Металорганическая варфазная эпитаксия

Металорганическая варфазная эпитаксия ( MOVPE ), также известная как органометаллическая варфазная эпитаксия ( OMVPE ) или химическое химическое осаждение пара ( MOCVD ), ^{[ 1 ]} является методом осаждения химического пара , используемого для производства одно- или поликристаллических тонких пленок. Это процесс растущего кристаллических слоев для создания сложных многослойных структур полупроводников. ^{[ 2 ]} В отличие от эпитаксии молекулярного луча (MBE), рост кристаллов связан с химической реакцией, а не физическим осаждением. Это происходит не в вакууме , а из газовой фазы при умеренных давлениях (от 10 до 760 Торр ). Таким образом, этот метод является предпочтительным для формирования устройств, включающих термодинамически метастабильные сплавы, ^{[ Цитация необходима ]} и он стал основным процессом в производстве оптоэлектроники , такой как светодиоды , его наиболее распространенное применение. ^{[ 3 ]} Впервые он был продемонстрирован в 1967 году в североамериканской авиационной (поздней международной ) Отделе автонетики в Анахайме Калифорния Гарольдом М. Манасевитом .

Основные принципы

В MoCVD-предшественниках моквда вводится в реактор, обычно с помощью газа нереактивного носителя. Для полупроводника III-V мета-металторгарика может использоваться в качестве предшественника группы III и гидрида для предшественника группы V. Например, фосфид индия может быть выращен с предшественниками триметилиндия ((CH ₃ ) ₃ дюйма) и фосфином (рН ₃ ).

По мере того, как предшественники приближаются к полупроводниковой пластине , они подвергаются пиролизу , а подвиды поглощают на поверхности полупроводниковой пластины. Поверхностная реакция подвида -предшественника приводит к включению элементов в новый эпитаксиальный слой полупроводниковой кристаллической решетки. В режиме роста, ограниченного массовым транспортом, в котором обычно работают реакторы MOCVD, рост обусловлен перенасыщением химических видов в фазе пара. ^{[ 4 ]} MOCVD может выращивать пленки, содержащие комбинации группы III и группы V , группы II и группы VI , группа IV .

Требуемая температура пиролиза увеличивается с увеличением прочности химической связи предшественника. Чем больше атомов углерода прикрепляются к центральному металлу, тем слабее связь. ^{[ 5 ]} Диффузия атомов на поверхности субстрата влияет атомные ступени на поверхности.

Давление пара органического источника металла группы III является важным контрольным параметром для роста MOCVD, поскольку он определяет скорость роста в режиме с ограниченным массовым транспортом. ^{[ 6 ]}

Компоненты реактора

В методе металлического органического химического осаждения пара (MOCVD) реагентные газы комбинируются при повышенных температурах в реакторе, чтобы вызвать химическое взаимодействие, что приводит к осаждению материалов на субстрате.

Реактор - это камера, изготовленная из материала, которая не реагирует с используемыми химическими веществами. Это также должно выдерживать высокие температуры. Эта камера состоит из стен реактора, лайнера, ущерба для инъекций газа и единиц контроля температуры. Обычно стены реактора изготавливаются из нержавеющей стали или кварца. Керамические или специальные очки , такие как кварц, часто используются в качестве лайнера в камере реактора между стенкой реактора и чувствительностью. Чтобы предотвратить перегрев, охлаждающая вода должна протекать через каналы в стенках реактора. Субстрат сидит на восприимчике , который находится при контролируемой температуре. Призрачик изготовлен из материала, устойчивого к температуре и используемым металлоорганическим соединениям, часто он обрабатывается из графита . Для выращивания нитридов и родственных материалов, специальное покрытие, обычно из нитрида кремния или карбида тантала , на графитовом восприимчике необходимо для предотвращения коррозии с помощью газа аммиака (NH ₃ ).

Одним из типов реактора, используемого для выполнения MOCVD, является реактор холодной стены. В реакторе холодной стены субстрат поддерживается пьедесталом, который также действует как ущерб. Пьедестал/восприятие является основным происхождением тепловой энергии в реакционной камере. Только уплотнитель нагревается, поэтому газы не реагируют, прежде чем они достигнут поверхности горячей пластины. Пьедестал/восприятие изготовлен из излучения, поглощающего материал, такого как углерод. Напротив, стенки реакционной камеры в реакторе холодной стены, как правило, изготовлены из кварца, который в значительной степени прозрачен для электромагнитного излучения . Однако стенки реакционной камеры в реакторе холодной стены могут быть косвенно нагреты путем теплового излучения от горячего постамента/восприимчика, но останутся прохладнее, чем пьедестал/восприим и подложку, опоры пьедестала/восприятия.

В горячих стенках вся камера нагревается. Это может быть необходимо, чтобы некоторые газы были предварительно раздроблены, прежде чем достичь поверхности пластины, чтобы они придерживались пластины.

Газовая впускная и система переключения

Газ вводится через устройства, известные как «Bubblers». У баблера газ -носитель (обычно водород при росте арсенида и фосфида или азота для роста нитридов) пузырится через металлокорганическую жидкость , которая поднимает некоторые металлокорганические пары и транспортирует его в реактор. Количество транспортируемого металлического паров зависит от скорости потока газа носителя и температуры баблера и обычно контролируется автоматически и наиболее точно с использованием системы управления газом обратной связи, измеряющей ультразвуковую концентрацию. Пособие должно быть сделано для насыщенных паров .

Система обслуживания давления

Газовая выхлопная система и система очистки . Токсичные отходы должны быть преобразованы в жидкие или твердые отходы для переработки (предпочтительно) или утилизации. В идеале процессы будут разработаны, чтобы минимизировать производство отходов.

Органометаллические предшественники

Алюминий
- Триметилалуминий (TMA или TMAL), жидкость
- Триэтилалимуминий (чай или чирок), жидкость
Галлия
- Trimethylgallium (TMG или TMGA), жидкость
- Triethylgallium (Teg или Tega) , жидкость
Индий
- Trimethylindium (TMI или TMIN), твердый
- Триэтилиндий (TEI или Tein), жидкость
- Диизопропилметилиндия (dipmein) , жидкость
- Etyldimethylindium (edmin) , жидкость
Германия
- Isobutylgermane (ibge) , жидкость
- Диметиламино Германия Трихлорид (DIMAGEC), жидкость
- Тетраметилгерман (TMGE) , жидкость
- Тетраэтилгермания (покрытие) жидкость
- Управление Geh ₄ , газ
Азот
- Фенилгидразин , жидкость
- Диметилгидразин (DMHY), жидкость
- Третичный бутиламин (TBAM), жидкость
- Аммиак NH ₃ , газ
Фосфор
- Phosphine ph ₃ , газ
- Третичный бутилфосфин (TBP) , жидкость
- Бисфосфиноэтан (BPE), жидкость
Мышьяк
- Arsine Ash ₃ , газ
- Третичный бутил -арсин (TBAS), жидкость
- Моноэтилорзин (измерение), жидкость
- Триметиловый арсин (TMA), жидкость
Сурьма
- Триметиловая сурьма (TMSB), жидкость
- Триэтиловая сурьма (TESB), жидкость
- Триозопропиловая сурьма (tipsB), жидкость
- Stibine SBH ₃ , газ
Кадмий
- Диметилдмий (DMCD) , жидкость
- Диэтиловый кадмий (DECD), жидкость
- Метиловый аллил кадмий (MACD), жидкость
Теллур
- Диметилэллурид (DMTE), жидкость
- Диэтил теллурид (DETE), жидкость
- Ди-изопропильная рубашка (ДПП) , жидкость
Титан
- Алкоксиды , такие как изопропоксид титана или титановыймоксид титана
Селен
- Диметил селенид (DMSE) , жидкость
- Диэтил Селенид (DESE), жидкость
- Of-изопропилового селенида (видео), жидкость
- Ди -тер-бутил селенид (DTBSE), жидкость
Цинк
- Диметилцинк (DMZ), жидкость
- Диэтилцинк (DEZ), жидкость

Полупроводники, выращенные Mocvd

III-V полупроводники

II-VI полупроводники

IV полупроводники

IV-V-V-VI полупроводники

Гесбт

Окружающая среда, здоровье и безопасность

Поскольку MOCVD стал устоявшейся технологией производства, существуют одинаково растущую обеспокоенность, связанные с его развитием в отношении персонала и безопасности, воздействия на окружающую среду и максимальное количество опасных материалов (таких как газы и металторганики), допустимые в операциях по изготовлению устройств. Безопасность, а также ответственная экологическая помощь стали основными факторами, имеющими первостепенное значение в росте кристаллов на основе MOCVD соединенных полупроводников. По мере роста применения этой техники в промышленности ряд компаний также выросли и развивались на протяжении многих лет, чтобы обеспечить вспомогательное оборудование, необходимое для снижения риска. Это оборудование включает, но не ограничивается компьютерным автоматическим газом и химическими системами доставки, токсичными датчиками газа и газом -носителями, которые могут обнаружить однозначные количества PPB газа и, конечно, оборудование для выбросов для полного захвата токсичных материалов, которые могут присутствовать при росте мышьяк, содержащий сплавы, такие как GaAs и IngaAsp. ^{[ 7 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Mocvd Epitaxy , Джонсон Мэти, Gpt.
^ Как работает MOCVD. Технология осаждения для начинающих, Aixtron, май 2011 года.
^ Касап, Сафа; Каппер, Питер (август 2007 г.). Справочник Springer Electronic и Photonic Materials . Спрингер. ISBN 978-0-387-29185-7 .
^ Джеральд Б. Стрингфелло (2 декабря 2012 г.). Органометаллическая парафазная эпитаксия: теория и практика . Elsevier Science. С. 3–. ISBN 978-0-323-13917-5 .
^ MOCVD Основы и приложения, Samsung Advanced institute технологического института, 2004.
^ Металлоторганическое химическое осаждение пара (MOCVD) . Архивировано 27 сентября 2010 года на машине Wayback
^ Для примеров см. Веб -сайты Matheson Tri Gas, Honeywell, Applied Energy, DOD Systems

[1] Mocvd Epitaxy , Джонсон Мэти, Gpt.

[2] Как работает MOCVD. Технология осаждения для начинающих, Aixtron, май 2011 года.

[3] Касап, Сафа; Каппер, Питер (август 2007 г.). Справочник Springer Electronic и Photonic Materials . Спрингер. ISBN 978-0-387-29185-7 .

[Stringfellow2012-4] Джеральд Б. Стрингфелло (2 декабря 2012 г.). Органометаллическая парафазная эпитаксия: теория и практика . Elsevier Science. С. 3–. ISBN 978-0-323-13917-5 .

[5] MOCVD Основы и приложения, Samsung Advanced institute технологического института, 2004.

[6] Металлоторганическое химическое осаждение пара (MOCVD) . Архивировано 27 сентября 2010 года на машине Wayback

[7] Для примеров см. Веб -сайты Matheson Tri Gas, Honeywell, Applied Energy, DOD Systems

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]