CGD丨武汉理工大学孙在春团队联合山东晶升电子乔晓杰团队:面向下一代薄膜器件制造的雾化化学气相沉积技术,展现广阔应用前景
- 2026-10-08 20:37:51
由武汉理工大学孙在春副教授联合山东晶升电子科技有限公司乔晓杰总经理的研究团队在学术期刊 Crystal Growth & Design 发布了一篇名为 Mist Chemical Vapor Deposition: A Novel Solution-Based Film Deposition Technique（雾化化学气相沉积：一种新型液相薄膜沉积技术）的文章。
背 景
雾化化学气相沉积（Mist CVD）作为一种在大气压环境下运行的非真空薄膜生长技术，巧妙地结合了溶液处理的低成本、工艺简便性与气相沉积的高薄膜质量，通过气溶胶载运与莱顿弗罗斯特效应实现前驱体的高效转化。在当前高性能功率电子、柔性光电及低碳制造需求的驱动下，它有效解决了传统 CVD 设备成本昂贵、工艺复杂及对热敏感基底不友好等挑战，为实现大面积、低能耗的高质量氧化物及复合半导体薄膜生产提供了一种极具竞争力的工业化方案。
主要内容
雾化化学气相沉积（Mist CVD）作为一种极具前景的液相薄膜沉积技术，具有低能耗、成本效益高和可扩展性等优点，非常适合工业规模生产。本综述系统概述了Mist CVD 的沉积机理和实际应用，其中雾化的前驱体溶液被输送到加热基底上，从而实现高质量功能薄膜的可控生长。最新进展凸显了其在沉积从简单二元化合物到混合阴离子化合物薄膜方面的多样性。这种适应性使Mist CVD 能够与多种材料体系（如金属氧化物、硫属化物和有机 - 无机杂化材料）兼容，从而适用于广泛的应用领域。本文讨论了前驱体溶液优化、液滴尺寸控制和均匀性增强等关键挑战，以及提高薄膜结晶度和界面性能的策略。此外，本文还探讨了未来的发展方向，包括Mist CVD/等离子体辅助工艺的混合技术及其在钙钛矿光伏和固态电池等新兴领域提升器件性能的潜力。通过综合最新的突破和机理见解，本文强调了Mist CVD 作为下一代薄膜器件的有前景的技术，有望弥合实验室创新与工业规模制造之间的鸿沟。
创新点
·文章阐述了 Mist CVD 独特的物理化学过程，即液滴通过载气运输，在加热基底表面利用“莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost effect）”实现快速迁移与均匀成膜，使其在分类上被归为气相沉积。
·不仅能沉积简单的二元氧化物（如ZnO, Ga2O3），还能合成复杂的混合阴离子化合物（如铋系氧卤化物、硫卤化物）以及无机-有机杂化钙钛矿材料。
·通过“燃烧辅助”策略，实现了在极低温度（如 100 ℃）下沉积高质量硫化铋（Bi2S3）薄膜。
·通过 FLOSFIA 和 Nikon 等公司的案例，证明了 Mist CVD 在宽禁带半导体薄膜材料制备、高功率器件和显示面板等领域的商业可行性与规模化生产潜力。
·该技术采用非真空、常压操作，不仅降低了能耗和设备维护成本，还具有极高的前驱体利用率，符合绿色制造趋势。
结 论
雾化化学气相沉积（mist CVD）作为一种极具竞争力的薄膜沉积技术日益崭露头角，其凭借一系列固有优势在研究和工业应用中极具吸引力。Mist CVD 在常压和相对较低的温度下运行，确保了与各种基材的广泛兼容性。得益于前驱体选择的灵活性，Mist CVD 能够实现化学成分的多样化，如掺杂和合成复杂化合物。该技术凭借简单且可扩展的装置，擅长生产大面积、均匀且高质量的薄膜，通过高效利用前驱体和减少化学废物，符合绿色制造原则。这些优势超越了其他非真空或基于溶液的沉积方法，后者通常在薄膜质量上有所欠缺。此外，Mist CVD 的优势还弥补了真空沉积方法的缺点，后者大多成本高昂、复杂且需要高能耗操作。综上所述，Mist CVD 在薄膜制造行业具备较高的应用前景。
项目支持
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：52402200 和 52272161）以及 Universitas Airlangga 2024年 Universitas Airlangga IRC Top #100 项目（编号：389/UN3.LPPM/ PT.01.03/2024）的支持。
图1. 雾化化学气相沉积装置的示意图。
图2. 莱顿弗罗斯特效应驱动的雾滴行为示意图。（a）雾滴在基底表面上的反应过程。（b）雾滴速度对雾滴在基底表面迁移的影响。
图3. 雾气化学气相沉积（CVD）装置示意图；热壁式、精细通道式和线性源式。
图4. 基板支架倾斜角度为 22.5°、45° 和 67.5° 时，基板周围雾流的模拟温度（左图）和速度剖面（右图）。箭头表示滞止区。
图5. 不同高度下流道横截面模拟的热分布图。
图6. 采用雾化化学气相沉积制备的功能薄膜。
图7. (a) 燃烧辅助沉积技术与传统沉积技术制备 Bi2S3 薄膜的比较。(b) Bi(NO3)3 和硫脲的混合物热分析。(c) Bi2S3 薄膜的表面光学图像（左图）、扫描电子显微镜（SEM）图像（中图）和横截面 SEM 图像（右图）。右图中的插图显示了 Bi2S3 薄膜的照片。
图8. 通过雾态化学气相沉积（CVD）制备（a）卤氧化铋和（b）铋系硫卤化物薄膜。
DOI：
doi.org/10.1021/acs.cgd.6c00183
文章由武汉理工大学孙在春副教授供稿。
滑动阅览全文
关于亚洲氧化镓联盟
｜AGOA
联盟成立于2022年7月，由亚洲多家顶尖高校、科研机构及产业单位联合发起，现已汇聚70余家成员单位，覆盖氧化镓产业链上下游，构建协同创新网络，致力于打造氧化镓领域的专业交流平台，持续推动氧化镓产业生态体系建设。
联盟秉持“专注行业、专业态度、专心做事”理念，提供包括最新行业资讯分享、线上及线下会议交流、制定行业标准、搭建人才库平台、企业产品展示与资源对接、媒体资源拓展、白皮书及行业报告编撰、金融及法律服务等在内的全方位服务。联盟旨在推动产学研深度融合，加速氧化镓技术从实验室走向市场，推动产业化及应用落地。
