Vergelijking tussen MBE (Molecular Beam Epitaxy) en MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Gemeenschappelijke kenmerken van MBE en MOCVD

Werkomgeving:

Zowel MBE alsMOCVDwerken in een cleanroom.

Toepassingsgebied:

In bepaalde materialsystemen, zoals arseniden, kunnen beide technieken vergelijkbare epitaxiale effecten produceren.

Verschillen tussen MBE en MOCVD

MBE (moleculaire balkepitase) werkingsbeginsel:

MBE maakt gebruik van hoogzuivere elementaire precursoren, die in een verdamper worden verwarmd om moleculaire bundels voor afzetting te vormen.Het werkt meestal onder ultrahoge vacuümomstandigheden (UHV) om verontreiniging door luchtmoleculen te voorkomen.

Vervaardiging:

MBE bestaat uit een monsteroverdrachtkamer en een groeicamer. De groeicamer is meestal verzegeld en wordt alleen geopend tijdens onderhoud. Het substraat is gemonteerd op een verwarmd apparaat,omgeven door een met vloeibare stikstof gekoelde koude scherm om onzuiverheden en atomen die niet op het substraatoppervlak worden gevangen, op te vangen.

Monitoringtools:

MBE maakt gebruik van in-situ-monitoringtools zoals Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED) om het groeiplaatsvlak te controleren, laserreflectie, thermografie,en chemische analyse (massaspectrometrie)Andere sensoren meten temperatuur, druk en groeisnelheid om procesparameters in realtime aan te passen.

Groeipercentage:

De groeisnelheid bedraagt meestal ongeveer een derde van een monolaag per seconde (0,1 nm, 1 Å).gecontroleerd door de brontemperatuur) en de substraattemperatuur (wat van invloed is op de diffusie- en desorptie-eigenschappen van atomen op het substraat)De groeisnelheden en de materiaalvoorziening worden door mechanische sluitersystemen geregeld, waardoor de betrouwbare en herhaalbare groei van drie- en viervoudige legeringen en meerlagige structuren mogelijk is.

Materiële kenmerken:

• Silicium:Om de desorptie van oxiden te waarborgen, zijn hoge temperaturen (> 1000°C) vereist voor de groei op siliciumsubstraten.De mismatch in roosterconstanten en thermische uitbreidingscoëfficiënten maakt de groei van III-V materialen op silicium een actief onderzoeksonderwerp.

• Antimon:Voor III-Sb-halfgeleiders zijn lage substraattemperaturen vereist om desorptie van het oppervlak te voorkomen.- wanneer een atoomsoort bij voorkeur wordt verdampt, waardoor het materiaal een niet-stoichiometrische verhouding heeft.

• Fosfor:Voor III-P-legeringen kan fosfor zich in de kamer opslaan, wat een langdurig reinigingsproces vereist, waardoor korte productietijden onmogelijk kunnen zijn.

• Gespannen lagen:Meestal zijn lagere substraattemperaturen nodig om de atomaire diffusie op het oppervlak te verminderen, waardoor de kans op laagrelaxatie wordt verminderd.als verminderde atoommobiliteit veroorzaakt leegtes in de epitaxiale laag, die kunnen worden ingekapseld en storingen kunnen veroorzaken.

MOCVD (metalen-organische chemische dampdepositie)

MOCVD is een chemisch dampproces waarbij ultrazuivere gasvormige bronnen voor de afzetting worden gebruikt, waarbij giftige gassen moeten worden behandeld.Metaal-organische precursoren (zoals trimethylgallium voor elementen van groep III en hydriden zoals arsine en fosfine voor elementen van groep V) worden gebruikt voor de afzetting van de epitaxiale laag.

Vervaardiging:

MOCVD beschikt over een met water gekoelde reactiekamer met een hoge temperatuur, waarin substraten worden geplaatst op grafietbasis die wordt verwarmd door RF, resistieve of infraroodverwarming.Reactiegassen worden verticaal in de proceskamer boven het substraat geïnjecteerd.

Monitoringtools:

MOCVD maakt gebruik van thermografie met emissiviteitscorrectie voor in-situ temperatuurmeting van het substraatoppervlak; reflectiviteit wordt gebruikt voor de analyse van de oppervlaktrauwheid en de epitaxiale groeisnelheid.Laserreflectie wordt gebruikt om de buiging van het substraat te meten, en ultrasone gasmonitoring helpt bij het volgen van de concentratie van de organische metaalvoorlopers om de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van het groeiproces te verbeteren.

Groeiomstandigheden:

De groeitemperatuur wordt voornamelijk bepaald door de vereisten voor thermische ontbinding van de precursoren en vervolgens geoptimaliseerd voor oppervlakte migratie.De groeisnelheid wordt bepaald door de dampdruk van de III-V metaal-organische bronnen in de gasfaseVoor aluminiumhoudende legeringen zijn voor groei meestal hogere temperaturen (> 650°C) vereist, terwijl fosforhoudende lagen bij lagere temperaturen (< 650°C) groeien, hoewel AlInP een uitzondering kan zijn..

Materiële kenmerken:

• Hoogspanningslagen:Vanwege de mogelijkheid om conventioneel arseniden en fosfiden te gebruiken, kunnen de spanningsbalancering en compensatie worden bereikt, zoals met GaAsP-barrières en InGaAs-quantumputten (QW's).

• Antimoniden:De MOCVD-groei van antimonide-materialen is beperkt omdat er geen geschikte voorlopersbronnen zijn, wat leidt tot de onbedoelde (en meestal ongewenste) opname van koolstof in AlSb,die de keuze van legeringen beperkt en het gebruik van MOCVD voor antimonidegroei belemmert.

Samenvatting

Monitoringsopties:

MBE biedt doorgaans meer in-situ-bewakingsmogelijkheden dan MOCVD, waarbij de epitaxiale groei wordt aangepast aan de stroming en de substraattemperatuur.In de eerste plaats is het belangrijk dat de, meer direct begrip van het groeiproces.

Materiaal toepasbaarheid:

MOCVD is een zeer veelzijdige techniek. Door de chemie van de voorloper te variëren, kan een breed scala aan materialen worden afgezet, waaronder samengestelde halfgeleiders, nitriden en oxiden.De reinigingstijd in MOCVD-kamers is sneller dan in MBE.

Toepassingsvoordelen:

MBE is de voorkeursmethode voor Sb-materiaalgroei, terwijl MOCVD meestal de voorkeur krijgt voor P-materialen.Voor meer geavanceerde structuren zoals kwantumpunten en kwantumcascade lasersMOCVD wordt vaak de voorkeur gegeven voor daaropvolgende epitaxiale hergroei vanwege de flexibiliteit in etsen en maskeren.

Bijzondere toepassingen:

MOCVD is geschikt voor verspreide feedback (DFB) lasers, begraven heterostructuren en hergroei van gekoppelde golfleiders, waaronder in-situ etsen van halfgeleiders.MOCVD wordt ook gebruikt voor single-chip InP integratieHoewel de integratie van een enkele GaAs-chip nog in een vroeg stadium ligt, kan MOCVD selectieve gebiedsgroei bereiken, wat de scheiding van emissie/absorptiegolflengten bevordert.heeft uitdagingen op dit gebied, aangezien op dielektrische maskers polycrystalline afzettingen ontstaan.

Gerelateerde product aanbeveling

2' N Halfgeleidersubstraat Si Dopant Gallium Arsenide GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED