Кои се разликите помеѓу MBE и MOCVD технологиите?

Двете молекуларни зрак епитаксијата (MBE) и металните-органски реактори на хемиски пареа (MOCVD) работат во околини за чистење и го користат истиот сет на алатки за метрологија за карактеризација на нафта. MBE со цврст извор користи висока чистота, елементарни прекурсори загреани во клетките на ефузија за да создадат молекуларен зрак за да овозможат таложење (со течен азот што се користи за ладење). Спротивно на тоа, MOCVD е процес на хемиски пареа, користејќи ултра-чиста, гасовити извори за да се овозможи таложење и бара токсично предавање и намалување на гас. Двете техники можат да произведат идентична епитакси во некои материјални системи, како што се арсениди. Се дискутира за изборот на една техника над друга за одредени материјали, процеси и пазари.

Епитаксија на молекуларен зрак

MBE реактор обично се состои од комора за пренос на примероци (отворена за воздух, за да се овозможи натоварување и растоварување на нафораните подлоги) и комора за раст (нормално затворена и отворена само за воздухот за одржување) каде што подлогата се пренесува за епитаксијален раст . Реакторите MBE работат во услови на ултра-висок вакуум (UHV) за да се спречи контаминација од молекулите на воздухот. Комората може да се загрее за да се забрза евакуацијата на овие загадувачи ако комората е отворена за воздух.

Често, изворните материјали на епитаксијата во MBE реактор се цврсти полупроводници или метали. Тие се загреваат надвор од нивните точки на топење (т.е. испарување на изворниот материјал) во изливните ќелии. Овде, атомите или молекулите се внесуваат во MBE вакуумската комора преку мала бленда, која дава високонасочен молекуларен зрак. Ова удира на загреаната подлога; обично направени од еднокристални материјали како силициум, галиум арсенид (GaAs) или други полупроводници. Под услов молекулите да не се десорбираат, тие ќе се дифузираат на површината на подлогата, промовирајќи епитаксијален раст. Епитаксијата потоа се гради слој по слој, при што составот и дебелината на секој слој се контролираат за да се постигнат саканите оптички и електрични својства.

Подлогата е поставена централно, во рамките на комората за раст, на загреаниот држач опкружен со криошилдс, свртен кон клетките на ефузија и системот за бленда. Носителот ротира за да обезбеди униформа таложење и епитаксична дебелина. Cryoshields се течни-азотни ладни плочи кои ги ставаат загадувачите и атомите во комората кои претходно не се заробени на површината на подлогата. Загадувачите можат да бидат од десорпција на подлогата на високи температури или со „над полнење“ од молекуларниот зрак.

Ултра-високиот вакуум MBE реактор комора овозможува да се користат алатки за мониторинг на лице место за контрола на процесот на таложење. Рефлексија на дифракција на електронски електронски високо-енергија (RHEED) се користи за следење на површината за раст. Ласерска рефлексија, термичка слика и хемиска анализа (масена спектрометрија, аугер спектрометрија) го анализираат составот на испарениот материјал. Другите сензори се користат за мерење на температурите, притисоците и стапките на раст со цел да се прилагодат параметрите на процесот во реално време.

Стапка на раст и прилагодување

Епитаксијалната стапка на раст, која обично е околу една третина од еднослојот (0,1 nm, 1Å) во секунда, е под влијание на стапката на флукс (бројот на атоми кои пристигнуваат на површината на подлогата, контролирана од температурата на изворот) и температурата на подлогата (што влијае на дифузните својства на атомите на површината на подлогата и нивната десорпција, контролирана од топлината на подлогата). Овие параметри се независно приспособени и надгледувани во рамките на реакторот MBE, за да се оптимизира епитаксијалниот процес.

Со контролирање на стапките на раст и снабдувањето со различни материјали со помош на механички систем за затворање, тројните и кватернерните легури и повеќеслојните структури може да се одгледуваат сигурно и постојано. По таложењето, подлогата полека се лади за да се избегне термички стрес и се тестира за да се карактеризира неговата кристална структура и својства.

Карактеристики на материјалот за MBE

Карактеристиките на III-V материјалните системи што се користат во MBE се:

●  Силикон: Растот на силиконските подлоги бара многу високи температури за да се обезбеди десорпција на оксид (> 1000 ° C), така што се потребни специјализирани грејачи и сопственици на нафта. Прашањата околу неусогласеноста во константа на решетки и коефициент на експанзија го прават растот на III-V на силикон активна тема за истражување и развој.

● Антимон: За III-Sb полупроводници, мора да се користат ниски температури на подлогата за да се избегне десорпција од површината. Може да се јави и „неусогласеност“ на високи температури, каде што еден атомски вид може да биде преференцијално испаруван за да остави не-стехиометриски материјали.

●  Фосфор: За легурите III-P, фосфорот ќе се депонира на внатрешната страна на комората, за што е потребен процес на чистење што одзема многу време, што може да ги направи кратките периоди на производство неостварливи.

Метално-органско хемиско таложење на пареа

Реакторот MOCVD има комора за реакција со висока температура, ладена со вода. Подлогите се позиционирани на графитен сензор загреан со RF, отпорно или IR загревање. Гасовите од реагенсот се вбризгуваат вертикално во процесната комора над подлогите. Еднообразноста на слојот се постигнува со оптимизирање на температурата, вбризгување на гас, вкупен проток на гас, ротација на сензорот и притисок. Носечките гасови се или водород или азот.

За да ги депонира епитаксијалните слоеви, MOCVD користи многу високо-чистота метални-органски претходници, како што се триметилгалиум за галиум или триметилалуминиум за алуминиум за елементите на групата III и хидрид (Арсин и фосфин) за елементите на Група-В. Металните-органите се содржани во меурчиња за проток на гас. Концентрацијата инјектирана во комората на процесот се одредува со температура и притисок на металниот-органски и носач на гас низ меурчето.

Реагенсите целосно се распаѓаат на површината на подлогата на температурата на раст, ослободувајќи ги металните атоми и органските нуспроизводи. Концентрацијата на реагенсите е прилагодена за да се произведат различни структури на легура III-V, заедно со систем за префрлување на трчање/отвор за прилагодување на мешавината на пареата.

Подлогата обично е еднокристална нафора на полупроводнички материјал како што се галиум арсенид, индиум фосфид или сафир. Натоварено е на подложникот во рамките на комората за реакција над која се инјектираат претходници на гасови. Голем дел од пареата метална-органска и други гасови патуваат низ загреаната комора за раст непроменета, но мала количина се подложува на пиролиза (пукање), создавајќи материјали за подвидови кои се апсорбираат на површината на топла подлога. Површинската реакција потоа резултира во вклучување на III-V елементите во епитаксичен слој. Алтернативно, може да се појави десорпција од површината, со неискористени реагенси и производи за реакција евакуирани од комората. Покрај тоа, некои прекурсори може да предизвикаат „негативен раст“ на површината, како што е во јаглерод допинг на GaaS/Algaas и со посветени извори на ечанти. Суксезорот ротира за да обезбеди постојан состав и дебелина на епитаксијата.

Температурата на раст потребна во реакторот MOCVD првенствено се одредува со потребната пиролиза на прекурсорите, а потоа се оптимизира во однос на подвижноста на површината. Стапката на раст се определува со притисокот на пареата на метално-органските извори од групата III во меурчињата. Површинската дифузија е под влијание на атомски чекори на површината, при што често се користат погрешно ориентирани подлоги поради оваа причина. Растот на силициумските подлоги бара многу високи температурни фази за да се обезбеди десорпција на оксидот (>1000°C), кои бараат специјализирани грејачи и држачи за подлогата за нафора.

Вакуумскиот притисок и геометријата на реакторот значи дека техниките за мониторинг на лице место варираат за оние на MBE, при што MBE генерално има повеќе опции и конфигурираност. За MOCVD, пирометријата корегирана со емисија се користи за мерење на температурата на површината на нафтата (наспроти далечинското, мерење на термопар); Рефлексивноста овозможува да се анализираат површинските групи и да се анализира стапката на епитаксијален раст; Нафтениот лак се мери со ласерско размислување; и испорачаните органометални концентрации можат да се мерат преку ултразвучно следење на гасот, за да се зголеми точноста и репродуктивноста на процесот на раст.

Вообичаено, легурите што содржат алуминиум се одгледуваат на повисоки температури (>650°C), додека слоевите кои содржат фосфор се одгледуваат на пониски температури (<650°C), со можни исклучоци за AlInP. За легурите AlInGaAs и InGaAsP, кои се користат за телекомуникациски апликации, разликата во температурата на пукање на арсинот ја прави контролата на процесот поедноставна отколку за фосфинот. Меѓутоа, за епитаксијален повторен раст, каде што активните слоеви се гравирани, се претпочита фосфинот. За антимонидните материјали, се случува ненамерно (и генерално несакано) инкорпорирање на јаглерод во AlSb, поради недостаток на соодветен извор на претходник, ограничување на изборот на легури и така навлегувањето на растот на антимонид од MOCVD.

За високо затегнати слоеви, заради можноста рутински да се користат арсенид и фосфидни материјали, можно е балансирање на вирус и компензација, како на пример за бариерите GAASP и Quantum бунарите на Ingaas (QWS).

Резиме

MBE генерално има повеќе опции за набудување на лице место од MOCVD. Епитаксијалниот раст се прилагодува со стапката на флукс и температурата на подлогата, кои се одделно контролирани, со придружен мониторинг на лице место овозможува многу појасно, директно, разбирање на процесите на раст.

MOCVD е високо разноврсна техника што може да се користи за депонирање на широк спектар на материјали, вклучително и сложени полупроводници, нитриди и оксиди, со разликување на хемијата на претходникот. Прецизната контрола на процесот на раст овозможува изработка на сложени полупроводнички уреди со прилагодени својства за апликации во електроника, фотоника и оптоелектроника. Времето на чистење на коморите MOCVD се побрзи од MBE.

MOCVD е одличен за прераспределување на дистрибуираните ласери за повратна информација (DFBS), закопани уреди за хетероструктура и брановидни зглобови. Ова може да вклучува и-лице место за гравирање на полупроводникот. Затоа, MOCVD е идеален за монолитна интеграција во INP. Иако монолитната интеграција во ГАА е во повој, MOCVD овозможува селективно раст на областа, каде што диелектричните маскирани области помагаат во просторот на брановите на емисија/апсорпција. Ова е тешко да се направи со MBE, каде што може да се формираат поликристални наслаги на диелектричната маска.

Општо, MBE е метод на раст на избор за SB материјали и MOCVD е избор за P материјали. И двете техники на раст имаат слични можности за AS-базирани материјали. Традиционалните пазари само за MBE, како што е електрониката, сега можат да се служат подеднакво добро со растот на MOCVD. Како и да е, за понапредни структури, како што се квантната точка и квантните ласери на каскада, МБЕ често се претпочита за основната епитакси. Ако е потребна епитаксична ретроспектива, тогаш генерално се претпочита MOCVD, заради неговата флексибилност за гравирање и маскирање.