Σύγκριση μεταξύ MBE (Molecular Beam Epitaxy) και MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Κοινά χαρακτηριστικά της MBE και της MOCVD

Περιβάλλον εργασίας:

Τόσο το MBE όσο και τοMOCVDνα λειτουργούν σε περιβάλλον καθαρού δωματίου.

Πεδίο εφαρμογής:

Σε ορισμένα υλικά συστήματα, όπως τα αρσενίδια, και οι δύο τεχνικές μπορούν να παράγουν παρόμοια επιταξιακά αποτελέσματα.

Διαφορές μεταξύ MBE και MOCVD

Αρχή λειτουργίας MBE (μοριακή επιταξία δέσμης):

Το MBE χρησιμοποιεί πρωτόγονους πρόδρομους υψηλής καθαρότητας, οι οποίοι θερμαίνονται σε έναν εξατμιστή για να σχηματίσουν μοριακές ακτίνες για εναπόθεση.Συνήθως λειτουργεί σε συνθήκες υπερυψωμένου κενού (UHV) για την αποτροπή της μόλυνσης από μόρια αέρα.

Δομή εξοπλισμού:

Το MBE αποτελείται από θάλαμο μεταφοράς δείγματος και θάλαμο ανάπτυξης.περιβάλλεται από ψυχρή οθόνη που ψύχεται με υγρό άζωτο για τη δέσμευση των προσμείξεων και των ατόμων που δεν παγιδεύονται στην επιφάνεια του υπόστρου.

Εργαλεία παρακολούθησης

Το MBE χρησιμοποιεί εργαλεία παρακολούθησης in situ, όπως η Ανάκλαση Διαστολής Ηλεκτρονίων Υψηλής Ενέργειας (RHEED) για την παρακολούθηση της επιφάνειας ανάπτυξης, την αντανάκλαση λέιζερ, την θερμογραφία,και χημική ανάλυση (σποκτρομετρία μάζας)Άλλοι αισθητήρες μετρούν τη θερμοκρασία, την πίεση και τον ρυθμό ανάπτυξης για να ρυθμίζουν τις παραμέτρους της διαδικασίας σε πραγματικό χρόνο.

Αύξηση:

Συνήθως, ο ρυθμός ανάπτυξης είναι περίπου το ένα τρίτο ενός μονοστρώματος ανά δευτερόλεπτο (0,1 nm, 1 Å).Ελέγχεται από την θερμοκρασία της πηγής) και την θερμοκρασία του υπόστρου (που επηρεάζει τα χαρακτηριστικά διάχυσης και απορρόφησης των ατόμων στο υπόστρωμα)Οι ρυθμοί ανάπτυξης και η προμήθεια υλικού ελέγχονται από μηχανικά συστήματα κλείστρων, επιτρέποντας την αξιόπιστη και επαναληπτή ανάπτυξη τριτογενών και τεταρτογενών κράματος και πολυεπίπεδων δομών.

Χαρακτηριστικά υλικού:

• Σιλικόνη:Για να εξασφαλιστεί η απορρόφηση των οξειδίων, απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες (> 1000°C) για την ανάπτυξη σε υπόστρωμα πυριτίου.Η ασυμφωνία στις σταθερές πλέγματος και τους συντελεστές θερμικής διαστολής καθιστά την ανάπτυξη υλικών III-V στο πυρίτιο ένα ενεργό θέμα έρευνας.

• Αντιμόνιο:Για τους ημιαγωγούς III-Sb, απαιτούνται χαμηλές θερμοκρασίες υποστρώματος για να αποφευχθεί η απορρόφηση από την επιφάνεια.- όταν ένα ατομικό είδος εξατμίζεται κατά προτίμηση, αφήνοντας το υλικό με μη-στοιχιομετρική αναλογία.

• Φωσφόρος:Για τα κράματα III-P, ο φωσφόρος μπορεί να αποθηκευτεί στο εσωτερικό του θαλάμου, απαιτώντας μια μακρά διαδικασία καθαρισμού, η οποία θα μπορούσε να καταστήσει αδύνατη τη σύντομη παραγωγή.

• Επικρατούμενα στρώματα:Συνήθως, απαιτούνται χαμηλότερες θερμοκρασίες υποστρώματος για να μειωθεί η ατομική διάχυση στην επιφάνεια, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα χαλάρωσης στρώματος.Καθώς η μειωμένη ατομική κινητικότητα προκαλεί κενά στο επιταξιακό στρώμα, που μπορεί να ενσωματωθεί και να προκαλέσει βλάβη.

Αρχή λειτουργίας MOCVD (μεταλλικοοργανική χημική αποσύνθεση ατμών):

Η MOCVD είναι μια χημική διαδικασία ατμού που χρησιμοποιεί εξαιρετικά καθαρές αέρια πηγές για την εναπόθεση, απαιτώντας τον χειρισμό τοξικών αερίων και την επεξεργασία τους.Χρησιμοποιούνται οργανικά πρόδρομα μετάλλων (όπως το τριμεθυλογάλλιο για τα στοιχεία της ομάδας III και υδρίδια όπως το αρσίνιο και η φωσφίνη για τα στοιχεία της ομάδας V) για την εναπόθεση επιταξιακής στρώσης.

Δομή εξοπλισμού:

Το MOCVD διαθέτει ένα θαλάμο αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας, που ψύχεται με νερό, όπου τα υποστρώματα τοποθετούνται σε βάσεις γραφίτη που θερμαίνονται με RF, αντίσταση ή υπέρυθρη θέρμανση.Τα αέρια αντίδρασης εγχέονται κάθετα στον θάλαμο επεξεργασίας πάνω από το υπόστρωμα..

Εργαλεία παρακολούθησης

Το MOCVD χρησιμοποιεί θερμογραφία με διόρθωση εκπομπής για τη μέτρηση της θερμοκρασίας in situ της επιφάνειας του υπόστρωμα· η ανακλαστικότητα χρησιμοποιείται για την ανάλυση της τραχύτητας της επιφάνειας και του επιταξιακού ρυθμού ανάπτυξης.Η αντανάκλαση λέιζερ χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της κάμψης του υποστρώματος, και η υπερηχητική παρακολούθηση του αερίου βοηθά στην παρακολούθηση της συγκέντρωσης των οργανικών μεταλλικών πρόδρομων για τη βελτίωση της ακρίβειας και της επαναληψιμότητας της διαδικασίας ανάπτυξης.

Συνθήκες ανάπτυξης:

Η θερμοκρασία ανάπτυξης καθορίζεται κατά κύριο λόγο από τις απαιτήσεις θερμικής αποσύνθεσης των προκατόχων και στη συνέχεια βελτιστοποιείται για τη μετανάστευση της επιφάνειας.Ο ρυθμός ανάπτυξης διέπεται από την πίεση ατμού των μεταλλικών οργανικών πηγών III-V στην αέρια φάση.Για τα κράματα που περιέχουν αλουμίνιο, συνήθως απαιτούνται υψηλότερες θερμοκρασίες (> 650 °C) για την ανάπτυξη, ενώ τα στρώματα που βασίζονται σε φώσφορο αναπτύσσονται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (< 650 °C), αν και το AlInP μπορεί να αποτελεί εξαίρεση.

Χαρακτηριστικά υλικού:

• Επεξεργαστικά συστήματα:Λόγω της δυνατότητας συμβατικής χρήσης αρσενικών και φωσφιδικών, η εξισορρόπηση και η αντιστάθμιση της πίεσης είναι εφικτές, όπως με τα φράγματα GaAsP και τα κβαντικά πηγάδια InGaAs (QW).

• Αντιμονοειδή:Η αύξηση της MOCVD των υλικών αντιμονοειδών είναι περιορισμένη επειδή δεν υπάρχουν κατάλληλες πηγές πρόδρομων, οδηγώντας στην ακούσια (και συνήθως ανεπιθύμητη) ενσωμάτωση άνθρακα στο AlSb,που περιορίζει τις επιλογές των κράματος και εμποδίζει τη χρήση του MOCVD για την ανάπτυξη αντιμονοειδών.

Σύνοψη

Επιλογές παρακολούθησης:

Το MBE συνήθως προσφέρει περισσότερες επιλογές παρακολούθησης in situ από το MOCVD, με την επιταξιακή ανάπτυξη να προσαρμόζεται από ταχύτητες ροής και θερμοκρασίες υποστρώματος.Η παρακολούθηση in situ παρέχει μια σαφέστερη, πιο άμεση κατανόηση της διαδικασίας ανάπτυξης.

Εφαρμογή υλικού:

Η MOCVD είναι μια πολύ ευπροσάρμοστη τεχνική. Με την ποικιλία της χημείας των προκατόχων, μπορεί να αποθηκευτεί ένα ευρύ φάσμα υλικών, συμπεριλαμβανομένων των σύνθετων ημιαγωγών, των νιτρικών και των οξειδίων.Ο χρόνος καθαρισμού σε θάλαμους MOCVD είναι γρηγορότερος από ό, τι σε MBE.

Πλεονεκτήματα εφαρμογής:

Η MBE είναι η προτιμώμενη μέθοδος για την ανάπτυξη υλικών Sb, ενώ η MOCVD είναι συνήθως προτιμώμενη για υλικά P. Για υλικά με βάση το αρσενικό, και οι δύο τεχνικές έχουν παρόμοιες δυνατότητες.Για πιο εξελιγμένες δομές όπως κβαντικές κουκίδες και κβαντικά λέιζερ καταρράκτηςΤο MOCVD είναι συχνά προτιμώμενο για επακόλουθη επιταξιακή αναγέννηση λόγω της ευελιξίας του στην εικόνα και την κάλυψη.

Ειδικές εφαρμογές:

Το MOCVD είναι κατάλληλο για λέιζερ κατανεμημένης ανατροφοδότησης (DFB), συσκευές θαμμένης ετεροδομής και ανατροφοδότηση ζευγαρωμένων κυματοδηγών, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν χαρακτικές σε εστία των ημιαγωγών.Το MOCVD χρησιμοποιείται επίσης για ενσωμάτωση InP με ένα μόνο τσιπΕνώ η ενσωμάτωση του GaAs σε ένα μόνο τσιπ βρίσκεται ακόμα στα αρχικά στάδια της, το MOCVD μπορεί να επιτύχει αύξηση επιλεκτικής περιοχής, βοηθώντας στο διαχωρισμό των μήκων κύματος εκπομπής/απορρόφησης.έχει προκλήσεις σε αυτόν τον τομέα, καθώς η πολυκρυσταλλική εναπόθεση τείνει να σχηματίζεται σε διηλεκτρικές μάσκες.

Συγγενείς συστάσεις προϊόντων

2' N Ημιοδηγός Υποστρώμα Si Ντόπινγκ Αρσενικό Γαλλίου GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED