Које су разлике између МБЕ и МОЦВД технологија?

И реактори молекуларне епитаксије (МБЕ) и реактори метал-органског хемијског таложења из паре (МОЦВД) раде у чистим просторијама и користе исти скуп метролошких алата за карактеризацију плочица. МБЕ из чврстог извора користи елементарне прекурсоре високе чистоће загрејане у ефузионим ћелијама да би створио молекуларни сноп који омогућава таложење (са течним азотом који се користи за хлађење). Насупрот томе, МОЦВД је процес хемијске паре, који користи ултра чисте, гасовите изворе да би се омогућило таложење, и захтева руковање и смањење токсичног гаса. Обе технике могу произвести идентичну епитаксију у неким системима материјала, као што су арсениди. Разматра се избор једне технике у односу на другу за одређене материјале, процесе и тржишта.

Молекуларна зграда Епитаксија

МБЕ реактор обично садржи комору за пренос узорака (отворену према ваздуху, како би се омогућило пуњење и истовар супстрата вафла) и комору за раст (нормално затворену и отворену само за ваздух ради одржавања) где се супстрат преноси за епитаксијални раст. . МБЕ реактори раде у условима ултра-високог вакуума (УХВ) како би спречили контаминацију од молекула ваздуха. Комора се може загрејати да би се убрзала евакуација ових загађивача ако је комора била отворена за ваздух.

Често су изворни материјали епитаксије у МБЕ реактору чврсти полупроводници или метали. Оне се загревају изнад својих тачака топљења (тј. испаравање изворног материјала) у ефузионим ћелијама. Овде се атоми или молекули убацују у МБЕ вакуумску комору кроз мали отвор, који даје високо усмерени молекуларни сноп. Ово утиче на загрејану подлогу; обично направљен од монокристалних материјала као што су силицијум, галијум арсенид (ГаАс) или други полупроводници. Под условом да се молекули не десорбују, они ће дифундовати на површини супстрата, промовишући епитаксијални раст. Епитаксија се затим гради слој по слој, при чему се састав и дебљина сваког слоја контролишу како би се постигла жељена оптичка и електрична својства.

Подлога је монтирана централно, у оквиру коморе за раст, на загрејаном власнику окруженом Цриосхиелдс, суочавајући се са ћелијама изливе и систем затварача. Држач се ротира да обезбеди јединствено депоновање и дебљину епитаксије. Цриоосхеелдс су охлађене плоче течно-азота које заробљавају контаминанте и атоме у комори која претходно није заробљена на површини подлоге. Контаминанти могу бити од десорпције подлоге на високим температурама или "преко пуњења" од молекуларне снопа.

Комора реактора МБЕ ултра високог вакуума омогућава коришћење алата за праћење на лицу места за контролу процеса таложења. Рефлекцијска високоенергетска дифракција електрона (РХЕЕД) се користи за праћење површине раста. Рефлексија ласера, термичка слика и хемијска анализа (масена спектрометрија, Оже спектрометрија) анализирају састав испареног материјала. Други сензори се користе за мерење температуре, притиска и стопе раста како би се параметри процеса прилагодили у реалном времену.

Стопа и прилагођавање раста

На епитаксијалну брзину раста, која је типично око трећине монослоја (0,1нм, 1А) у секунди, утиче брзина флукса (број атома који долазе на површину супстрата, контролисан температуром извора) и температура супстрата (што утиче на дифузиона својства атома на површини супстрата и њихову десорпцију, контролисану топлотом супстрата). Ови параметри се независно подешавају и надгледају унутар МБЕ реактора, како би се оптимизовао епитаксијални процес.

Контролом стопе раста и снабдевања различитим материјалима коришћењем механичког система затварача, тернарне и кватернарне легуре и вишеслојне структуре могу се гајити поуздано и више пута. Након таложења, супстрат се полако хлади да би се избегао термички стрес и тестира се да би се окарактерисала његова кристална структура и својства.

Карактеристике материјала за МБЕ

Карактеристике ИИИ-В система материјала који се користе у МБЕ су:

●  Силицијум: Раст на силицијумним подлозима захтева веома високе температуре да осигурају огорчење оксида (> 1000 ° Ц), тако да су потребни специјалистички гријачи и власници важења. Питања око неусклађености у константном и коефицијенту проширења решетке, чине ИИИ-В раст на силицијумском активном истраживању и развоју.

● Антимон: За ИИИ-Сб полупроводнике, ниске температуре подлоге се морају користити да би се избегла десорпција са површине. „Неконгруенција“ на високим температурама такође може да се јави, где се једна атомска врста може првенствено испарити да би се оставили нестехиометријски материјали.

● фосфор: За ИИИ-П легуре, фосфорне ће се депоновати на унутрашњој страни Коморе, који захтева дуготрајан процес чишћења који може да направи кратку производњу која ради невидљиво.

Депонирање металне органске паре

МОЦВД реактор има високотемпературну, водом хлађену реакциону комору. Подлоге се постављају на графитни пријемник који се загрева било РФ, отпорним или ИР грејањем. Реагенс гасови се убризгавају вертикално у процесну комору изнад супстрата. Уједначеност слоја се постиже оптимизацијом температуре, убризгавања гаса, укупног протока гаса, ротације пријемника и притиска. Гасови носачи су водоник или азот.

Постављање епитаксијалних слојева, МОЦВД користи веома чистоће-органске прекурсоре, као што је Триметилгаллиум за галијума или триметилалуминијум за алуминијум за групне иии елементе и хидридне гасове (АРСИНЕ и фосфин) за групне-В елементе. Метална органски слојеви су садржани у бубблерима протока гаса. Концентрација убризгана у процесску комору одређује се температурама и притиском металног и носача протока гаса кроз бубблер.

Реагенси се у потпуности распадају на површини подлоге на температури раста, ослобађање атома метала и органским нус-производима. Концентрација реагенса је подешена да би се произвела различита, ИИИ-В легуре структура, заједно са системом за пребацивање покретања / одустајака за подешавање смеше паре.

Подлога је обично једнокрилно кристално резина полуводичког материјала као што је галијум арсенид, индијум фосфид или сафир. Учитано је на суцептор у оквиру реакционе коморе над којим се убризгавају прекурсорски гасови. Велики део вапоризоване металне органске и друге гасове путују кроз гријано веће раста непромењене, али мала количина подвргава пиролизу (пукотина), стварајући материјале подврста који апсорбују на површини вруће подлоге. Реакција површине тада резултира уградњи ИИИ-В елемената у епитаксијални слој. Алтернативно, може се појавити десорпција са површине, са неискоришћеним реагенсима и реакцијским производима евакуисаним из Коморе. Поред тога, неки прекурсори могу изазвати "негативан раст" јештење површине, као што је у угљеничком допингу ГААС / Алгаа и са наменним етцхантним изворима. Суцептор се ротира како би се осигурао доследан састав и дебљине епитаксије.

Температура раста потребна у реактору МОЦВД-а првенствено је утврђена потребном пиролизом прекурсора, а затим је оптимизована у погледу површинске мобилности. Стопа раста одређује се притиском паре у групи-ИИИ метално-органске изворе у бубблерима. Површинске дифузије утичу на атомски степенице на површини, са мисоријентним подлозима често се користе из тог разлога. Раст силицијумних подлога захтева веома високе фазе температуре како би се осигурало огорчење оксида (> 1000 ° Ц), захтевајући специјалистичке грејаче и власнике супстрата.

Вакумски притисак и геометрија реактора значе да се технике надзора на лицу места разликују од оних код МБЕ, при чему МБЕ генерално има више опција и могућности конфигурисања. За МОЦВД, пирометрија коригована емисивношћу се користи за мерење температуре површине плочице на лицу места (за разлику од даљинског мерења термопаром); рефлексивност омогућава анализу храпавости површине и епитаксијалне стопе раста; облатни лук се мери ласерском рефлексијом; и испоручене органометалне концентрације могу се мерити путем ултразвучног праћења гаса, да би се повећала тачност и поновљивост процеса раста.

Типично, легуре које садрже алуминијум се узгајају на вишим температурама (>650°Ц), док се слојеви који садрже фосфор узгајају на нижим температурама (<650°Ц), са могућим изузецима за АлИнП. За легуре АлИнГаАс и ИнГаАсП, које се користе за телекомуникацијске апликације, разлика у температури пуцања арсина чини контролу процеса једноставнијом него за фосфин. Међутим, за епитаксијални поновни раст, где су активни слојеви урезани, пожељнији је фосфин. За антимонидне материјале долази до ненамерног (и генерално нежељеног) уграђивања угљеника у АлСб, због недостатка одговарајућег извора прекурсора, ограничавајући избор легура и на тај начин прихватање раста антимонида од стране МОЦВД.

За високо напрегнуте слојеве, због могућности да се рутински користе арсенидни и фосфидни материјали, могуће је балансирање деформација и компензација, као што су ГаАсП баријере и ИнГаАс квантне бушотине (КВс).

Резиме

МБЕ углавном има више могућности праћења у Ситу него моцвд. Епитаксијални раст прилагођава се брзини флукса и температуре подлоге, који су одвојено контролисани, са придруженим ин-ситу мониторингом који омогућава много јасније, директно, разумевање процеса раста.

МОЦВД је веома разноврсна техника која се може користити за депоновање широког спектра материјала, укључујући сложене полупроводнике, нитриде и оксиде, варирањем хемије прекурсора. Прецизна контрола процеса раста омогућава производњу сложених полупроводничких уређаја са прилагођеним својствима за примену у електроници, фотоници и оптоелектроници. Време чишћења МОЦВД коморе је брже од МБЕ.

Моцвд је одличан за поновно дистрибуиране повратне информације (ДФБС) ласере, закопане хетероструктурне уређаје и таласну таласну талас. Ово може укључивати ин ситу уништавање полуводича. Моцвд је, дакле, идеалан за монолитни интеграцију инације. Иако је монолитна интеграција у Гаасу у повојима, МОЦВД омогућава селективно раст подручја, где диелектрична маскирана подручја помажу у простору емисије / апсорпционе таласне дужине. Ово је тешко са МБЕ-ом, где се поликристални депозити могу формирати на диелектричној маски.

Генерално, МБЕ је метода избора за Сб материјале, а МОЦВД је избор за П материјале. Обе технике раста имају сличне могућности за материјале на бази Ас. Традиционална тржишта само за МБЕ, као што је електроника, сада могу да се опслужују подједнако добро са растом МОЦВД-а. Међутим, за напредније структуре, као што су квантне тачке и квантни каскадни ласери, МБЕ је често пожељнији за базну епитаксију. Ако је потребан епитаксијални поновни раст, онда је МОЦВД генерално пожељан, због његове флексибилности урезивања и маскирања.