気相めっき（CVD）

気相めっき法（CVD）

1年ほど前に、「真空めっき(PVD・CVD)の概要と利点・欠点」について、書いたことがありますが、今回は、気相めっき法、“Chemical Vapor Deposition” 略して、CVDについて書いていきます。

この方法は、下図にあるように揮発性の金属、または非金属の化合物塩（ハロゲン化物）をめっき試薬として、これを気化したベーパーを高温に保たれている被めっき素材の周囲に水素、窒素、アルゴンなどのキャリヤーガスを用いて導き、素材の表面における低温の気相と高温の固相との接触に夜高温化学反応によって素材表面にめっき物質を析出させる乾式めっき（ドライシステム）のめっき方法です。

この気相と固相との温度勾配は、かなり高いものであるため、その析出機構は非常に複雑なものとなります。析出に関する理論的解明は、現在も明らかになっていませんが、最終的には一般に次のような３パターンの高温反応によってめっきが行われます。

ここに、MXはCVD試薬、Ca、Cb、はキャリアーガス、Ccは触媒作用を行う素地金属、または添加剤などの第３物質になります。

CVDによって得られるめっきの種類は極めて多様で、約38種類の金属や非金属の元素およびそれらの合金のめっきが可能です。この中には、通常のめっき手法では困難なチタン・シリコン・タングステン・モリブデン・タンタル・ニオブ・ボロン・シリコン・カーボン・Ti-Mo・Ti-Ta・Cr-Al、などが含まれます。

さらに用いるキャリアーガスの種類や第３物質の添加によって、これらの金属や半金属の炭化物、窒化物、ほう化物、けい化物、酸化物など無数の超硬、超高融点、機能性の皮膜を得ることができます。

下記に代表例を記載しておきます。

族		元素	炭化物	窒化物	酸化物	ほう化物	けい化物	りん化物	ひ化物
Ⅲ	a	B	B₄C	BN				BP
	a	Al		AlN	Al₂O₃			AlP	AlAs
	a	Ga		GaN	Ga₂O			GaP
Ⅳ	a	C
	a	Si	SiC	Si₃N₄	SiO₂
	b	Ti	TiC	TiN	TiO₂	TiB₂	TiSi₂	TiP
	b	Zr	ZrC	ZrN	ZrO₂	ZrB₂	ZrSi₂	ZrP
	a	Sn			SnO₂
	b	Hf	HfC		HfO₂	HfB₂
Ⅴ	b	V	VC	VN
	b	Nb	NbC	NbN	Nb₂O₅	NbB₂	NbSi₂	NbP
	b	Ta	TaC	TaN	Ta₂O₅
Ⅵ	b	Cr			Cr₂O₃
	b	Mo	Mo₂C			MoB₂	MoSi₂
	b	W	WC			WB₂	WSi₂
Ⅶ	b	Fe			Fe₂O₃	Fe₂B	Fe₂Si