So sánh giữa MBE (Molecular Beam Epitaxy) và MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Đặc điểm chung của MBE và MOCVD

Môi trường làm việc:

Cả MBE vàMOCVDhoạt động trong môi trường phòng sạch.

Phạm vi ứng dụng:

Trong một số hệ thống vật liệu nhất định, chẳng hạn như arsenide, cả hai kỹ thuật đều có thể tạo ra hiệu ứng epitaxial tương tự.

Sự khác biệt giữa MBE và MOCVD

MBE (Molecular Beam Epitaxy) Nguyên tắc làm việc:

MBE sử dụng các nguyên tố tiền chất tinh khiết cao, được nung nóng trong một máy bay bốc hơi để tạo thành các chùm phân tử để lắng đọng.Nó thường hoạt động trong điều kiện chân không cực cao (UHV) để ngăn ngừa ô nhiễm bởi các phân tử không khí.

Cấu trúc thiết bị:

MBE bao gồm một buồng chuyển mẫu và một buồng phát triển. Buồng phát triển thường được niêm phong và chỉ được mở trong quá trình bảo trì.được bao quanh bởi một màn hình lạnh được làm mát bằng nitơ lỏng để nắm bắt các tạp chất và nguyên tử không bị bắt trên bề mặt chất nền.

Công cụ giám sát:

MBE sử dụng các công cụ giám sát in situ như Phân xạ điện tử năng lượng cao (RHEED) để giám sát bề mặt phát triển, phản xạ laser, nhiệt học,và phân tích hóa học (phần phổ khối lượng)Các cảm biến khác đo nhiệt độ, áp suất và tốc độ tăng trưởng để điều chỉnh các thông số quy trình trong thời gian thực.

Tỷ lệ tăng trưởng:

Thông thường, tốc độ tăng trưởng là khoảng một phần ba của một lớp đơn mỗi giây (0,1 nm, 1 Å).được kiểm soát bởi nhiệt độ nguồn) và nhiệt độ chất nền (tác động đến đặc điểm khuếch tán và khử hấp thụ của các nguyên tử trên chất nền)Tốc độ tăng trưởng và nguồn cung cấp vật liệu được kiểm soát bởi các hệ thống màn trập cơ học, cho phép tăng trưởng đáng tin cậy và lặp lại của hợp kim ba và bốn và các cấu trúc đa lớp.

Đặc điểm vật liệu:

• Silicon:Nhiệt độ cao (> 1000 ° C) là cần thiết để phát triển trên nền silicon để đảm bảo khử oxit. Điều này đòi hỏi các máy sưởi đặc biệt và thiết bị nền.Sự không phù hợp trong hằng số lưới và hệ số mở rộng nhiệt làm cho sự phát triển của các vật liệu III-V trên silicon trở thành một chủ đề nghiên cứu tích cực.

• Antimon:Đối với các chất bán dẫn III-Sb, nhiệt độ nền thấp là cần thiết để ngăn chặn sự hấp thụ từ bề mặt.- khi một loài nguyên tử được bốc hơi ưu tiên, để lại vật liệu với một tỷ lệ không theo stochiometric.

• Phốt pho:Đối với hợp kim III-P, phốt pho có thể lắng đọng bên trong buồng, đòi hỏi một quy trình làm sạch lâu dài, có thể làm cho các đợt sản xuất ngắn không thể thực hiện được.

• Lớp căng:Thông thường, nhiệt độ nền thấp hơn là cần thiết để giảm sự khuếch tán nguyên tử trên bề mặt, do đó làm giảm khả năng thư giãn lớp.như giảm vận động nguyên tử gây ra lỗ hổng trong lớp biểu trục, có thể bị đóng gói và gây hỏng.

Nguyên tắc làm việc của MOCVD (Meta-Organic Chemical Vapor Deposition):

MOCVD là một quá trình hơi hóa học sử dụng các nguồn khí cực sạch để lắng đọng, đòi hỏi phải xử lý các khí độc hại và xử lý chúng.Các tiền chất kim loại hữu cơ (như trimethylgallium cho các nguyên tố nhóm III và hydro như arsine và phosphine cho các nguyên tố nhóm V) được sử dụng để lắng đọng lớp biểu trục.

Cấu trúc thiết bị:

MOCVD có một buồng phản ứng làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao, nơi các chất nền được đặt trên các cơ sở graphite được nung nóng bằng RF, kháng hoặc sưởi ấm hồng ngoại.Các khí phản ứng được tiêm theo chiều dọc vào buồng quá trình phía trên chất nền.

Công cụ giám sát:

MOCVD sử dụng nhiệt học với điều chỉnh phát xạ để đo nhiệt độ in-situ của bề mặt chất nền; độ phản xạ được sử dụng để phân tích độ thô bề mặt và tốc độ tăng trưởng epitaxial.Phản xạ laser được sử dụng để đo độ uốn cong của chất nền, và giám sát khí siêu âm giúp theo dõi nồng độ của các tiền chất kim loại hữu cơ để cải thiện độ chính xác và khả năng lặp lại quá trình phát triển.

Điều kiện phát triển:

Nhiệt độ tăng trưởng chủ yếu được xác định bởi các yêu cầu phân hủy nhiệt của các tiền chất và sau đó được tối ưu hóa cho di cư bề mặt.Tốc độ tăng trưởng được điều chỉnh bởi áp suất hơi của các nguồn kim loại hữu cơ III-V trong giai đoạn khíĐối với hợp kim có chứa nhôm, nhiệt độ cao hơn (> 650 ° C) thường được yêu cầu để phát triển, trong khi các lớp dựa trên phốt pho phát triển ở nhiệt độ thấp hơn (< 650 ° C), mặc dù AlInP có thể là một ngoại lệ.

Đặc điểm vật liệu:

• Lớp căng cao:Do khả năng sử dụng arsenide và phosphide theo cách thông thường, cân bằng và bù đắp căng thẳng có thể đạt được, chẳng hạn như với các rào cản GaAsP và giếng lượng tử InGaAs (QW).

• Antimonide:Tăng trưởng MOCVD của vật liệu antimonide bị hạn chế vì thiếu các nguồn tiền chất thích hợp, dẫn đến sự kết hợp vô tình (và thường không mong muốn) của carbon trong AlSb,hạn chế sự lựa chọn hợp kim và cản trở việc sử dụng MOCVD để tăng trưởng antimonide.

Tóm lại

Các tùy chọn giám sát:

MBE thường cung cấp nhiều tùy chọn theo dõi in situ hơn MOCVD, với sự tăng trưởng epitaxial được điều chỉnh bởi tốc độ luồng và nhiệt độ chất nền.và giám sát in situ tương quan cung cấp một, hiểu rõ hơn về quá trình phát triển.

Áp dụng vật liệu:

MOCVD là một kỹ thuật rất linh hoạt. Bằng cách thay đổi hóa học tiền thân, một loạt các vật liệu có thể được lắng đọng, bao gồm các chất bán dẫn hợp chất, nitrid và oxit.Thời gian làm sạch trong các buồng MOCVD nhanh hơn so với MBE.

Ưu điểm ứng dụng:

MBE là phương pháp được ưa thích cho sự phát triển vật liệu Sb, trong khi MOCVD thường được ưa thích cho vật liệu P. Đối với vật liệu dựa trên arsenide, cả hai kỹ thuật đều có khả năng tương tự.Đối với các cấu trúc tiên tiến hơn như các điểm lượng tử và laser thác lượng tử, MBE thường là phương pháp được ưa thích cho epitaxy cơ sở. MOCVD thường được ưa thích cho sự tái phát epitaxial tiếp theo do tính linh hoạt trong khắc và che đậy.

Ứng dụng đặc biệt:

MOCVD phù hợp với các laser phản hồi phân tán (DFB), các thiết bị cấu trúc đa dạng chôn vùi và tái phát triển các đường dẫn sóng kết nối, có thể bao gồm khắc in-situ của các chất bán dẫn.MOCVD cũng được sử dụng để tích hợp InP chip duy nhấtTrong khi hội nhập chip đơn GaAs vẫn còn ở giai đoạn đầu, MOCVD có thể đạt được sự tăng trưởng khu vực chọn lọc, giúp tách các bước sóng phát xạ / hấp thụ.có những thách thức trong lĩnh vực này, vì trầm tích polycrystalline có xu hướng hình thành trên mặt nạ dielectric.

Đề xuất sản phẩm liên quan

2' N chất nền bán dẫn Si Dopant Gallium Arsenide GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED