MBE және MOCVD технологиялары арасындағы айырмашылықтар қандай?

Молекулярлық сәулелік эпитаксис (MBE) және металл-органикалық химиялық буларды тұндыру (MOCVD) реакторлары таза бөлме жағдайында жұмыс істейді және пластинаның сипаттамасы үшін метрологиялық құралдардың бірдей жиынтығын пайдаланады. Қатты көзден алынған MBE тұндыру мүмкіндігін беретін молекулалық сәулені жасау үшін эффузия жасушаларында қыздырылған жоғары таза, элементарлы прекурсорларды пайдаланады (салқындату үшін сұйық азотпен). Керісінше, MOCVD - бұл тұндыруды қамтамасыз ету үшін өте таза, газ тәрізді көздерді пайдаланатын химиялық бу процесі және улы газды беруді және азайтуды қажет етеді. Екі әдіс те кейбір материалдық жүйелерде, мысалы, арсенидтерде бірдей эпитаксия жасай алады. Белгілі бір материалдар, процестер және нарықтар үшін бір техниканы екіншісінен таңдау талқыланады.

Молекулалық сәулелер эпитаксиі

MBE реакторы әдетте үлгіні тасымалдау камерасынан (вафельді субстраттарды жүктеуге және түсіруге мүмкіндік беру үшін ауаға ашық) және субстрат эпитаксиалды өсу үшін тасымалданатын өсу камерасын (әдетте тығыздалған және тек техникалық қызмет көрсету үшін ауаға ашық) қамтиды. . MBE реакторлары ауа молекулаларымен ластануды болдырмау үшін ультра жоғары вакуумда (UHV) жұмыс істейді. Егер камера ауаға ашық болса, осы ластаушы заттардың эвакуациялануын жеделдету үшін камераны қыздыруға болады.

Көбінесе MBE реакторындағы эпитаксияның бастапқы материалдары қатты жартылай өткізгіштер немесе металдар болып табылады. Бұлар эффузия жасушаларында балқу нүктелерінен (яғни бастапқы материалдың булануы) тыс қызады. Мұнда атомдар немесе молекулалар MBE вакуумдық камерасына жоғары бағытталған молекулалық сәулені беретін шағын апертура арқылы жіберіледі. Бұл қыздырылған субстратқа әсер етеді; әдетте кремний, галлий арсениді (GaAs) немесе басқа жартылай өткізгіштер сияқты монокристалды материалдардан жасалған. Молекулалар десорбцияланбаған жағдайда, олар субстрат бетінде диффузияланып, эпитаксиалды өсуге ықпал етеді. Содан кейін эпитаксия қабат-қабат жиналады, әр қабаттың құрамы мен қалыңдығы қажетті оптикалық және электрлік қасиеттерге қол жеткізу үшін бақыланады.

Суброт орталықтандырылған, өсу камерасында, қыздырылған ұстағышта, криофилдермен қоршалған, эффузиялық жасушалар мен ысырма жүйесіне қарсы тұрады. Ұстаушы біркелкі тұндыру және эпитаксиалды қалыңдық беру үшін айналады. Криофильдер - бұл сұйық-азоттың салқындатылған тақталары, олар бұрын субстрат бетіне түспейтін камерадағы ластаушы заттар мен атомдар. Ластаушы заттар субстраттың десорбциясынан, жоғары температурада немесе молекулалық сәуледен «толтырыңыз».

Ультра жоғары вакуумдық MBE реакторлары камерасы тұндыру процесін бақылау үшін Situ-ны бақылау құралдарын пайдалануға мүмкіндік береді. Жоғары қуатты электронды дифракция (Rheed) дифракциясы (Rheed) өсу бетін бақылау үшін қолданылады. Лазерлік шағылысу, термиялық бейнелеу және химиялық талдау (масс-спектрометрия, Auger спектрометриясы) буланған материалдардың құрамын талдайды. Технологиялық параметрлерді нақты уақыт режимінде реттеу үшін температура, қысым және өсу қарқынын өлшеу үшін басқа сенсорлар қолданылады.

Өсім деңгейі және түзету

Монолайердің үштен бір бөлігін (0,1н, 1е 1) эпитаксиальды өсу қарқыны, бұл флюкс мөлшерлемесі әсер етеді (көз температурасы басқаратын субстрат бетіне келетін атомдар саны) және субстрат температурасы (бұл субстраттар бетіне және олардың десорбциясы, олардың десорбциясы, олардың десорбциясы қандай әсер етеді). Бұл параметрлер эпитаксиальды процесті оңтайландыру үшін MBE реакторында дербес реттеледі және бақыланады.

Өсім қарқынын бақылау және әр түрлі материалдармен жабдықтау арқылы механикалық ысырма жүйесін, лерерлік және төрттік қорытпаларды және көп қабатты конструкцияларды қолдана отырып, әр түрлі материалдармен қамтамасыз ету арқылы сенімді және бірнеше рет өсіруге болады. Тұтқаннан кейін термиялық стресстен аулақ болып, оның кристалды құрылымы мен қасиеттерін сипаттау үшін сыналған субстрат баяу салқындатылады.

MBE үшін материалдық сипаттамалар

MBE-де қолданылатын III-V материалдық жүйелерінің сипаттамалары:

●  Кремний: Кремний төсемдерінде өсу оксидтің десорбциясын (>1000°C) қамтамасыз ету үшін өте жоғары температураны қажет етеді, сондықтан арнайы жылытқыштар мен вафли ұстағыштары қажет. Тор тұрақтысы мен кеңею коэффициентіндегі сәйкессіздікке қатысты мәселелер кремнийдің III-V өсімін ҒЗТКЖ белсенді тақырыбына айналдырады.

● Сингностика: III-SB жартылай өткізгіштері үшін төменгі субстрат температурасы бетінен қалмас үшін қолданылуы керек. Жоғары температурада «конфигурация» да болуы мүмкін, мұнда бір атом түрлері стоичиометриялық емес материалдарды қалдыру үшін көп болуы мүмкін.

●  Фосфор: III-P қорытпалары үшін фосфор камераның ішкі бөлігінде тұндырады, бұл ұзақ уақытты қажет ететін тазалау процесін талап етеді, бұл қысқа өндірісті жарамсыз етуі мүмкін.

Металл-органикалық химиялық булардың тұндыру

MOCVD реакторында жоғары температуралы, сумен салқындатылатын реакциялық камера бар. Субстраттар РЖ, резистивті немесе ИҚ қыздыру арқылы қыздырылатын графит қабылдағышқа орналастырылады. Реагент газдары астарлардың үстіндегі технологиялық камераға тігінен айдалады. Қабаттың біркелкілігі температураны, газды айдауды, жалпы газ ағынын, сенсордың айналуын және қысымды оңтайландыру арқылы қол жеткізіледі. Тасымалдаушы газдар сутегі немесе азот болып табылады.

Эпитаксиальды қабаттарды салуға, MOCVD-тің жоғары тазалық металл-прекурсорлары, мысалы, галлийге арналған триметилгалий немесе Group-V элементтері үшін галлийге арналған триметилгалий немесе алюминийге арналған триметилуминині (Arsine және фосфон) үшін (арсин және фосфон)) Металл-органиктер газ ағындарының көпірлерінде орналасқан. Технологиялық камераға енгізілген концентрация көпіршіктер арқылы металл-органикалық және тасымалдаушы газдың қысымымен анықталады.

Реагенттер субстрат бетіне өсіп келе жатқан температурада, металл атомдар мен органикалық жанама өнімдерді шығарады. Реагенттердің концентрациясы әр түрлі, III-V қорытпалар құрылымын шығару үшін түзетіледі, бұл бумен араластыруды реттеуге арналған / желдеткіш коммутациялық жүйесімен бірге реттеледі.

Субстрат әдетте галий арсениді, индий фосфиді немесе сапфир сияқты жартылай өткізгіш материалдың бір кристалды пластинасы болып табылады. Ол прекурсорлық газдар айдалатын реакция камерасындағы сенсорға жүктеледі. Буланған металл-органикалық заттардың және басқа да газдардың көп бөлігі қыздырылған өсу камерасы арқылы өзгермейді, бірақ аз бөлігі пиролизге (крекингке) ұшырап, ыстық субстраттың бетіне сіңетін кіші түрдегі материалдарды жасайды. Содан кейін беттік реакция III-V элементтердің эпитаксиалды қабатқа қосылуына әкеледі. Немесе, пайдаланылмаған реагенттер мен реакция өнімдері камерадан эвакуацияланып, бетінен десорбция болуы мүмкін. Сонымен қатар, кейбір прекурсорлар GaAs/AlGaAs көміртегі легирлеуі сияқты беттің «теріс өсуін» тудыруы мүмкін. Сусептор эпитаксияның дәйекті құрамы мен қалыңдығын қамтамасыз ету үшін айналады.

MOCVD реакторында талап етілетін өсу температурасы, ең алдымен, прекурсорлардың қажетті пиролизімен анықталады, содан кейін беттік ұтқырлыққа қатысты оңтайландырылған. Өсім қарқыны көпіршіктердегі III металлет-органикалық көздердің бу қысымымен анықталады. Беттік диффузияға арналған беті, бетіне атом қадамдары әсер етеді, бұл себептермен металлдары жиі қолданыла бастайды. Кремний субстраттарының өсуі оксидтің десорбциясын (> 1000 ° C), талап ететін оксидтің десорбциясын, талап ететін және вафли субстрат ұстаушыларын қамтамасыз ету үшін өте жоғары температуралық кезеңдерді қажет етеді.

Реактордың вакуумдық қысымы мен геометриясы ин-ситуалды бақылау әдістері MBE-ге ұқсайтынын білдіреді, ал MBE әдетте көбірек опциялар мен конфигурациялануға ие. MOCVD үшін эмиссивтілігі түзетілген пирометрия in-situ, пластинка бетінің температурасын өлшеу үшін қолданылады (қашықтықтан, термопаралық өлшеуге қарағанда); шағылысу бетінің кедір-бұдырлануын және эпитаксиалды өсу жылдамдығын талдауға мүмкіндік береді; вафельді садақ лазерлік шағылысу арқылы өлшенеді; және жеткізілетін металлорганикалық концентрацияларды өсу процесінің дәлдігі мен қайталану мүмкіндігін арттыру үшін ультрадыбыстық газ мониторингі арқылы өлшеуге болады.

Әдетте алюминий бар қорытпалар жоғары температурада өсіріледі (> 650 ° C), аллинп үшін фосфор бар қабаттары төмен температурада (<650 ° C) өседі, алинп үшін мүмкін болатын ерекше жағдайлары бар. Alingaas және Alingaas және Ingaaspl қорытпалары үшін Telecoms қосымшалары үшін пайдаланылған, арсиннің крекинг температурасындағы айырмашылық процесті фосфинге қарағанда қарапайым етеді. Алайда, эпитаксиальды қайта өсуі үшін белсенді қабаттар пайда болған кезде фосфония қажет. Монсодиидті материалдар үшін, абайлап (және жалпы қажетсіз) көміртекті ALSB-ге орналастыру үшін, алсске, алқапшалардың дұрыс емес көзінің болмауына байланысты, сондықтан қорытпаларды таңдау және MOCVD антимонидтерінің өсуіне байланысты пайда болады.

Жоғары деңгейлі қабаттар үшін, арсендидті және фосфидті немесе фосфидті пайдалану, штамм теңгерімдеу және өтемақы, мысалы, гаасас барлаушылар мен ингаас кванттық ұңғымалар (QWS).

Қысқаша мазмұндама

MBE әдетте Mocvd-тен гөрі Situ-да көбірек бақылау нұсқалары бар. Эпитаксиальды өсім ағынның таралуы және бөлек бақыланатын субстрат температурасы бойынша түзетіледі, олар бөлек бақыланады, олар бөлу процестерін тікелей, тікелей, түсінуге мүмкіндік береді.

MOCVD - бұл жоғары әмбебап техника, оны көптеген материалдарды, соның ішінде күрделі жартылай өткізгіштерді, нитридтер мен оксидтерді, ал протрустің прекурсорлық химияны өзгерту арқылы пайдалануға болады. Өсу процесін нақты бақылау электроника, фотоника және оптоэлектроникадағы қосымшаларға арналған арнайы семықүйектер құруға мүмкіндік береді. Mocvd камерасын тазарту уақыты MBE-ге қарағанда тезірек.

MOCVD таратылған кері байланыстың (DFB) лазерлерінің, жерленген гетерострукта құрылғыларының және бөкселердегі толқындардың қайта өсуіне өте жақсы. Бұған жартылай өткізгішті алу кіруі мүмкін. MOCVD, сондықтан монолитті интеграция үшін өте қолайлы. ГАА-да монолитті интеграция өзінің нәресте кезінде болғанымен, MOCVD селективті аймақтың өсуіне мүмкіндік береді, мұнда диэлектрлік маскалар алаңдары шығарылу / сіңіру толқындарының ұзындығын анықтайды. Бұл MBE-мен жасау қиын, мұнда поликристаль кен орындары диэлектрлік маскада пайда болуы мүмкін.

Жалпы алғанда, MBE - SB материалдары мен MOCVD үшін таңдаудың өсу әдісі - P материалдар үшін таңдау. Өсудің де әдістері де қолданыстағы материалдар үшін ұқсас мүмкіндіктерге ие. Электроника сияқты дәстүрлі MBE-нарықтарды енді MOCVD өсуімен бірдей жақсы қызмет етуге болады. Алайда, кванттық нүкте және кванттық каскадты лазерлер сияқты дамыған құрылымдар үшін, MBE көбінесе эпитакси үшін артықшылық беріледі. Егер эпитаксиальды қайта өсу қажет болса, онда Mocvd, әдетте, икемділікті маскирлеуге байланысты артықшылықты.