MBE və MOCVD texnologiyaları arasındakı fərqlər nələrdir?

Həm molekulyar şüa epitaksisi (MBE), həm də metal-üzvi kimyəvi buxar çökmə (MOCVD) reaktorları təmiz otaq mühitində işləyir və vafli xarakteristikası üçün eyni metrologiya alətlərindən istifadə edir. Bərk mənbəli MBE çökməni təmin etmək üçün molekulyar şüa yaratmaq üçün efüzyon hüceyrələrində qızdırılan yüksək təmizlikli, elementar prekursorlardan istifadə edir (soyutma üçün istifadə olunan maye azotla). Bunun əksinə olaraq, MOCVD çökməni təmin etmək üçün ultra təmiz, qaz mənbələrindən istifadə edən kimyəvi buxar prosesidir və zəhərli qazın ötürülməsi və azaldılmasını tələb edir. Hər iki üsul bəzi maddi sistemlərdə, məsələn, arsenidlərdə eyni epitaksiya yarada bilər. Müəyyən materiallar, proseslər və bazarlar üçün bir texnikanın digəri üzərində seçilməsi müzakirə olunur.

Molekulyar şüa epitaxy

MBE reaktoru adətən nümunə ötürmə kamerasından (vafli substratların yüklənməsinə və boşaldılmasına imkan vermək üçün havaya açıq) və substratın epitaksial böyümə üçün köçürüldüyü böyümə kamerasından (normal olaraq möhürlənmiş və yalnız texniki xidmət üçün havaya açıqdır) ibarətdir. . MBE reaktorları hava molekullarından çirklənmənin qarşısını almaq üçün ultra yüksək vakuum (UHV) şəraitində işləyir. Əgər kamera havaya açıq olubsa, bu çirkləndiricilərin evakuasiyasını sürətləndirmək üçün kamera qızdırıla bilər.

Çox vaxt, bir MBE reaktorundakı epitaxy-nin mənbəyi materialları bərk yarımkeçiricilər və ya metallardır. Bunlar efüzyon hüceyrələrində ərimə nöqtələrindən (I.E. mənbə maddi buxarlanma) xaricində qızdırılır. Burada atomlar və ya molekullar, yüksək istiqamətləndirici molekulyar şüa verən kiçik bir diyafram vasitəsilə MBE vakuum kamerasına aparılır. Bu qızdırılan substratda təsir göstərir; Adətən silikon, gallium arsenide (GAAS) və ya digər yarımkeçiricilər kimi tək kristal materiallardan hazırlanmışdır. Molekulların desorb olmadığını təmin edərək, epitaksial böyüməni təşviq edən substrat səthində yayılacaqlar. Epitaxy daha sonra qatlı təbəqədir, istədiyiniz optik və elektrik xüsusiyyətlərinə nail olmaq üçün hər qat tərkibi və qalınlığı ilə taxır.

Substrat, böyümə otağı daxilində, cryoShield-in əhatə etdiyi qızğın bir sahibi, effüziya hüceyrələri və çekim sistemi ilə üzləşdiyi qızdırılan bir sahibə quraşdırılmışdır. Sahə vahid çökmə və epitaksial qalınlığı təmin etmək üçün fırlanır. CryoShields, əvvəllər substrat səthində tutulan otaqdakı çirkləndiricilər və atomları olan maye azot soyudulmuş lövhələrdir. Çirkləndiricilər, yüksək temperaturdakı substratın desorbsiyasından və ya molekulyar şüadan 'doldurma' ilə ola bilər.

Ultra yüksək vakuumlu MBE reaktor kamerası çökmə prosesinə nəzarət etmək üçün yerində monitorinq alətlərindən istifadə etməyə imkan verir. Reflection yüksək enerjili elektron difraksiyası (RHEED) böyümə səthinin monitorinqi üçün istifadə olunur. Lazer əks etdirmə, termal görüntüləmə və kimyəvi analiz (kütləvi spektrometriya, Auger spektrometriyası) buxarlanmış materialın tərkibini təhlil edir. Proses parametrlərini real vaxt rejimində tənzimləmək üçün temperatur, təzyiq və artım templərini ölçmək üçün digər sensorlar istifadə olunur.

Artım sürəti və tənzimlənməsi

Adətən bir monolayerin üçdə biri (0,1nm, 1åå) olan, axın dərəcəsi (substrat səthinə gələn atomların sayı) və substrat temperaturu ilə təsirlənən epitaxial artım tempi (substratın istiliyi ilə idarə olunan substratlar səthindəki atomların və desorbsiyasının yayılması xüsusiyyətlərinə təsir göstərir). Bu parametrlər, epitaksial prosesi optimallaşdırmaq üçün MBE reaktoru daxilində müstəqil olaraq tənzimlənir və izlənilir.

Böyümə nisbətlərini idarə etmək və mexaniki bir çekim sistemi, tikanlı və dörd qatlı ərintilər və çox qatlı quruluşlardan istifadə edərək müxtəlif materialların tədarükü etibarlı və dəfələrlə artmaq olar. Çöküntüdən sonra, termal stresin qarşısını almaq və kristal quruluşunu və xüsusiyyətlərini xarakterizə etmək üçün sınaqdan keçirilmiş substrat yavaş-yavaş soyudulur.

MBE üçün material xüsusiyyətləri

MBE-də istifadə olunan III-V material sistemlərinin xüsusiyyətləri bunlardır:

●  Silikon: Silikon substratlarında artım oksid desorbsiyasını (> 1000 ° C) təmin etmək üçün çox yüksək temperatur tələb edir, buna görə mütəxəssis qızdırıcılar və gofret sahibləri tələb olunur. Lattice Daimi və genişləndirmə əmsalında uyğunsuzluq ətrafında olan məsələlər, silikon aktiv bir R & D mövzusunda III-V böyüməsini düzəldir.

● antimon: III-SB yarımkeçiriciləri üçün səthdən desorbsiya qarşısını almaq üçün aşağı substrat temperaturu istifadə edilməlidir. Atom olmayan növləri qeyri-stoiometrik materialları tərk etmək üçün bir atom növünə üstünlük verə biləcəyi yüksək temperaturda da yüksək temperaturda da baş verə bilər.

●  Fosfor: III-p ərintiləri üçün, fosfor, qısa istehsal edə biləcək bir zaman-istehlak prosesi tələb edən bir zamanda istehlakedici bir proses tələb edən otağın içərisinə qoyulacaqdır.

Metal-üzvi kimyəvi buxarın çökməsi

MOCVD reaktoru yüksək temperaturlu, su ilə soyudulan reaksiya kamerasına malikdir. Substratlar ya RF, rezistiv və ya IR qızdırması ilə qızdırılan bir qrafit həssas üzərində yerləşdirilir. Reagent qazları şaquli olaraq substratların üstündəki proses kamerasına vurulur. Qatın vahidliyi temperaturun, qazın vurulmasının, ümumi qaz axınının, sensorun fırlanmasının və təzyiqin optimallaşdırılması ilə əldə edilir. Daşıyıcı qazlar ya hidrogen, ya da azotdur.

Epitaxial təbəqələri depozit etmək üçün MOCVD, Qrup-V elementləri üçün Qrup-III elementləri və hidride qazları (Arsin və Fosfin) üçün Gallium və ya timetilaluminium üçün Trimetylgallium kimi çox yüksək təmiz metal üzvi prekursorlardan istifadə edir. Metal orqaniklər qaz axını balonblers içərisindədir. Proses Palatasına vurulan konsentrasiyası bubbler vasitəsilə metal üzvi və daşıyıcı qaz axınının temperaturu və təzyiqi ilə müəyyən edilir.

Reagentlər böyümə temperaturunda substratın səthində tamamilə parçalanır, metal atomlarını və üzvi əlavə məhsulları buraxır. Reagentlərin konsentrasiyası buxar qarışığının tənzimlənməsi üçün axın/ventilyasiya keçid sistemi ilə yanaşı, müxtəlif III-V lehimli strukturlar istehsal etmək üçün tənzimlənir.

Substrat, ümumiyyətlə, gallium arsenide, indium fosfidi və ya sapfir kimi yarımkeçirici materialın tək kristal vafleridir. Precursor qazlarının vurulduğu reaksiya otağının içərisindəki həssaslığa yüklənir. Vapourized metal orqanik və digər qazların çoxu, qızdırılan böyümə otağı ilə hərəkətsizdir, lakin kiçik bir məbləğ isti substratın səthinə udma materialları yaratmaq, piroliz (çatlama) keçir. Bir səth reaksiyası, sonra III-V elementlərinin bir epitaksial qatına daxil edilməsi ilə nəticələnir. Alternativ olaraq, yerdən istifadə olunmamış reaktivlər və reaksiya məhsulları ilə yeraltı desorsevsiya baş verə bilər. Bundan əlavə, bəzi prekursorlar yer səthinin "mənfi böyümə" in, məsələn, GAAS / Algaasın karbon dopinqində və xüsusi etchant mənbələri ilə "mənfi böyümə" indir. Suseptor, epitaxy'nin ardıcıl tərkibi və qalınlığını təmin etmək üçün fırlanır.

MOCVD reaktorunda tələb olunan böyümə temperaturu ilk növbədə prekursorların tələb olunan pirolizi ilə müəyyən edilir və sonra səth hərəkətliliyi ilə bağlı optimaldır. Böyümə sürəti, balonalananların III metal üzvi mənbələrinin buxar təzyiqi ilə müəyyən edilir. Səthi diffuziya səthdəki atom addımlarından təsirlənir, bu səbəbdən tez-tez istifadə olunur. Silikon substratlarında artım, oksid desorbsiyasını (> 1000 ° C), mütəxəssis qızdırıcıları və gofret substrat sahiblərini tələb edən çox yüksək temperaturlu mərhələləri tələb edir.

Reaktorun vakuum təzyiqi və həndəsəsi o deməkdir ki, in-situ monitorinq üsulları MBE-ninkindən fərqlənir, MBE ümumiyyətlə daha çox seçim və konfiqurasiyaya malikdir. MOCVD üçün in-situ, vafli səthi temperaturun ölçülməsi (uzaqdan, termocüt ölçülərindən fərqli olaraq) üçün emissiya ilə düzəldilmiş pirometriya istifadə olunur; əks etdirmə qabiliyyəti səthin pürüzlənməsini və epitaksial böyümə sürətini təhlil etməyə imkan verir; vafli yay lazer əksi ilə ölçülür; və təchiz edilmiş orqanometal konsentrasiyaları böyümə prosesinin dəqiqliyini və təkrar istehsalını artırmaq üçün ultrasəs qaz monitorinqi vasitəsilə ölçülə bilər.

Tipik olaraq, alüminium tərkibli ərintilər daha yüksək temperaturda (>650 ° C), fosfor tərkibli təbəqələr isə AlInP üçün mümkün istisnalarla daha aşağı temperaturda (<650 ° C) yetişdirilir. Telekommunikasiya proqramları üçün istifadə edilən AlInGaAs və InGaAsP ərintiləri üçün arsinin krekinq temperaturunda fərq prosesin idarə edilməsini fosfinlə müqayisədə daha sadə edir. Bununla belə, aktiv təbəqələrin həkk olunduğu epitaksial yenidən böyümə üçün fosfinə üstünlük verilir. Antimonid materialları üçün, AlSb-yə məqsədsiz (və ümumiyyətlə arzuolunmaz) karbon birləşməsi, müvafiq prekursor mənbəyinin olmaması, ərintilərin seçimini məhdudlaşdırması və beləliklə, antimonid artımının MOCVD tərəfindən mənimsənilməsi səbəbindən baş verir.

Yüksək gərgin təbəqələr üçün, müntəzəm olaraq arsenide və fosfid materiallarından istifadə etmək bacarığı, gəmi maneələri və kompensasiya, məsələn, Gaasp maneələri və İngaas Quantum Wells (QWS) kimi kompensasiya mümkündür.

Xülasə

MBE ümumiyyətlə Mocvd-dan daha çox in-situ monitorinq variantlarına malikdir. Epitaxial artım, ayrıca idarə olunan substrat temperaturu tərəfindən tənzimlənir, in-suyunun daha aydın, birbaşa, birbaşa, anlayışını başa düşməsinə imkan verən substrat temperaturu tərəfindən tənzimlənir.

MOCVD, prekursorun kimyasını dəyişdirərək mürəkkəb yarımkeçiricilər, nitridlər və oksidlər də daxil olmaqla geniş çeşidli materialların yerləşdirilməsi üçün istifadə edilə bilən çox yönlü bir texnikadır. Böyümə prosesinin dəqiq idarə edilməsi elektronika, fotonika və optoelektronikada tətbiqlər üçün uyğunlaşdırılmış xüsusiyyətlərə malik mürəkkəb yarımkeçirici cihazların istehsalına imkan verir. MOCVD kamerasının təmizlənməsi vaxtları MBE-dən daha sürətlidir.

MOCVD paylanmış əks əlaqə (DFBs) lazerlərinin, basdırılmış heterostruktur cihazlarının və birləşmiş dalğa ötürücülərinin yenidən böyüməsi üçün əladır. Bu, yarımkeçiricinin yerində aşındırılmasını əhatə edə bilər. Buna görə də MOCVD monolit InP inteqrasiyası üçün idealdır. GaAs-da monolit inteqrasiya başlanğıc mərhələsində olsa da, MOCVD dielektrik maskalı sahələr emissiya/udma dalğa uzunluqlarını yerləşdirməyə kömək etdiyi selektiv sahə artımına imkan verir. MBE ilə bunu etmək çətindir, burada dielektrik maskada polikristal çöküntüləri yarana bilər.

Ümumiyyətlə, MBE Sb materialları üçün seçilən böyümə üsuludur və MOCVD P materialları üçün seçimdir. Hər iki böyümə texnikası As əsaslı materiallar üçün oxşar imkanlara malikdir. Elektronika kimi ənənəvi MBE bazarları indi MOCVD artımı ilə eyni dərəcədə yaxşı xidmət göstərə bilər. Bununla belə, kvant nöqtəsi və kvant kaskad lazerləri kimi daha inkişaf etmiş strukturlar üçün MBE tez-tez əsas epitaksiyaya üstünlük verilir. Epitaksial yenidən böyümə tələb olunarsa, o zaman MOCVD ümumiyyətlə aşındırma və maskalama çevikliyinə görə üstünlük verilir.