Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Иллюстрация процесса

Металлоорганическая парофазная эпитаксия ( MOVPE ), также известная как металлоорганическая парофазная эпитаксия ( OMVPE ) или химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ) [1], представляет собой метод химического осаждения из паровой фазы, используемый для получения моно- или поликристаллических тонких пленок. Это процесс выращивания кристаллических слоев для создания сложных полупроводниковых многослойных структур. [2] В отличие от молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ), рост кристаллов происходит за счет химической реакции, а не физического осаждения. Это происходит не в вакууме , а вгазовая фаза при умеренных давлениях (от 10 до 760  Торр ). По существу, этот метод является предпочтительным для создания устройств, включающих термодинамически метастабильные сплавы, [ цитата необходима ], и он стал основным процессом в производстве оптоэлектроники , такой как светоизлучающие диоды . Он был изобретен в 1968 году в Североамериканском авиационном (позже Rockwell International ) научном центре Гарольдом М. Манасевитом .

Основные принципы [ править ]

В MOCVD сверхчистые газы-прекурсоры вводятся в реактор, как правило, с инертным газом-носителем. Для полупроводника III-V можно использовать металлоорганическое соединение в качестве предшественника группы III и гидрид для предшественника группы V. Например, фосфид индия можно выращивать с предшественниками триметилиндия ((CH 3 ) 3 In) и фосфина (PH 3 ).

Когда прекурсоры приближаются к полупроводниковой пластине , они подвергаются пиролизу, и подвиды абсорбируются на поверхности полупроводниковой пластины. Поверхностная реакция подвида предшественника приводит к включению элементов в новый эпитаксиальный слой кристаллической решетки полупроводника. В режиме роста с ограниченным переносом массы, в котором обычно работают реакторы MOCVD, рост обусловлен пересыщением химических частиц в паровой фазе. [3] MOCVD может 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. [4] На диффузию атомов по поверхности подложки влияют атомные ступеньки на поверхности.

Давление паров металла органического источника группы III является важным параметром управления для роста MOCVD, так как она определяет скорость роста в массе-транспортно-ограниченный режиме. [5]

Компоненты реактора [ править ]

Аппарат MOCVD

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

Реактор - это камера, сделанная 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 , узлов впрыска газа и узлов контроля температуры. Обычно стенки реактора делают из нержавеющей стали или кварца. Керамическое или специальное стекло , такое как кварцевое, часто используется в качестве лайнера в камере реактора между стенкой реактора и токоприемником. Чтобы предотвратить перегрев, охлаждающая вода должна течь через каналы в стенках реактора. Подложка находится на чувствительном элементе, температура которого регулируется. Чувствительный элемент изготовлен из материала, устойчивого к используемым металлоорганическим соединениям; графитиногда используется. Для выращивания нитридов и родственных материалов необходимо специальное покрытие, обычно из нитрида кремния, на чувствительном элементе графита для предотвращения коррозии газообразным аммиаком (NH 3 ).

Одним из типов реакторов, используемых для проведения MOCVD, является реактор с холодными стенками. В реакторе с холодными стенками подложка поддерживается пьедесталом, который также действует как токоприемник. Пьедестал / приемник - это первичный источник тепловой энергии в реакционной камере. Нагревается только токоприемник, поэтому газы не вступают в реакцию до того, как достигнут горячей поверхности пластины. Постамент / приемник изготовлен из материала, поглощающего излучение, например углерода. Напротив, стенки реакционной камеры в реакторе с холодными стенками обычно изготавливаются из кварца, который в значительной степени прозрачен для электромагнитного излучения.. Стенки реакционной камеры в реакторе с холодными стенками, однако, могут косвенно нагреваться за счет тепла, излучаемого от горячего пьедестала / токоприемника, но будут оставаться холоднее, чем пьедестал / токоприемник и подложка, которую поддерживает пьедестал / токоприемник.

В CVD с горячими стенками вся камера нагревается. Это может быть необходимо для предварительного растрескивания некоторых газов, прежде чем они достигнут поверхности пластины, чтобы они могли прилипнуть к пластине.

Система впуска и переключения газа [ править ]

Газ вводится через устройства, известные как «барботеры». В барботере газ-носитель (обычно водород при росте арсенида и фосфида или азот для роста нитрида) барботируется через металлоорганическую жидкость , которая улавливает некоторое количество паров металлоорганических соединений и транспортирует их в реактор. Количество транспортируемого пара металлоорганических соединений зависит от скорости потока газа-носителя и температуры барботера и обычно регулируется автоматически и наиболее точно с помощью ультразвуковой системы контроля концентрации газа с обратной связью. Следует учитывать насыщенные пары .

Система поддержания давления [ править ]

Система отвода и очистки газов . Токсичные отходы необходимо преобразовывать в жидкие или твердые отходы для вторичной переработки (предпочтительно) или утилизации. В идеале процессы должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать образование отходов.

Металлоорганические прекурсоры [ править ]

  • Алюминий
    • Триметилалюминий (TMA или TMAl), жидкий
    • Триэтилалюминий (TEA или TEAl), жидкий
  • Галлий
    • Триметилгаллий (TMG или TMGa), жидкий
    • Триэтилгаллий (ТЭГ или ТЭГа) , жидкий
  • Индий
    • Триметилиндий (TMI или TMIn), твердый
    • Триэтилиндий (TEI или TEIn), жидкий
    • Диизопропилметилиндий (DIPMeIn) , жидкий
    • Этилдиметилиндий (EDMIn) , жидкий
  • Германий
    • Изобутилгерман (IBGe) , жидкость
    • Диметиламиногермания трихлорид (DiMAGeC), жидкий
    • Тетраметилгерман (TMGe) , жидкость
    • Тетраэтилгерманий (TEGe), жидкий
    • Germane GeH 4 , Газ
  • Азот
    • Фенилгидразин , жидкость
    • Диметилгидразин (DMHy), жидкость
    • Третичный бутиламин (TBAm), жидкость
    • Аммиак NH 3 , газ
  • Фосфор
    • Фосфин PH 3 , газ
    • Третичный бутилфосфин (ТБФ) , жидкость
    • Бисфосфиноэтан (BPE), жидкий
  • Мышьяк
    • Арсин AsH 3 , газ
    • Третичный бутиларсин (ТВА), жидкий
    • Моноэтиларсин (МЭА), жидкий
    • Триметиларсин (ТМА), жидкий
  • Сурьма
    • Триметил сурьма (TMSb), жидкость
    • Триэтилсурьма (TESb), жидкость
    • Триизопропиловая сурьма (TIPSb), жидкость
    • Стибин SbH 3 , газ
  • Кадмий
    • Диметил кадмий (DMCd) , жидкий
    • Диэтилкадмий (DECd), жидкий
    • Метил аллил кадмий (MACd), жидкий
  • Теллур
    • Диметил теллурид (DMTe), жидкий
    • Диэтилтеллурид (DETe), жидкий
    • Диизопропилтеллурид (DIPTe) , жидкий
  • Титана
    • Алкоксиды , такие как изопропоксид титана или этоксид титана
  • Селен
    • Диметилселенид (DMSe) , жидкий
    • Диэтилселенид (DESe), жидкий
    • Диизопропилселенид (DIPSe), жидкий
    • Ди-трет-бутилселенид (DTBSe), жидкий
  • Цинк
    • Диметилцинк (DMZ), жидкий
    • Диэтилцинк ( DEZ ), жидкий

Полупроводники, выращенные MOCVD [ править ]

Полупроводники III-V [ править ]

  • AlP
  • AlN
  • AlGaSb
  • AlGaAs
  • АлГаИнП
  • AlGaN
  • AlGaP
  • GaSb
  • GaAsP
  • GaAs
  • GaN
  • Зазор
  • InAlAs
  • InAlP
  • InSb
  • InGaSb
  • InGaN
  • GaInAlAs
  • ГАИНАЛЬНЫЙ
  • GaInAsN
  • GaInAsP
  • GaInAs
  • GaInP
  • Гостиница
  • InP
  • InAs
  • InAsSb
  • AlInN

Полупроводники II-VI [ править ]

  • ZnSe
  • HgCdTe
  • ZnO
  • ZnS
  • CdO

IV Semiconductors [ править ]

  • Si
  • Ge
  • Напряженный кремний

Полупроводники IV-V-VI [ править ]

  • GeSbTe

Окружающая среда, здоровье и безопасность [ править ]

Поскольку MOCVD стал хорошо зарекомендовавшей себя производственной технологией, в равной степени растут опасения, связанные с его влиянием на безопасность персонала и населения, воздействием на окружающую среду и максимальным количеством опасных материалов (таких как газы и металлоорганические соединения), допустимых при производстве устройств. Безопасность, а также ответственная забота об окружающей среде стали главными факторами первостепенной важности при выращивании кристаллов сложных полупроводников на основе MOCVD. По мере того, как применение этой техники в промышленности росло, ряд компаний также вырос и развились с годами, чтобы предоставить вспомогательное оборудование, необходимое для снижения риска. Это оборудование включает в себя, помимо прочего, автоматизированные компьютерные системы доставки газа и химикатов, датчики обнаружения токсичных газов и газов-носителей, которые могут обнаруживать однозначные количества газа в миллиардных долях,и, конечно же, оборудование для борьбы с выбросами для полного улавливания токсичных материалов, которые могут присутствовать при выращивании сплавов, содержащих мышьяк, таких как GaAs и InGaAsP.[6]

См. Также [ править ]

  • Осаждение атомного слоя
  • Очиститель водорода
  • Список полупроводниковых материалов
  • Металлоорганика
  • Молекулярно-лучевая эпитаксия
  • Тонкопленочное напыление

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эпитаксия MOCVD , Джонсон Матти, GPT.
  2. ^ Как работает MOCVD. Технология осаждения для начинающих, Aixtron, май 2011 г.
  3. ↑ Джеральд Б. Стрингфеллоу (2 декабря 2012 г.). Металлоорганическая эпитаксия из паровой фазы: теория и практика . Elsevier Science. С. 3–. ISBN 978-0-323-13917-5.
  4. ^ Основы и приложения MOCVD, Samsung Advanced Institute of Technology, 2004.
  5. ^ Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) . Архивировано 27 сентября 2010 года в Wayback Machine.
  6. ^ Примеры см. На сайтах Matheson Tri Gas, Honeywell, Applied Energy, DOD Systems.