Кіріспе

Ұсақ қабаттарды (поликристалл және бір кристалл) өндіру әдісі Металл органикалық бу фазасы эпитаксиясы (MOVPE), сондай-ақ органикалық металл бу фазасы эпитаксиясы (OMVPE) немесе металл органикалық химиялық будың жиналуы (MOCVD) деп аталады, бұл бір немесе поликристалл ұсақ қабаттарды өндіру үшін қолданылатын химиялық будың жиналу әдісі. Бұл күрделі жартылай өткізгіш көпқабатты құрылымдарды құру үшін кристалдық қабаттарды өсіру процесі. Молекулалық сәуле эпитаксиінен (МБЭ) айырмашылығы, кристаллдар физикалық емес, химиялық реакция арқылы өседі. Бұл вакуумда емес, орташа қысымдағы (10 - 760 Torr) газ фазасынан жүзеге асырылады. Осылайша, бұл әдіс термодинамикалық метатұрақ қорытпаларды қамтитын құрылғыларды қалыптастыру үшін артықшылық береді және ол оптоэлектрониканы, мысалы, жарық сәулелерін шығаратын диодтарды өндіруде негізгі процесс болып табылады, оның ең кең таралған қолданысы. Ол алғаш рет 1967 жылы Солтүстік Америка авиациясының (кейін Роквелл Интернешнл) автонетика бөлімінде Анахайм қаласында Харольд М. Манасевит көрсетті.

Негізгі қағидалар

MOCVD-да реакторға, әдетте реактивті емес тасымалдаушы газбен бірге, ультратаза прекурсорлық газдар енгізіледі. III V жартылай өткізгіш үшін металл органикалық зат III топтың прекурсоры ретінде және V топтың прекурсоры үшін гидрид ретінде пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, индий фосфиді триметилиндий ((CH3) 3In) және фосфин (PH3) прекурсорларымен өсірілуі мүмкін. Алдын ала компоненттер жартылай өткізгіштің пластинкасына жақындаған сайын, олар пиролизге ұшырайды және жартылай өткізгіш пластинкасының бетіне субтүрлер сіңіреді. Алдын ала түрлердің беткі реакциясы элементтердің жартылай өткізгіш кристалл тордың жаңа эпитаксиалдық қабатына қосылуына әкеледі. Мобильді-электрлік реакторлардың жұмыс істеу режимінде өсіп-өнудің себебі бу фазасындағы химиялық түрлердің аса қанығуымен байланысты. MOCVD III және V топтардың, II топтың және VI топтың, IV топтың комбинацияларын қамтитын пленкаларды өсіре алады. Қажетті пиролиз температурасы прекурсордың химиялық байланысының беріктігі артуымен артады. Көміртек атомдары металл атомдарына неғұрлым көп қосылса, соғұрлым әлсіз болады. Субстрат бетіндегі атомдардың диффузиясына бетіндегі атомдық қадамдар әсер етеді. ІІІ топтағы металл органикалық көздің бу қысымы - бұл MOCVD өсуінің маңызды бақылау параметрі, өйткені ол массалық тасымалдауды шектейтін режимдегі өсу қарқынын анықтайды.

Реактордың құрамдас бөліктері

Металл органикалық химиялық будың жиналуы (MOCVD) әдісі бойынша реактивті газдар реакторда жоғары температурада қосылып, химиялық өзара әрекеттесуді тудырады, нәтижесінде материалдардың субстратқа жиналуы болады. Реактор - химиялық заттармен реакцияға түспейтін материалдан жасалған камера. Сонымен қатар, ол жоғары температураға төтеп беруі керек. Бұл камера реактор қабырғаларынан, қаптамадан, рецептордан, газды инъекциялау блоктарынан және температураны бақылау блоктарынан тұрады. Реактор қабырғалары көбінесе тот баспайтын болаттан немесе кварцтан жасалады. Квартц сияқты керамикалық немесе арнайы шынылар реактор камерасында реактор қабырғасы мен рецептордың арасындағы қаптама ретінде жиі қолданылады. Ашығудың алдын алу үшін реактор қабырғаларындағы арналар арқылы салқындату суы ағып өтуі керек. Субстрат бақылау температурасында болатын рецептордың үстінде орналасады. Тұтынушы температураға төзімді материалдан және металл органикалық қосылыстардан жасалады, көбінесе графиттен өңделеді. Нитридтер мен ұқсас материалдарды өсіру үшін графит қабылдаушы элементінде аммиак (NH3) газының коррозиясын болдырмау үшін арнайы жабыны, әдетте кремний нитриді немесе тантал карбиді қажет. MOCVD-ді жүзеге асыру үшін қолданылатын реактордың бір түрі - суық қабырғалы реактор. Суық қабырғалы реакторда субстрат тұғырға тіреледі, ол да тұтқыр ретінде әрекет етеді. Тұғыры / тұтқыны реакциялық камерадағы жылу энергиясының негізгі көзі болып табылады. Тек рецептор қыздырылады, сондықтан газдар қызған пластинканың бетіне жеткенше реакцияға түспейді. Пьедестал/сусцептор сәулеленуді сіңіретін материалдан, мысалы көміртектен жасалған. Керісінше, суық қабырғалы реактордағы реакциялық камераның қабырғалары әдетте электромагниттік сәулеленуге айқын квартстан жасалады. Алайда, суық қабырғалы реактордағы реакциялық камера қабырғалары ыстық тұғырықтан / тұғырықтан сәулеленетін жылумен жанама қыздырылуы мүмкін, бірақ тұғырықтан / тұғырықтан және тұғырықтан / тұғырықтан тұратын субстраттан салқын болады. Ыстық қабырғалы КЖЖ кезінде бүкіл камера қыздырылады. Бұл кейбір газдар пластинканың бетіне жетуден бұрын алдын ала жарылуы үшін қажет болуы мүмкін, сонда олар пластинкаға жабыса алады.

Газдың кіру және ауысу жүйесі

Газ "бульбашкалар" деп аталатын құрылғылар арқылы енгізіледі. Бабллерде тасымалдаушы газ (әдетте арсенид пен фосфидтің өсуі үшін сутек немесе нитридтің өсуі үшін азот) металл органикалық сұйықтық арқылы бұршақпен шашылады, ол металл органикалық буды жинап, реакторға жеткізеді. Тасымалданатын металл органикалық будың мөлшері тасымалдаушы газдың ағыны мен шашырауыштың температурасына байланысты және әдетте автоматты түрде және ең дәл түрде ультрадыбыстық концентрацияны өлшейтін кері байланыс газын басқару жүйесін пайдалану арқылы бақыланады. Қаныққан булар үшін рұқсат етілуі тиіс.

Қысымды ұстап тұру жүйесі

Газ шығару және тазарту жүйесі. Токсикалық қалдықтар қайта өңдеу (қажетті түрде) немесе жою үшін сұйық немесе қатты қалдықтарға айналуы керек. Идеалдық жағдайда процестер қалдық өнімдерін барынша азайту үшін жасалады.

Қоршаған орта, денсаулық және қауіпсіздік

MOCVD өндіріс технологиясы қалыптасқандықтан, оның персонал мен қоғам қауіпсіздігіне, қоршаған ортаға әсеріне және құрылғыны өндіру кезінде рұқсат етілген қауіпті материалдардың (газдар мен металл органикалық заттар) ең жоғары мөлшерлеріне әсер етуіне байланысты да алаңдаушылықтар күшейіп келеді. Қауіпсіздік пен қоршаған ортаға жауапкершілікпен қарау құрама жартылай өткізгіштердің MOCVD негізделген кристалл өсіруінде аса маңызды факторларға айналды. Бұл техниканы өнеркәсіпте қолданудың өсуімен қатар, бірқатар компаниялар да өсіп, жылдар бойы дамуымен тәуекелді азайту үшін қажетті қосымша жабдықтарды қамтамасыз етуде. Бұл жабдықтарға автоматтандырылған газ және химиялық жеткізу жүйелері, газдың бір сандық ppb мөлшерін анықтайтын токсикалық және тасымалдаушы газды иіскейтін сенсорлар және, әрине, GaAs және InGaAsP сияқты мышьяк құрайтын қорытпалардың өсуінде болуы мүмкін токсикалық материалдарды толықтай ұстап алу үшін азайту жабдықтары кіреді, бірақ олармен шектелмейді.