Erklären Sie die Funktionsweise des thermischen CVD Verfahrens

A:

Beim thermischen CVD wird die Energie für die chemische Reaktion durch eine
konventionelle Heizung (z. B. induktive Heizung) des Substrates auf Temperaturen
zwischen T = 200 °C und T = 2000 2000°C zugeführt. Die Reaktionen finden auf oder nahe der
Substratoberfläche statt.

Q:

Nennen Sie drei Quellen der thermische Energie, die im thermisches CVD Verfahren angewendet werden können.

A:
  • HF Heizung
  • Infrarotstrahlung
  • Widerstandsheizung
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