از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد

(برگرفته از اپیتاکسی فاز بخار متالارگانیک )

تصویری از روند

اپیتاکسی فاز بخار متالارگانیک ( MOVPE )، همچنین به عنوان اپیتاکسی فاز بخار آلی فلزی ( OMVPE ) یا رسوب بخار شیمیایی متالارگانیک ( MOCVD )، [1] یک روش رسوب بخار شیمیایی است که برای تولید لایه های نازک تک یا چند بلوری استفاده می شود. این فرآیندی برای رشد لایه های کریستالی برای ایجاد ساختارهای چند لایه نیمه هادی پیچیده است. [2] بر خلاف اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE)، رشد کریستال ها از طریق واکنش شیمیایی است و نه رسوب فیزیکی. این اتفاق می افتد نه در خلاء ، بلکه ازفاز گاز در فشارهای متوسط ​​(10 تا 760 تور ). به این ترتیب، این تکنیک برای تشکیل دستگاه‌هایی که دارای آلیاژهای متاپایدار ترمودینامیکی هستند، ترجیح داده می‌شود، [ نیازمند منبع ] و به یک فرآیند اصلی در ساخت اپتوالکترونیک ، مانند دیودهای ساطع نور تبدیل شده است. این در سال 1968 در مرکز علمی هوانوردی آمریکای شمالی (بعداً راکول بین المللی ) توسط هارولد ام. مناسویت اختراع شد.

اصول اولیه [ ویرایش ]

در MOCVD گازهای پیش ساز فوق خالص به یک راکتور تزریق می شوند، معمولاً با یک گاز حامل غیر واکنشی. برای نیمه هادی III-V، یک متال آلی می تواند به عنوان پیش ساز گروه III و یک هیدرید برای پیش ساز گروه V استفاده شود. به عنوان مثال، ایندیم فسفید را می توان با پیش سازهای تری متیلندیم ((CH 3 ) 3 In) و فسفین (PH 3 ) رشد داد.

همانطور که پیش سازها به ویفر نیمه هادی نزدیک می شوند، تحت پیرولیز قرار می گیرند و زیرگونه ها روی سطح ویفر نیمه هادی جذب می شوند. واکنش سطحی زیرگونه های پیش ساز منجر به ادغام عناصر در یک لایه اپیتاکسیال جدید از شبکه کریستالی نیمه هادی می شود. در رژیم رشد محدود با حمل و نقل انبوه که در آن راکتورهای MOCVD به طور معمول کار می کنند، رشد توسط فوق اشباع گونه های شیمیایی در فاز بخار هدایت می شود. [3] MOCVD می تواند فیلم های حاوی ترکیبی از گروه III و گروه V ، گروه II و گروه VI ، گروه IV را رشد دهد.

دمای تجزیه در اثر حرارت مورد نیاز با افزایش استحکام پیوند شیمیایی پیش ساز افزایش می یابد. هر چه اتم های کربن بیشتری به اتم فلز مرکزی متصل شوند، پیوند ضعیف تر است. [4] انتشار اتم ها در سطح بستر تحت تأثیر مراحل اتمی روی سطح است.

فشار بخار منبع آلی فلزی گروه III یک پارامتر کنترل مهم برای رشد MOCVD است، زیرا نرخ رشد را در رژیم محدود حمل و نقل انبوه تعیین می کند. [5]

اجزای راکتور [ ویرایش ]

دستگاه MOCVD

در روش رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD)، گازهای واکنش دهنده در دماهای بالا در راکتور ترکیب می شوند تا برهمکنش شیمیایی ایجاد کنند و در نتیجه مواد بر روی بستر رسوب کنند.

راکتور محفظه ای ساخته شده از ماده ای است که با مواد شیمیایی مورد استفاده واکنش نشان نمی دهد. همچنین باید در برابر دمای بالا مقاومت کند. این محفظه از دیوارهای راکتور، آستر، یک گیرنده ، واحدهای تزریق گاز و واحدهای کنترل دما تشکیل شده است. معمولاً دیواره های راکتور از فولاد ضد زنگ یا کوارتز ساخته می شوند. شیشه های سرامیکی یا مخصوص مانند کوارتز، اغلب به عنوان پوشش در محفظه راکتور بین دیواره راکتور و گیرنده استفاده می شود. برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، آب خنک کننده باید از طریق کانال های داخل دیواره های راکتور جریان داشته باشد. یک بستر روی یک گیره که در دمای کنترل شده قرار دارد می نشیند . سوسپتور از ماده ای مقاوم در برابر دما و ترکیبات متالارگانیک استفاده شده ساخته شده است، اغلب از ماشین کاری می شود.گرافیت . برای رشد نیتریدها و مواد مرتبط، یک پوشش ویژه، معمولاً از نیترید سیلیکون یا کاربید تانتالم ، روی گیره گرافیت برای جلوگیری از خوردگی توسط گاز آمونیاک (NH 3 ) ضروری است.

یکی از انواع راکتورهایی که برای انجام MOCVD استفاده می شود، راکتور دیوار سرد است. در یک راکتور دیوار سرد، زیرلایه توسط یک پایه پشتیبانی می شود که به عنوان یک گیرنده نیز عمل می کند. پایه / گیرنده منشا اولیه انرژی گرمایی در محفظه واکنش است. فقط سوسپتور گرم می شود، بنابراین گازها قبل از رسیدن به سطح ویفر داغ واکنش نشان نمی دهند. پایه/گیرنده از مواد جاذب تشعشع مانند کربن ساخته شده است. در مقابل، دیواره های محفظه واکنش در یک راکتور دیوار سرد معمولاً از کوارتز ساخته شده است که تا حد زیادی در برابر تابش الکترومغناطیسی شفاف است.. دیوارهای محفظه واکنش در یک راکتور دیوار سرد، با این حال، ممکن است به طور غیرمستقیم توسط گرمای تابش شده از پایه/گیرنده داغ گرم شوند، اما سردتر از پایه/گیرنده و بستری که پایه/گیرنده از آن پشتیبانی می‌کند، باقی می‌مانند.

در CVD دیوار داغ، کل محفظه گرم می شود. ممکن است لازم باشد که برخی از گازها قبل از رسیدن به سطح ویفر از قبل ترک شوند تا به ویفر بچسبند.

سیستم ورودی و سوئیچینگ گاز [ ویرایش ]

گاز از طریق دستگاه‌هایی به نام «حباب‌ساز» معرفی می‌شود. در یک حباب‌ساز، یک گاز حامل (معمولاً هیدروژن در رشد آرسنید و فسفید یا نیتروژن برای رشد نیترید) از طریق مایع متالارگانیک حباب می‌شود ، که مقداری بخار فلز آلی را می‌گیرد و به راکتور منتقل می‌کند. مقدار بخار متالارگانیک منتقل شده به سرعت جریان گاز حامل و دمای حباب بستگی دارد و معمولاً با استفاده از یک سیستم کنترل گاز فیدبک اندازه گیری غلظت اولتراسونیک به طور خودکار و دقیق ترین کنترل می شود. باید برای بخارات اشباع در نظر گرفته شود .

سیستم نگهداری فشار [ ویرایش ]

سیستم اگزوز و تمیز کردن گاز . محصولات زائد سمی باید برای بازیافت (ترجیحا) یا دفع به زباله های مایع یا جامد تبدیل شوند. در حالت ایده آل، فرآیندهایی برای به حداقل رساندن تولید ضایعات طراحی خواهند شد.

پیش سازهای آلی فلزی [ ویرایش ]

نیمه هادی های رشد یافته توسط MOCVD [ ویرایش ]

نیمه هادی های III-V [ ویرایش ]

نیمه هادی های II-VI [ ویرایش ]

نیمه هادی های چهارم [ ویرایش ]

نیمه هادی های IV-V-VI [ ویرایش ]

محیط زیست، بهداشت و ایمنی [ ویرایش ]

از آنجایی که MOCVD به فناوری تولید به خوبی تثبیت شده است، نگرانی‌های مرتبط با تأثیر آن بر ایمنی پرسنل و جامعه، تأثیرات زیست‌محیطی و حداکثر مقادیر مجاز مواد خطرناک (مانند گازها و فلزات آلی) در عملیات ساخت دستگاه وجود دارد. ایمنی و همچنین مراقبت های محیطی مسئولانه به عوامل اصلی مهم در رشد کریستال های نیمه هادی های ترکیبی مبتنی بر MOCVD تبدیل شده اند. با رشد استفاده از این تکنیک در صنعت، تعدادی از شرکت ها نیز در طول سال ها رشد و تکامل یافته اند تا تجهیزات جانبی مورد نیاز برای کاهش ریسک را فراهم کنند. این تجهیزات شامل اما نه محدود به سیستم‌های تحویل خودکار گاز و مواد شیمیایی کامپیوتری، حسگرهای سمی و گازهای حامل است که می‌توانند مقادیر تک رقمی ppb گاز را تشخیص دهند.[6]

همچنین ببینید [ ویرایش ]

منابع