Apa bedane teknologi MBE lan MOCVD?

Loro-lorone epitexy molekuler (MBE) lan reaktor kimia-kimia-organik (MOCVD) (MOCVD) sing digunakake ing lingkungan resikroom lan nggunakake alat metrologi sing padha kanggo karakterisasi wafer. Solid-Solid-Solid MBE nggunakake kesucian tinggi, prekursor unsur digawe panas ing sel effusion kanggo nggawe balok molekul kanggo ngaktifake deposisi (kanthi nitrogen cair digunakake kanggo pendinginan). Beda, MOCVD minangka proses uap kimia, nggunakake sumber gas sing murni, gas gas kanggo ngaktifake deposisi, lan mbutuhake penawaran gas beracun. Kaloro teknik kasebut bisa ngasilake epitexy sing padha ing sawetara sistem bahan, kayata Arsenides. Pilihan siji teknik kanggo liyane kanggo bahan, proses, lan pasar sing dibahas.

Molecular Beam Epitaxy

Reaktor MBE biasane kasusun saka kamar transfer sampel (mbukak kanggo udhara, kanggo ngidini substrat wafer dimuat lan dibongkar) lan kamar wutah (biasane disegel, lan mung mbukak kanggo udhara kanggo pangopènan) ing ngendi substrat ditransfer kanggo pertumbuhan epitaxial. . Reaktor MBE beroperasi ing kahanan vakum ultra-dhuwur (UHV) kanggo nyegah kontaminasi saka molekul udara. Kamar bisa digawe panas kanggo akselerasi evakuasi rereged kasebut yen kamar wis mbukak kanggo online.

Asring, bahan sumber epitaksi ing reaktor MBE minangka semikonduktor padhet utawa logam. Iki digawe panas ngluwihi titik leleh (yaiku penguapan bahan sumber) ing sel efusi. Ing kene, atom utawa molekul didorong menyang ruang vakum MBE liwat aperture cilik, sing menehi sinar molekul sing arah banget. Iki impinges ing landasan digawe panas; biasane digawe saka bahan kristal tunggal kaya silikon, gallium arsenide (GaAs) utawa semikonduktor liyane. Yen molekul ora desorb, bakal kasebar ing permukaan substrat, ningkatake pertumbuhan epitaxial. Epitaksi kasebut banjur dibangun lapisan kanthi lapisan, kanthi komposisi lan ketebalan saben lapisan dikontrol kanggo entuk sifat optik lan listrik sing dikarepake.

Substrat dipasang ing tengah, ing ruang pertumbuhan, ing wadhah sing digawe panas sing diubengi cryoshields, ngadhepi sel efusi lan sistem rana. Wadhah muter kanggo nyedhiyakake deposisi seragam lan kekandelan epitaxial. Cryoshields minangka piring-piring sing didinginkan nitrogen cair sing nangkep rereged lan atom ing kamar sing sadurunge ora dijupuk ing permukaan substrat. Kontaminasi bisa saka desorption saka substrat ing suhu dhuwur utawa kanthi 'overfilling' saka sinar molekul.

Ruang reaktor MBE ultra-dhuwur vakum mbisakake alat ngawasi ing papan kanggo ngontrol proses deposisi. Reflection high-energy electron difraction (RHEED) digunakake kanggo ngawasi lumahing wutah. Reflektansi laser, pencitraan termal, lan analisis kimia (spektrometri massa, spektrometri Auger) nganalisa komposisi bahan sing nguap. Sensor liyane digunakake kanggo ngukur suhu, tekanan lan tingkat wutah kanggo nyetel paramèter proses ing wektu nyata.

Tingkat wutah lan imbuhan

Tingkat pertumbuhan epitaxial, sing biasane kira-kira sapratelo saka monolayer (0,1nm, 1Å) per detik, dipengaruhi dening tingkat fluks (jumlah atom sing teka ing permukaan substrat, dikontrol dening suhu sumber) lan suhu substrat. (sing mengaruhi sifat difusi saka atom ing permukaan substrat lan desorpsi, dikontrol dening panas substrat). Parameter kasebut diatur lan dipantau kanthi mandiri ing reaktor MBE, kanggo ngoptimalake proses epitaxial.

Kanthi ngontrol tarif wutah lan pasokan bahan sing beda-beda nggunakake sistem rana mekanik, wesi ternary lan quirnary lan struktur Quirternary lan Quirternary lan struktur Quirternary lan macem-macem lapisan bisa thukul lan bola-bali. Sawise deposisi, landat digawe adhem alon-alon supaya stres termal lan diuji kanggo menehi ciri struktur lan sifat kristal.

Karakteristik bahan kanggo MBE

Karakteristik sistem material III-V sing digunakake ing MBE yaiku:

●  Silikon: Wutah ing substrat silikon mbutuhake suhu sing dhuwur banget kanggo mesthekake desorpsi oksida (> 1000 ° C), saengga dibutuhake pemanas khusus lan wafer wafer. Masalah babagan ketidakcocokan ing konstanta kisi lan koefisien ekspansi nggawe pertumbuhan III-V ing silikon minangka topik R&D sing aktif.

●  Antimony: Kanggo semikonduktor III-SB, suhu substrat sing kurang kudu digunakake kanggo nyegah desaina saka permukaan. 'Non-congruence' ing suhu sing dhuwur uga bisa kedadeyan, ing endi spesies atom bisa luwih disenengi kanggo ninggalake bahan non-stoichiometric.

●  Fosfor: Kanggo wesi iii-p, fosforus bakal disimpen ing njero ruangan, sing mbutuhake proses resik-ups-up wektu sing bisa nggawe produksi cendhak sing ora bisa dirusak.

Deposisi uap kimia logam-organik

Reaktor MOCVD nduweni kamar reaksi suhu dhuwur lan adhem banyu. Substrat dipanggonke ing susceptor grafit sing digawe panas dening pemanasan RF, resistif utawa IR. Gas reagen disuntikake vertikal menyang kamar proses ing ndhuwur substrat. Keseragaman lapisan digayuh kanthi ngoptimalake suhu, injeksi gas, aliran gas total, rotasi susceptor lan tekanan. Gas pembawa yaiku hidrogen utawa nitrogen.

Kanggo nyimpen lapisan epitaxial, MOCVD nggunakake prekursor logam-organik kemurnian banget kayata trimethylgallium kanggo gallium utawa trimethylaluminium kanggo aluminium kanggo unsur klompok-III lan gas hidrida (arsine lan fosfin) kanggo unsur grup-V. Logam-organik ana ing bubblers aliran gas. Konsentrasi sing disuntikake menyang kamar proses ditemtokake dening suhu lan tekanan saka aliran gas logam-organik lan pembawa liwat bubbler.

Reagents kanthi cepet ing permukaan substrat ing suhu tuwuhing, ngeculake atom logam lan produk organik. Konsentrasi reagen wis diatur kanggo ngasilake struktur wesi III-v sing beda, bebarengan karo sistem ngalih larutan / vent kanggo nyetel campuran uap.

Substrat biasane wafer tunggal kristal saka bahan semikonduktor kayata Gallium Arsenide, Fosphide, utawa sapir. Iki dimuat menyang susceptor ing kamar reaksi ing endi gas prekursor disuntik. Umume organik logam-organisme lan gas liyane sing lelungan liwat kamar wutah sing digawe panas, nanging jumlah cilik sing ngalami pyrolysis (cracking), nggawe bahan subspecies sing nyerep ing permukaan panas. Reaksi permukaan banjur nyebabake gabungan gabungan unsur III-V dadi lapisan epitoxial. Utawa, desorpsi saka permukaan bisa kedadeyan, kanthi reagen sing ora digunakake lan produk reaksi sing diusir saka kamar. Kajaba iku, sawetara prekursor bisa nyebabake 'wutah negatif' Etching ing permukaan, kayata ing doping karbon Gaas / Algaas, lan kanthi sumber etchant darmabakti. Susceptor muter kanggo njamin komposisi lan kekandelan saka epitexy.

Suhu tuwuh sing dibutuhake ing reaktor mocvd utamane ditemtokake dening pyrolysis sing dibutuhake ing prekursor, banjur dioptimalake karo mobilitas permukaan. Tingkat wutah ditemtokake dening tekanan uap saka sumber logam logam-III ing bubuk. Penyebaran permukaan dipengaruhi langkah atom ing permukaan, kanthi substrat sing disebabake asring digunakake kanggo alasan iki. Wutah ing substat Silikon mbutuhake tahapan suhu sing dhuwur kanggo njamin desorptasi oksida (> 1000 ° C), sing duwe substrat sing nuntut lan duwe penggawean substrat.

Tekanan lan geometri reaktor reaktor tegese teknik pemantauan ing-litu beda-beda gumantung karo MBE, kanthi MBE umume duwe pilihan lan konfigurasi. Kanggo MOCVD, Pyrometri sing didandani kanthi dipindhah digunakake kanggo suhu suhu lumahing sing larang regane (beda karo pangukuran, termocouple; Renungan ngidini permukaan roughening lan tingkat pertumbuhan epitoxial kanggo dianalisa; Gandhewo wafer diukur kanthi refleksi laser; Lan sing diwenehake konsentrasi organismeometallik bisa diukur liwat ultrasonik gas ultrasonik, kanggo nambah akurasi lan reproduksi proses wutah.

Biasane, wesi sing ngemot aluminium ditanam ing suhu sing luwih dhuwur (> 650 ° C), nalika lapisan sing ngemot fosfor ditanam ing suhu sing luwih murah (<650 ° C), kanthi kemungkinan pengecualian kanggo AlInP. Kanggo paduan AlInGaAs lan InGaAsP, digunakake kanggo aplikasi telekomunikasi, prabédan ing suhu retak arsin ndadekake kontrol proses luwih gampang tinimbang fosfin. Nanging, kanggo epitaxial re-growth, ngendi lapisan aktif etched, phosphine disenengi. Kanggo bahan antimonida, penggabungan karbon sing ora disengaja (lan umume ora dikarepake) menyang AlSb kedadeyan, amarga ora ana sumber prekursor sing cocog, mbatesi pilihan paduan lan supaya penyerapan pertumbuhan antimonida dening MOCVD.

Kanggo lapisan sing saring, amarga kemampuan kanggo nggunakake bahan arsenida lan phospida, sing bisa ditindakake, kayata kanggo alangan Gaasp lan ingaas sumur (qws).

Ringkesan

MBE umume duwe luwih akeh pilihan ngawasi in-situ tinimbang MOCVD. Wutah epitaxial diatur kanthi tingkat fluks lan suhu substrat, sing dikontrol kanthi kapisah, kanthi pemantauan in-situ sing gegandhengan ngidini pangerten sing luwih jelas, langsung, babagan proses pertumbuhan.

Mocvd minangka teknik sing serba rumet serat sing bisa digunakake kanggo nggawe simpenan macem-macem bahan, kalebu semikonduktor, nitrides lan oksida, kanthi macem-macem kimia prektur. Kontrol proses wutah ngidini pabrik piranti semikonduktor komplek kanthi sifat sing cocog kanggo aplikasi ing elektronik, fotonics lan optoelektronik. Kamar MOCVD ngresiki kaping luwih cepet tinimbang MBE.

Mocvd apik banget kanggo laser sing disebarake (dfbs) laser sing disebar, piranti heterostruktur sing dikubur, lan wackguides sing diciptakake. Iki bisa uga kalebu ing-darinan saka semikonduktor. MOCVD, mula, cocog kanggo integrasi Inp monolitik. Sanajan integrasi monolitik ing Gaas ana ing bayi, MOCVD mbisakake pertumbuhan wilayah sing selektif, ing endi delepias topeng dielelektrik mbantu ruang gelombang emisi / panyerepan. Iki angel ditindakake karo MBE, ing ngendi celengan polyCrystal bisa mbentuk topeng dielektrik.

Umumé, MBE minangka cara wutah pilihan kanggo bahan Sb lan MOCVD minangka pilihan kanggo bahan P. Loro Techniques wutah duwe Kapabilitas padha kanggo bahan basis As. Pasar mung MBE tradisional, kayata elektronik, saiki bisa dilayani kanthi apik kanthi wutah MOCVD. Nanging, kanggo struktur sing luwih maju, kayata kuantum dot lan laser kaskade kuantum, MBE asring disenengi kanggo epitaksi basa. Yen epitaxial regrowth dibutuhake, banjur MOCVD umume disenengi, amarga etsa lan masking keluwesan.