مقایسه بین MBE (Molecular Beam Epitaxy) و MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

ویژگی های مشترک MBE و MOCVD

محیط کاری:

هم MBE و همMOCVDدر محیط های اتاق تمیز کار می کنند.

دامنه کاربرد:

در برخی از سیستم های مواد، مانند آرسنید ها، هر دو تکنیک می توانند اثرات اپیتاکسیال مشابهی ایجاد کنند.

تفاوت بین MBE و MOCVD

اصول کار MBE (Molecular Beam Epitaxy):

MBE از پیشگامان عنصر با خلوص بالا استفاده می کند که در یک تبخیرگر گرم می شوند تا پرتوهای مولکولی برای رسوب ایجاد کنند.معمولاً در شرایط خلاء فوق العاده بالا (UHV) کار می کند تا از آلودگی توسط مولکول های هوا جلوگیری شود.

ساختار تجهیزات:

MBE از یک اتاق انتقال نمونه و یک اتاق رشد تشکیل شده است. اتاق رشد معمولاً مهر و موم شده و فقط در طول تعمیرات باز می شود. بستر بر روی یک لامپ گرم نصب می شود،احاطه شده توسط یک صفحه سرد خنک شده با نیتروژن مایع برای جذب ناخالصی ها و اتم هایی که در سطح بستر گیر نمی آیند.

ابزار نظارت:

MBE از ابزارهای نظارت در محل مانند بازتاب دیفرانسه الکترون با انرژی بالا (RHEED) برای نظارت بر سطح رشد، بازتاب لیزر، ترموگرافی،و تجزیه و تحلیل شیمیایی (اسپکترومتری جرم)دیگر سنسورها درجه حرارت، فشار و سرعت رشد را اندازه گیری می کنند تا پارامترهای فرآیند را در زمان واقعی تنظیم کنند.

نرخ رشد:

به طور معمول، نرخ رشد حدود یک سوم یک لایه تک لایه در ثانیه (0.1 نانومتر، 1 Å) است.کنترل شده توسط دمای منبع) و دمای بستر (که بر ویژگی های انتشار و دزورپشن اتم ها در بستر تأثیر می گذارد)نرخ رشد و عرضه مواد توسط سیستم های شاتر مکانیکی کنترل می شوند، که رشد قابل اعتماد و تکرار شده از آلیاژ های سه گانه و چهار گانه و سازه های چند لایه را امکان پذیر می کند.

مشخصات مواد:

• سیلیکون:دمای بالا (> 1000 °C) برای رشد بر روی زیربناهای سیلیکون مورد نیاز است تا از پس گرفتن اکسید ها اطمینان حاصل شود. این امر نیاز به بخاری های ویژه و لوازم زیربنایی دارد.عدم تطابق در ثابت های شبکه و ضریب گسترش حرارتی باعث می شود رشد مواد III-V بر روی سیلیکون یک موضوع تحقیقاتی فعال باشد.

• آمیتیمون:برای نیمه هادی های III-Sb، دمای پایین بستر مورد نیاز است تا از دزورپشن از سطح جلوگیری شود. دمای بالا ممکن است باعث عدم سازگاری شود.در صورتی که یک نوع اتمی به طور ترجیحی تبخیر شود، مواد را با نسبت غیر استیکیومتریک رها می کند.

• فسفر:برای آلیاژ های III-P، فسفر ممکن است در داخل اتاق جمع شود، که نیاز به یک فرآیند تمیز کردن طولانی دارد، که می تواند تولید کوتاه را غیرممکن کند.

• لایه های فشرده شده:به طور معمول، دمای زیربنایی پایین تر برای کاهش انتشار اتمی در سطح مورد نیاز است، بنابراین احتمال آرامش لایه را کاهش می دهد. این می تواند منجر به نقص شود،به عنوان کاهش تحرک اتمی باعث ایجاد حفره در لایه اپیتاکسیال می شود، که ممکن است غلاف شود و باعث شکست شود.

اصول کار MOCVD (تخلیه بخار شیمیایی فلزی-آلی):

MOCVD یک فرآیند بخار شیمیایی است که از منابع گازی بسیار خالص برای رسوب استفاده می کند، که نیاز به رسیدگی به گاز های سمی و درمان آنها دارد.پیشگامان فلزی آلی (مانند ترمیتیل گالیوم برای عناصر گروه III و هیدریدهایی مانند آرسین و فسفن برای عناصر گروه V) برای رسوب لایه اپیتاسیال استفاده می شوند.

ساختار تجهیزات:

MOCVD دارای یک اتاق واکنش با دمای بالا و خنک شده با آب است که در آن بستر ها بر روی پایه های گرافیتی قرار می گیرند که با RF، مقاومت یا گرمایش مادون قرمز گرم می شوند.گاز های واکنش عمودی به اتاق فرآیند بالای بستر تزریق می شوند..

ابزار نظارت:

MOCVD از ترموگرافی با تصحیح انتشار برای اندازه گیری دمای in-situ سطح بستر استفاده می کند؛ بازتابی برای تجزیه و تحلیل خشکی سطح و نرخ رشد اپیتاسیال استفاده می شود.بازتاب لیزر برای اندازه گیری خم شدن بستر استفاده می شود، و نظارت فوق صوتی گاز کمک می کند تا غلظت پیشگامان فلز آلی را برای بهبود دقت و تکرار فرآیند رشد ردیابی کند.

شرایط رشد:

دمای رشد در درجه اول توسط الزامات تجزیه حرارتی پیشگامان تعیین می شود و سپس برای مهاجرت سطح بهینه می شود.نرخ رشد توسط فشار بخار منابع متال آلی III-V در فاز گازی تنظیم می شودبرای آلیاژ های حاوی آلومینیوم، دمای بالاتر (>650°C) برای رشد مورد نیاز است، در حالی که لایه های مبتنی بر فسفر در دمای پایین تر (<650°C) رشد می کنند، اگرچه AlInP ممکن است استثنا باشد..

مشخصات مواد:

• لایه های فشار بالا:با توجه به توانایی استفاده معمولی از آرسنیدها و فسفیدها ، تعادل و جبران فشارهای قابل دستیابی است ، مانند موانع GaAsP و چاه های کوانتومی InGaAs (QWs).

• آنتی مونید:رشد MOCVD مواد آنتی مونید محدود است زیرا منابع پیشگام مناسب وجود ندارد، که منجر به ترکیب غیرمنتظره (و معمولاً ناخواسته) کربن در AlSb می شود.که انتخاب آلیاژ را محدود می کند و مانع استفاده از MOCVD برای رشد آنتی مونیید می شود..

خلاصه

گزینه های نظارت:

MBE به طور معمول گزینه های بیشتری برای نظارت در محل نسبت به MOCVD ارائه می دهد، با رشد اپیتاسیال که با نرخ جریان و دمای بستر تنظیم می شود. این پارامترها به طور جداگانه کنترل می شوند،و نظارت در محل مرتبط با آن،، درک مستقیم تر از روند رشد.

کاربرد مواد:

MOCVD یک تکنیک بسیار متنوع است. با تغییر شیمی پیشگام، طیف گسترده ای از مواد از جمله نیمه هادی های ترکیبی، نیترید ها و اکسید ها می توانند سپرده شوند.زمان تمیز کردن در اتاق های MOCVD سریع تر از MBE است.

مزیت های کاربرد:

MBE روش ترجیح داده شده برای رشد مواد Sb است، در حالی که MOCVD به طور معمول برای مواد P ترجیح داده می شود. برای مواد مبتنی بر آرسنید، هر دو تکنیک دارای قابلیت های مشابهی هستند.برای ساختارهای پیشرفته تر مانند نقاط کوانتومی و لیزرهای کوانتومی، MBE معمولاً روش ترجیح داده شده برای epitaxy پایه است. MOCVD اغلب به دلیل انعطاف پذیری در حکاکی و ماسک زدن برای رشد مجدد epitaxial پس از آن ترجیح داده می شود.

کاربردهای ویژه:

MOCVD برای لیزرهای بازخورد توزیع شده (DFB) ، دستگاه های هتروساختاری دفن شده و رشد مجدد موج های متصل مناسب است که ممکن است شامل حکاکی نیمه هادی در محل باشد.MOCVD همچنین برای ادغام InP تک تراشه استفاده می شوددر حالی که ادغام تک تراشه GaAs هنوز در مراحل اولیه خود است، MOCVD می تواند رشد منطقه انتخابی را به دست آورد و در جداسازی طول موج انتشار / جذب کمک کند.چالش هایی در این زمینه دارد، زیرا رسوب های پلی کریستال در ماسک های دی الکتریک شکل می گیرند.

توصیه محصولات مرتبط

2' N نیمه هادی زیربنایی Si Dopant Gallium Arsenide GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED