Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist ein in der Materialwissenschaft weit verbreitetes Verfahren zur Synthese von dünnen Schichten und Nanomaterialien. Dabei werden gasförmige Ausgangsstoffe unter kontrollierten Bedingungen, in der Regel bei erhöhten Temperaturen in einer Vakuumkammer, auf einem Substrat chemisch umgesetzt. Diese Technik ist besonders effektiv für die Herstellung von 2D-Materialien und findet Anwendung in der Halbleiterherstellung, einschließlich der Herstellung der CMOS-Technologie (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).
Details zum Verfahren:
Beim CVD-Verfahren werden die Vorläufermaterialien in Dampfform in eine Reaktionskammer eingeleitet, wo sie auf dem Substrat reagieren oder sich zersetzen. Diese Reaktion wird durch Wärme begünstigt, die direkt oder indirekt über die Kammerwände auf das Substrat einwirken kann. Die Auswahl der Vorläufergase und die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Gasdurchsatz) sind entscheidend für die Eigenschaften des abgeschiedenen Materials.Varianten der CVD:
Es gibt mehrere CVD-Varianten, die jeweils auf bestimmte Anforderungen oder Materialien zugeschnitten sind. Die Niederdruck-CVD (LPCVD) beispielsweise arbeitet mit geringeren Drücken, was die Gleichmäßigkeit der Schichtabscheidung verbessert. Bei der plasmagestützten CVD (PECVD) wird ein Plasma zur Aktivierung der Vorläufergase verwendet, was niedrigere Abscheidungstemperaturen ermöglicht. Weitere Varianten sind die CVD bei Atmosphärendruck, die Heißwand-CVD, die Kaltwand-CVD, die photounterstützte CVD und die laserunterstützte CVD, die jeweils einzigartige Vorteile für unterschiedliche Anwendungen bieten.
Anwendungen bei Nanomaterialien:
CVD wird in großem Umfang für die Synthese von Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis wie Fullerene, Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), Kohlenstoff-Nanofasern (CNF) und Graphen eingesetzt. Diese Materialien sind in verschiedenen Bereichen wie Elektronik, Energiespeicherung und Verbundwerkstoffen von entscheidender Bedeutung. Graphen zum Beispiel, ein durch CVD hergestelltes 2D-Material, wird wegen seiner außergewöhnlichen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, mechanischen Festigkeit und Transparenz geschätzt.Herausforderungen und Entwicklungen:
CVD ist zwar eine leistungsstarke Technik, aber sie kann kostspielig sein, insbesondere für kleine Forschungsgruppen und Start-ups. Aus diesem Grund wurden Open-Source-Designs für CVD-Systeme entwickelt, die die Technologie leichter zugänglich machen. Darüber hinaus sind die thermischen Beschränkungen der CVD, wie hohe Energiekosten und Schwierigkeiten bei der Abscheidung von Materialien auf Polymere mit niedrigem Schmelzpunkt, Bereiche, die Gegenstand laufender Forschung und Entwicklung sind.
