一般高純鈦是指純度在4 N 以上的鈦[1]。作為鈦系列產(chǎn)品中的一員，高純鈦以其優(yōu)異的性能，主要應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路和真空設(shè)備的靶材中。在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，高純鈦以鈦硅化合物、氮化鈦化合物、鎢鈦化合物等形式用于電極、擴(kuò)散阻擋、配線等材料中，然而高純鈦中的雜質(zhì)元素（例如：鐵、鎳、鈉、鉀等）超過一定含量會引起產(chǎn)品漏電流增大、性能下降等[2,3]。隨著半導(dǎo)體電路集成度的不斷提高，對高純鈦中所含雜質(zhì)的含量要求越來越低。國外對有關(guān)高純鈦的研究較多[4]，然而我國國內(nèi)則相對很少。因而進(jìn)行高純鈦方面的研究，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

　　CVD 高純鈦就是以化學(xué)氣相沉積的方法來制備高純鈦。利用鹵素單質(zhì)與粗鈦在低溫條件下經(jīng)化合反應(yīng)，生成氣態(tài)鹵化鈦，通過傳質(zhì)過程，氣態(tài)鹵化鈦擴(kuò)散到沉積基體附近；在高溫條件下，氣態(tài)鹵化鈦在沉積基體表面分解為鈦和鹵素單質(zhì)，鈦在基體上結(jié)晶析出，最后得到鈦晶體。晶體主要是由結(jié)晶作用形成。結(jié)晶是晶體在液體、氣體等中從無到有（晶核形成）、由小變大（晶核長大） 的過程，結(jié)晶作用的方式主要有三類：（1氣—固結(jié)晶（2）液—固結(jié)晶（3）固—固結(jié)晶。氣—固結(jié)晶則是氣態(tài)物直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的晶體[5,6]。

　　本文依據(jù)經(jīng)典的成核理論，對高純鈦的結(jié)晶成核過程進(jìn)行熱力學(xué)和動力學(xué)分析；根據(jù)所得到的熱力學(xué)和動力學(xué)理論，對影響高純鈦結(jié)晶成核的主要因素進(jìn)行分析；并討論了影響鈦沉積速率的原因。

4、結(jié)論

　�。�1）對鈦的結(jié)晶成核過程，進(jìn)行熱力學(xué)和動力學(xué)分析，得到鈦結(jié)晶成核的熱力學(xué)和動力學(xué)方程。從相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程分析可知，影響鈦結(jié)晶成核的因素主要是沉積區(qū)溫度和產(chǎn)物過飽和度。

　�。�2）產(chǎn)物過飽和度和沉積區(qū)溫度對成核自由能影響比較顯著。隨著產(chǎn)物過飽和度和沉積區(qū)溫度增加，成核自由能減小，即越有利于結(jié)晶成核。

　�。�3）鈦的沉積速率隨低價碘化物蒸汽壓的升高而升高，因而蒸汽壓是影響鈦的提純效果的重要因素， 實驗過程中TiI2 的蒸氣壓應(yīng)控制在60.8~101.3 Pa。

　�。�4）分解區(qū)溫度和鹵化區(qū)溫度對鈦的沉積速率均有較大影響，其中在鹵化區(qū)不只生成了鹵化物，鹵化區(qū)溫度還同沉積區(qū)溫度一起影響碘化物的轉(zhuǎn)移速率，從而影響鈦的沉積速率。

　　（5）反應(yīng)過程中，高價鹵化物的生成是消耗鹵素、影響鹵素使用效率的因素之一。高價鹵化物的生成會影響低價碘化物的生成與轉(zhuǎn)移，最終影響鈦的沉積速率。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 石應(yīng)江.高純鈦的生產(chǎn)與應(yīng)用[J]. 上海金屬（有色分冊）,1993,14（6）:26- 33.
　　[2] 吳全興. 高純鈦的制取[J]. 加工技術(shù)，1996（05）：14- 16.
　　[3] 李哲，郭讓民.高純鈦的制備及其發(fā)展方向[J].鈦業(yè)進(jìn)展，1997（03）.

　　【作者】 梁佰戰(zhàn)； 李武斌； 曾英； 王舟；

　　【Author】 LIANG Bai-zhan,LI Wu-bin,ZENG Ying,WANG Zhou(College of Materials and Metallurgy,Guizhou University,Guiyang 550003,China)

　　【機(jī)構(gòu)】 貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院；

　　【摘要】 采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備高純鈦。以經(jīng)典的成核理論為依據(jù),對鈦在沉積基體上的成核過程進(jìn)行熱力學(xué)和動力學(xué)分析,計算出成核過程吉布斯自由能ΔGmax、成核速率v和臨界晶核直徑D0的數(shù)學(xué)方程;并且考察了影響鈦沉積速率的因素,結(jié)果表明:鹵化區(qū)的溫度、分解區(qū)的溫度、低價碘化物和高價碘化物的蒸汽壓都對鈦的沉積速率有一定的影響,其中兩區(qū)的溫度對鈦的沉積速率影響較大。

　　【Abstract】 High-purity titanium was prepared via CVD(chemical vapor deposition) process.Based on the classical nucleation theory,the nucleation process of the titanium deposited on substrate was investigated thermodynamically and kinetically.Some relevant equations were thus derived,ie.,the Gibbs free energy(ΔGmax),nucleation rate(v) and critical crystal nucleus diameter(D0),and the influencing factors on the deposition rate of the titanium were discussed.The results showed that the halogenated area temperature,decomposed area temperature and the vapor pressures of low-valent iodide and high-valent iodide all have influence on the deposition rate of high-purity titanium,especially the temperature in halogenated and decomposited areas.

　　【關(guān)鍵詞】 CVD； 高純鈦； 成核； 熱力學(xué)； 動力學(xué)；

　　【Key words】 CVD； high-purity titanium； nucleation； thermodynamics； kinetics；