✖


Jump to content

Металлоорганическая парофазная эпитаксия

Иллюстрация процесса

Металлоорганическая парофазная эпитаксия ( MOVPE ), также известная как металлоорганическая парофазная эпитаксия ( OMVPE ) или металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ), [1] — это метод химического осаждения из паровой фазы , используемый для получения тонких моно- или поликристаллических пленок. Это процесс выращивания кристаллических слоев для создания сложных полупроводниковых многослойных структур. [2] В отличие от молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), рост кристаллов осуществляется путем химической реакции, а не физического осаждения. Это происходит не в вакууме , а из газовой фазы при умеренных давлениях (от 10 до 760 Торр ). По существу, этот метод предпочтителен для создания устройств, включающих термодинамически метастабильные сплавы. [ нужна ссылка ] и это стало основным процессом в производстве оптоэлектроники , такой как светоизлучающие диоды , ее наиболее распространенном применении. [3] Впервые он был продемонстрирован в 1967 году в подразделении Autonetics North American Aviation (позже Rockwell International ) в Анахайме, Калифорния, Гарольдом М. Манасевитом .

Основные принципы

[ редактировать ]

При MOCVD сверхчистые газы-прекурсоры вводятся в реактор, обычно с нереакционноспособным газом-носителем. Для полупроводника III-V в качестве предшественника группы III можно использовать металлорганический элемент , а в качестве предшественника группы V - гидрид. Например, фосфид индия можно выращивать с использованием предшественников триметилиндия ((CH 3 ) 3 In) и фосфина (PH 3 ).

Когда предшественники приближаются к полупроводниковой пластине , они подвергаются пиролизу , и подвиды абсорбируются поверхностью полупроводниковой пластины. Поверхностная реакция подвида-предшественника приводит к включению элементов в новый эпитаксиальный слой кристаллической решетки полупроводника. В режиме роста с ограничением массопереноса, в котором обычно работают реакторы MOCVD, рост обусловлен перенасыщением химических веществ в паровой фазе. [4] MOCVD позволяет выращивать пленки, содержащие комбинации группы III и группы V , группы II и группы VI , группы IV .

Требуемая температура пиролиза увеличивается с увеличением прочности химической связи прекурсора. Чем больше атомов углерода присоединено к центральному атому металла, тем слабее связь. [5] На диффузию атомов по поверхности подложки влияют ступеньки атомов на поверхности.

Давление пара металлоорганического источника группы III является важным параметром управления MOCVD-ростом, поскольку оно определяет скорость роста в режиме, ограниченном массопереносом. [6]

Компоненты реактора

[ редактировать ]
Аппарат MOCVD

В методе химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD) газы-реагенты объединяются при повышенных температурах в реакторе, вызывая химическое взаимодействие, приводящее к осаждению материалов на подложке.

Реактор представляет собой камеру, изготовленную из материала, который не вступает в реакцию с используемыми химическими веществами. Он также должен выдерживать высокие температуры. Эта камера состоит из стенок реактора, футеровки, токоприемника , блоков впрыска газа и блоков контроля температуры. Обычно стенки реактора изготавливаются из нержавеющей стали или кварца. В качестве прокладки в камере реактора между стенкой реактора и токоприемником часто используют керамику или специальные стекла , например кварцевые. Чтобы предотвратить перегрев, охлаждающая вода должна течь по каналам внутри стенок реактора. Подложка располагается на токоприемнике , температура которого контролируется. Токоприемник изготавливается из материала, устойчивого к температуре и используемым металлорганическим соединениям, часто его изготавливают из графита . Для выращивания нитридов и родственных материалов необходимо специальное покрытие, обычно из нитрида кремния или карбида тантала , на графитовом токоприемнике для предотвращения коррозии под действием газообразного аммиака (NH 3 ).

Одним из типов реакторов, используемых для проведения MOCVD, является реактор с холодной стенкой. В реакторе с холодными стенками подложка поддерживается пьедесталом, который также действует как токоприемник. Пьедестал/токоприемник является основным источником тепловой энергии в реакционной камере. Нагревается только токоприемник, поэтому газы не вступают в реакцию до того, как достигнут горячей поверхности пластины. Подставка/токоприемник изготовлен из поглощающего излучение материала, такого как углерод. Напротив, стенки реакционной камеры в реакторе с холодными стенками обычно изготавливаются из кварца, который в значительной степени прозрачен для электромагнитного излучения . Однако стенки реакционной камеры в реакторе с холодными стенками могут быть косвенно нагреты за счет тепла, излучаемого от горячего пьедестала/токоприемника, но они будут оставаться холоднее, чем пьедестал/токоприемник и подложка, которую поддерживает пьедестал/токоприемник.

При CVD с горячими стенками вся камера нагревается. Это может быть необходимо для предварительного крекинга некоторых газов перед достижением поверхности пластины, чтобы они могли прилипнуть к пластине.

Система подвода и переключения газа

[ редактировать ]

Газ подается через устройства, известные как «барботеры». В барботере газ-носитель (обычно водород при росте арсенида и фосфида или азот при росте нитридов) барботируется через металлоорганическую жидкость , которая улавливает некоторое количество паров металлоорганических соединений и транспортирует их в реактор. Количество транспортируемых паров металлорганических соединений зависит от скорости потока газа-носителя и температуры барботера и обычно контролируется автоматически и наиболее точно с использованием ультразвуковой системы управления газом с обратной связью для измерения концентрации. Необходимо учитывать насыщенные пары .

Система поддержания давления

[ редактировать ]

Система удаления и очистки газов . Токсичные отходы должны быть преобразованы в жидкие или твердые отходы для переработки (предпочтительно) или утилизации. В идеале процессы должны быть разработаны так, чтобы свести к минимуму производство отходов.

Металлоорганические прекурсоры

[ редактировать ]

Полупроводники, выращенные методом MOCVD

[ редактировать ]

Полупроводники III-V

[ редактировать ]

Полупроводники II-VI

[ редактировать ]

IV Полупроводники

[ редактировать ]

Полупроводники IV-V-VI

[ редактировать ]

Окружающая среда, здоровье и безопасность

[ редактировать ]

Поскольку MOCVD стал хорошо зарекомендовавшей себя технологией производства, в равной степени растет обеспокоенность, связанная с ее влиянием на безопасность персонала и населения, воздействие на окружающую среду и максимальное количество опасных материалов (таких как газы и металлорганические соединения), допустимых при производстве устройств. Безопасность, а также ответственная забота об окружающей среде стали основными факторами первостепенной важности при выращивании кристаллов сложных полупроводников на основе MOCVD. По мере того как применение этого метода в промышленности расширялось, ряд компаний также росли и развивались с годами, предоставляя вспомогательное оборудование, необходимое для снижения риска. Это оборудование включает в себя, помимо прочего, компьютерные автоматизированные системы подачи газа и химикатов, датчики обнаружения токсичных газов и газов-носителей, которые могут обнаруживать однозначные количества газа в миллиардах, и, конечно же, оборудование для снижения выбросов для полного улавливания токсичных материалов, которые могут присутствовать в росте газов. мышьяксодержащие сплавы, такие как GaAs и InGaAsP. [7]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Эпитаксия MOCVD , Джонсон Матти, GPT.
  2. ^ Как работает MOCVD. Технология осаждения для начинающих, Aixtron, май 2011 г.
  3. ^ Касап, Сафа; Кэппер, Питер (август 2007 г.). Справочник Springer по электронным и фотонным материалам . Спрингер. ISBN  978-0-387-29185-7 .
  4. ^ Джеральд Б. Стрингфеллоу (2 декабря 2012 г.). Металлоорганическая парофазная эпитаксия: теория и практика . Эльзевир Наука. стр. 3–. ISBN  978-0-323-13917-5 .
  5. ^ Основы и приложения MOCVD, Samsung , 2004. Передовой технологический институт
  6. ^ Химическое осаждение из паровой фазы металлорганических соединений (MOCVD) . Архивировано 27 сентября 2010 г. в Wayback Machine.
  7. ^ Примеры см. на веб-сайтах Matheson Tri Gas, Honeywell, Applied Energy, DOD Systems.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Metalorganic_vapour-phase_epitaxy&oldid=1209717060"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d1dc575826e36647b0d881b31d4633af__1708661340
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d1/af/d1dc575826e36647b0d881b31d4633af.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Metalorganic vapour-phase epitaxy - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)