MOCVD
Acest articol sau secțiune pe tema chimiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Epitaxia în fază de vapori metal-organică ( MOVPE ), cunoscută și sub numele de epitaxi în fază de vapori de tip organometalic ( OMVPE ) sau depunerea chimică a vaporilor metal-organici ( MOCVD ), este o metodă de depunere chimică a vaporilor utilizată pentru a produce pelicule subțiri simple sau policristaline. Este un proces extrem de complex pentru creșterea straturilor cristaline pentru a crea structuri semiconductoare multistrat complexe. Spre deosebire de epitaxia cu fascicul molecular ( MBE ), creșterea cristalelor are loc prin reacție chimică și nu prin depunere fizică. Acest lucru nu se întâmplă în vid, ci din faza gazoasă la presiuni moderate (10 până la 760 Torr). Ca atare, această tehnică este preferată pentru formarea dispozitivelor care încorporează aliaje termodinamic metastabile și a devenit un proces important în fabricarea optoelectronicii. A fost inventat în 1968 la North Science Aviation Center (mai târziu Rockwell International ) de Harold M. Manasevit .
Principii de baza
În MOCVD , gazele ultrapure sunt injectate într-un reactor și măsurate fin pentru a depune un strat foarte subțire de atomi pe o placă semiconductoare . Reacția de suprafață a compușilor organici sau metalorganici și a hidrurilor care conțin elementele chimice necesare creează condiții pentru creșterea cristalină - epitaxie a materialelor și a semiconductorilor compuși . Spre deosebire de semiconductorii tradiționali din siliciu , acești semiconductori pot conține combinații de elemente din grupa III și grupa V , grupa II și grupa VI , grupa IV sau grupa IV, V și VI.
De exemplu, indiu fosfură pot fi cultivate într - un reactor pe un substrat încălzit prin introducerea trimethylindium ((CH3) 3 In) și fosfină (PH 3) într - o primă etapă. Moleculele precursoare organice încălzite se descompun în absența oxigenului ( piroliză ). A doua piroliză lasă atomii pe suprafața substratului. Atomii se leagă de suprafața substratului și în ultima etapă se dezvoltă un nou strat cristalin. Formarea acestui strat epitaxial are loc la suprafața substratului.
Temperatura necesară pentru piroliză crește pe măsură ce precursorul [rezistența chimică] crește. Cu cât sunt mai mulți atomi de carbon atașați atomului central de metal, cu atât este mai slabă legătura. [1] Difuzia atomilor pe suprafața substratului este influențată de treptele atomice de pe suprafață.
Presiunea de vapori a sursei metalice organice este o considerație importantă în MOCVD, deoarece determină concentrația materialului sursă în reacție și viteza de depunere.
Componentele reactorului
În tehnica de depunere a metalelor în fază chimică organică (MOCVD), gazele reactante sunt combinate la temperaturi ridicate în reactor pentru a provoca o interacțiune chimică, rezultând depunerea materialelor pe substrat.
Un reactor este o cameră realizată dintr-un material care nu reacționează cu substanțele chimice utilizate. De asemenea, trebuie să reziste la temperaturi ridicate. Această cameră este formată din pereți reactorului, înveliș , susceptor , unitate de injecție a gazului și unitate de control al temperaturii. De obicei, pereții reactorului sunt din oțel inoxidabil sau cuarț. Sticla ceramică sau specială, cum ar fi cuarțul, sunt adesea folosite ca acoperire în camera reactorului între peretele reactorului și susceptorul. Pentru a evita supraîncălzirea, apa de răcire trebuie să curgă prin canale în pereții reactorului. Un substrat se așează pe un susceptor care este controlat de temperatură. Susceptorul este fabricat dintr-un material rezistent la compușii metalorganici utilizați; se folosește uneori grafit . Pentru creșterea nitrurilor și a materialelor conexe, este necesară o acoperire specială, de obicei nitrură de siliciu, pe susceptorul de grafit pentru a preveni coroziunea amoniacului (NH 3 ).
Un tip de reactor utilizat pentru a rula MOCVD este un reactor cu perete rece. Într-un reactor cu perete rece, substratul este susținut de un piedestal, care acționează și ca susceptor. Piedestalul / susceptorul este sursa primară de energie termică din camera de reacție. Numai susceptorul este încălzit, astfel încât gazele nu reacționează înainte de a ajunge la suprafața napolitane fierbinți. Piedestalul / susceptorul este realizat din material care absoarbe radiațiile precum carbonul. În schimb, pereții camerei de reacție într-un reactor cu pereți reci sunt de obicei din cuarț care este în mare parte transparent la radiația electromagnetică . Pereții camerei de reacție într-un reactor cu pereți reci, totuși, pot fi încălziți indirect prin radierea căldurii de pe soclul fierbinte / susceptor, dar vor rămâne mai reci decât soclul / susceptorul și substratul susținut de soclul / susceptorul.
În CVD cu perete fierbinte, întreaga cameră este încălzită. Acest lucru poate fi necesar pentru ca unele gaze să fie pre-crăpate înainte de a ajunge la suprafața napolitană pentru a le permite să adere la napolitan.
Admisie gaz și sistem de comutare
Gazul este introdus prin dispozitive cunoscute sub numele de „scruber”. Într-un bubbler, un gaz purtător (de obicei hidrogen în creșterea arsenidului și fosfură sau azot pentru creșterea nitrurii) este barbotat prin compusul organometalic lichid, care colectează o cantitate de vapori organometalici și îl transportă la reactor. Cantitatea de vapori organometalici transportați depinde de viteza de curgere a gazului de transport și de temperatura bulei; temperatura este de regulă controlată automat și foarte precis utilizând un sistem de control al concentrației gazului cu feedback cu ultrasunete. Este necesar să se ia în considerare aburul saturat .
Sistem de menținere a presiunii
Sistem de evacuare și curățare a gazelor . Deșeurile toxice trebuie transformate în deșeuri lichide sau solide pentru a fi reciclate (de preferință) sau eliminate. În mod ideal, procesele vor fi concepute pentru a minimiza generarea deșeurilor.