Zein dira MBE eta MOCVD teknologien arteko desberdintasunak?

Bi habe molekularreko epitaxia (MBE) eta metalezko produktu kimikoen gordailuak (MOCVD) erreaktoreek garbitzeko inguruneetan funtzionatzen dute eta metrologia tresnen multzo bera erabiltzen dute wafer karakterizaziorako. Iturri solidoak MBEk garbitasun handiko eta aitzindariak erabiltzen ditu efusio-zeluletan berotutako habe molekular bat sortzeko (hozteko erabilitako nitrogeno likidoarekin). Aitzitik, MOCVD lurrun prozesu kimiko bat da, iturri ultra hutsak eta gaseosoak erabiliz, gordailua gaitzeko eta gasaren banaketa eta murrizketa toxikoak behar ditu. Bi teknikek epitaxia berdinak sor ditzakete sistema material batzuetan, adibidez Arsenides. Besteak beste, teknika bat aukeratzea material, prozesu eta merkatu jakin batzuetarako eztabaidatzen da.

Habe molekularra epitaxia

MBE erreaktoreak normalean laginak transferitzeko ganbera bat (airera irekita, obleen substratuak kargatu eta deskargatu ahal izateko) eta hazkuntza-ganbera bat (normalean itxita, eta mantentze-lanetarako soilik airera irekita) ditu, non substratua hazkuntza epitaxialerako transferitzen den. . MBE erreaktoreek ultra-hutsean (UHV) baldintzetan funtzionatzen dute aire molekulen kutsadura saihesteko. Ganbera berotu daiteke kutsatzaile horien ebakuazioa azkartzeko, ganbera airera irekita egon bada.

Askotan, MBE erreaktore bateko epitaxiaren material iturriak erdieroale edo metal solidoak dira. Hauek urtze-puntuetatik haratago berotzen dira (i.e. iturri materiala lurruntzea) eraginkortasun-zeluletan. Hemen, atomoak edo molekulak MBE hutsezko ganberara bultzatzen dira irekidura txiki baten bidez, eta horrek izpi molekular oso norabidea ematen du. Honek substratu berotuan sartzen du; Normalean silizioa, galio arsenide (gaas) edo beste erdieroale batzuk bezalako kristal bakarreko materialez egina. Molekulak desegiten ez dituztela ematea, substratuaren gainazalean hedatu egingo dira, hazkunde epitaxiala sustatuz. Epitaxia geruzaren bidez eraikitako geruza da, geruza bakoitzaren konposizioa eta lodiera kontrolatuta, nahi diren propietate optikoak eta elektrikoak lortzeko.

Substratua zentralki muntatuta dago, hazkunde ganberaren barruan, kriosrozaz inguratutako titular bero batean, efusio zelulen eta obturatzaile sistemaren aurrean. Titularrak biratzen du deposizio uniformea ​​eta epitaxial lodiera emateko. Kronosjabeak nitrogeno likidoak dira, gainazaleko gainazalean harrapatzen ez diren ganbaran kutsatzaile eta atomoak harrapatzen dituztenak. Kutsatzaileak substratuaren defendazioa izan daitezke tenperatura altuetan edo habe molekularraren bidez "betez".

Ultra-High-Hutsean MBE erreaktoreen ganbera gaitzen da in situ monitorizazio tresnak gordetzeko prozesua kontrolatzeko. Hausnarketa Energia handiko elektroien difrakzioa (RHEED) hazkundearen gainazala kontrolatzeko erabiltzen da. Laser Reflectice, Irudi Termikoak eta Analisi Kimikoak (Masa-espektrometria, Auger espektrometria) landutako materialaren konposizioa aztertzen da. Beste sentsore batzuk tenperaturak, presioak eta hazkunde tasak neurtzeko erabiltzen dira, prozesuko parametroak denbora errealean egokitzeko.

Hazkunde-tasa eta doikuntza

Hazkunde epitaxialaren tasa, normalean, monolayer baten herena da (0,1nm, 1Å) segundoko fluxu-tasa (substratuaren gainazalera iristen diren atomo kopurua, iturburu-tenperaturak kontrolatuta) eta substratuaren tenperatura (substratuen gainazalean dauden atomoen propietate difusiboak eta haien desortzioak, substratuaren beroak kontrolatuta). Parametro horiek independente egokitu eta kontrolatzen dira MBE erreaktorearen barruan, epitaxial prozesua optimizatzeko.

Hazkunde-tasak eta material ezberdinen hornikuntza pertsiana sistema mekaniko baten bidez kontrolatuz, aleazio ternario eta kuaternarioak eta geruza anitzeko egiturak fidagarri eta behin eta berriz hazi daitezke. Jarri ondoren, substratua poliki-poliki hozten da estres termikoa saihesteko eta bere egitura eta propietate kristalinoak ezaugarritzeko probatzen da.

Mbe-ren ezaugarri materialak

MBEn erabiltzen diren III-V materialen sistemen ezaugarriak hauek dira:

● Silikokia: Siliziozko substratuetan hazteak tenperatura oso altuak behar ditu oxidoaren desortzioa ziurtatzeko (>1000 °C), beraz, berogailu espezializatuak eta obleen euskarriak behar dira. Saretik konstantearen eta hedapen koefizientearen desegokitzearen inguruko arazoek silizioan III-V hazkundea I+G gai aktibo bihurtzen dute.

●  Antimonioa: III-Sb erdieroaleetarako, substratuaren tenperatura baxuak erabili behar dira gainazaletik desortzioa ekiditeko. Tenperatura altuetan "ez-kongruentzia" ere gerta daiteke, non espezie atomiko bat lehentasunez lurrundu daitekeen material ez-estekiometrikoak uzteko.

● fosforoa: III-P aleazioetarako, ganberaren barrualdean fosforoa metatuko da, eta denbora asko behar duen garbiketa-prozesu bat behar du eta horrek ekoizpen-lan laburrak bideraezin bihur ditzake.

Lurrun metaketa kimiko metal-organikoa

MOCVD erreaktoreak tenperatura altuko eta urez hoztutako erreakzio-ganbera du. Substratuak RF, erresistentzia edo IR beroketaren bidez berotutako grafito suszeptore batean kokatzen dira. Gas erreaktiboak bertikalki injektatzen dira substratuen gaineko prozesu-ganberan. Geruzaren uniformetasuna tenperatura, gas-injekzioa, gas-fluxu osoa, suszeptoreen biraketa eta presioa optimizatuz lortzen da. Gas garraiatzaileak hidrogenoa edo nitrogenoa dira.

Geruza epitaxialak gordetzeko, MOCVD-k oso altu gabeko metalezko metalezkoak erabiltzen ditu, hala nola, Gallium edo Trimethylaluminium-en trimethylgallium bezalako aluminiorako, talde-III Elementuetarako (arsine eta fosfina) aluminiorako (arsine eta fosfina) talde-v elementuetarako. Metal-organikoak gas-fluxuen burbuiletan daude. Prozesuen ganberan injektatutako kontzentrazioa metalezko eta garraiatzailearen gasaren fluxuaren tenperaturaren eta presioaren arabera zehazten da burbuilaren bidez.

Erreaktoreek substratuaren gainazalean erabat deskonposatzen dute hazkunde-tenperaturan, metalezko atomoak eta azpiproduktu organikoak kaleratzea. Erreaktoreen kontzentrazioa doitzen da, III-V aleazio egiturak ekoizteko, lurrunaren nahasketa doitzeko exekuzio / irteera aldatzeko sistema batekin batera.

Substratua normalean kristal bakarreko material bat da, esate baterako, galio arsenide, indium fosfuroa edo zafiroa. Aitzindarien gasak injektatzen diren erreakzio ganberaren barruan kargatzen da. Metalezko organikoen eta beste gas batzuen zati handi batek atzeratu gabeko hazkunde ganbera beroaren bidez bidaiatzen du, baina kopuru txikia da, baina substratu beroaren gainazalean xurgatzen diren azpiespezie-materialak sortuz. Gainazaleko erreakzio batek, ondoren, III-V elementuak geruza epitaxial bihurtzea lortzen du. Bestela, gainazaletik desortzea gerta daiteke, erabili gabeko erreaktibo eta erreakzio produktuak ganberatik ebakuatuz. Gainera, aitzindariek gainazalaren hazkunde negatiboa 'eragin dezakete, esaterako, Gaas / Algaas-en karbono dopinean eta etxido dedikatuko iturriekin. Suscepterrek epitaxiaren konposizio eta lodiera koherentea bermatzeko biratzen du.

MOCVD erreaktorean behar den hazkuntza-tenperatura aitzindarien pirolisiaren arabera zehazten da batez ere, eta gero gainazaleko mugikortasunari dagokionez optimizatzen da. Hazkunde-tasa burbuiletan dauden III taldeko metal-organiko iturrien lurrun-presioaren arabera zehazten da. Gainazaleko difusioa gainazaleko urrats atomikoek eragiten dute, eta, sarritan, desorientatutako substratuak erabiltzen dira arrazoi horregatik. Siliziozko substratuetan hazteak oso tenperatura altuko etapak behar ditu oxidoaren desortzioa (>1000 °C) bermatzeko, berogailu espezializatuak eta obleen substratu-euskarriak.

Erreaktorearen hutsezko presioa eta geometria esan nahi du in situ jarraipen teknikak MBEren artean aldatzen direla, MBEk aukera gehiago eta konfiguragarritasuna ditu. MOCVD-rako, Emissitiba zuzentua pirometria erabiltzen da in situ, azaleko gainazaleko tenperatura neurtzeko (urruneko, neurketa termokoptua ez bezala); islabitutasuna azalera hosto eta hazkunde epitaxialaren tasa analizatu ahal izango da; Wafer branka laserra hausnarketarekin neurtzen da; eta hornitutako kontzentrazio organometalikoak ultrasoinu gasaren jarraipen bidez neurtu daitezke, hazkunde prozesuaren zehaztasuna eta erreproduktibitatea handitzeko.

Normalean, aluminioa duten aleazioak tenperatura altuagoetan hazten dira (>650 °C), fosforoa duten geruzak, berriz, tenperatura baxuagoetan (<650 °C), AlInPren salbuespen posibleekin. Telekomunikazioen aplikazioetarako erabiltzen diren AlInGaAs eta InGaAsP aleazioetarako, arsinaren pitzadura-tenperaturaren desberdintasunak prozesu-kontrola errazagoa egiten du fosfinarentzat baino. Hala ere, birhazkuntza epitaxialerako, non geruza aktiboak grabatuta daudenean, fosfina hobesten da. Antimonido materialen kasuan, nahi gabe (eta, oro har, nahi ez den) karbonoa AlSb-an sartzea gertatzen da, aitzindari-iturri egoki baten falta dela eta, aleazioen aukeraketa mugatuz eta, beraz, MOCVDk antimonidoaren hazkuntza hartzea.

Tentsio handiko geruzetarako, arseniuro eta fosfuro materialak ohikotasunez erabiltzeko gaitasuna dela eta, tentsio-oreka eta konpentsazioa posible da, esate baterako, GaAsP hesietarako eta InGaAs putzu kuantikoetarako (QWs).

Laburpen

MBEk, oro har, MOCVD baino in situ jarraipen aukera gehiago ditu. Hazkunde epitaxiala fluxu-tasa eta substratu tenperaturaren arabera doitzen da, bereizita kontrolatuta daudenak, eta in situ jarraipenarekin, hazkunde prozesuak askoz ere argiagoak, zuzenak eta ulertzeko aukera ematen du.

MOCVD oso polifazetikoa den teknika bat da, eta hainbat material metatzeko erabil daiteke, erdieroale konposatuak, nitruroak eta oxidoak barne, aitzindarien kimika aldatuz. Hazkuntza-prozesuaren kontrola zehatzak elektronika, fotonika eta optoelektronikako aplikazioetarako propietate egokituak dituzten gailu erdieroale konplexuak fabrikatzeko aukera ematen du. MOCVD ganbera garbitzeko denborak MBE baino azkarragoak dira.

MOCVD bikaina da distributed feedback (DFBs) laserrak, lurperatutako heteroegitura gailuak eta ipurdi-juntatutako uhin-gidak hazteko. Honek erdieroalearen in situ grabatzea izan dezake. MOCVD, beraz, aproposa da InP integrazio monolitikorako. GaAs-en integrazio monolitikoa hastapenetan dagoen arren, MOCVD-k eremu selektiboa haztea ahalbidetzen du, non maskaratutako eremu dielektrikoek igorpen/xurgapen uhin-luzerak espazioratzen laguntzen duten. Hori zaila da MBErekin egitea, non maskara dielektrikoaren gainean polikristal-gordailuak sor daitezkeen.

Orokorrean, MBE da SB Materialak eta MOCVD aukeratzeko aukeraketa metodoa P materialetarako aukera da. Bi hazkunde teknikek antzeko gaitasunak dituzte oinarritutako materialetarako. MBE-MBe-ren merkatu tradizionalak, elektronika esaterako, oso ondo zerbitzatu ahal izango dira MOCVD hazkundearekin. Hala ere, egitura aurreratuagoetarako, hala nola, puntu kuantikoa eta kaskada kuantikoa laserra, MBE nahiago izaten da oinarrizko epitaxia egiteko. Epitarioen birsortzea beharrezkoa bada, orduan MOCVD nahiago da, bere grabaketa eta maskarak malgutasuna dela eta.