Cad iad na difríochtaí idir teicneolaíochtaí MBE agus MOCVD?

Feidhmíonn imoibritheoirí epitaxy léas móilíneach (MBE) agus miotail-orgánach sil-leagan ceimiceach gaile (MOCVD) i dtimpeallachtaí seomra glan agus úsáideann siad an tsraith chéanna uirlisí méadreolaíochta le haghaidh tréithriú sliseog. Úsáideann foinse soladach MBE réamhtheachtaithe eiliminteacha ardíonachta a théitear i gcealla eisilte chun léas móilíneach a chruthú chun sil-leagan a chumasú (le nítrigin leachtach a úsáidtear le haghaidh fuaraithe). I gcodarsnacht leis sin, is próiseas ceimiceach gaile é MOCVD, a úsáideann foinsí gásacha ultra-íona chun sil-leagan a chumasú, agus éilíonn sé láimhsiú agus laghdú gáis tocsaineacha. Is féidir leis an dá theicníc epitaxy comhionann a tháirgeadh i roinnt córas ábhar, mar shampla arsenides. Déantar plé ar theicníc amháin thar an gceann eile maidir le hábhair, próisis agus margaí ar leith.

Epitaxy Bhíoma Mhóilíneach

Is iondúil go gcuimsíonn imoibreoir MBE seomra aistrithe samplach (oscailte don aer, chun ligean do fhoshraitheanna sliseog a luchtú agus a dhíluchtú) agus seomra fáis (séalaithe de ghnáth, agus gan a bheith oscailte don aer le haghaidh cothabhála) áit a n -aistrítear an tsubstráit le haghaidh fás eipiciúil . Feidhmíonn imoibreoirí MBE i gcoinníollacha folúis ard-ard (UHV) chun éilliú ó mhóilíní aeir a chosc. Is féidir an seomra a théamh chun aslonnú na n -ábhar salaithe seo a luathú má bhí an seomra oscailte don aer.

Go minic, is leathsheoltóirí soladacha nó miotail iad na bunábhair a bhaineann le epitaxy in imoibreoir MBE. Déantar iad seo a théamh thar a leáphointí (i.e. galú bunábhar) i gcealla eisilte. Anseo, déantar adaimh nó móilíní a thiomáint isteach i bhfolússheomra MBE trí chró beag, rud a thugann léas móilíneach ardtreoch. Cuireann sé seo isteach ar an tsubstráit téite; a dhéantar de ghnáth as ábhair aonchriostail cosúil le sileacan, arsainíd ghailliam (GaAs) nó leathsheoltóirí eile. Ar choinníoll nach ndéanann na móilíní dí-asú, beidh siad idirleata ar dhromchla an tsubstráit, ag cur fás epitaxial chun cinn. Ansin déantar an epitaxy ciseal tógtha suas le ciseal, le comhdhéanamh agus tiús gach sraithe á rialú chun na hairíonna optúla agus leictreacha atá ag teastáil a bhaint amach.

Tá an tsubstráit suite go lárnach, laistigh den seomra fáis, ar shealbhóir téite atá timpeallaithe ag cryoshields, ag tabhairt aghaidh ar na cealla eisiltigh agus an córas cróluas. Rothlaíonn an sealbhóir chun sil -leagan aonfhoirmeach agus tiús eipiciúil a sholáthar. Is éard atá sna Cryoshields ná plátaí fuaraithe leachta-nítrigine a ghabhann le hábhair shalaithe agus adaimh sa seomra nach bhfuil gafa roimhe seo ar dhromchla an tsubstráit. Is féidir leis na hábhair shalaithe a bheith as dí -asú an tsubstráit ag teochtaí arda nó trí ‘ró -líonadh’ ón léas móilíneach.

Leis an seomra imoibreora MBE ultra-ard-fholús is féidir uirlisí monatóireachta in-situ a úsáid chun an próiseas sil-leagan a rialú. Úsáidtear díraonadh leictreoin ardfhuinnimh (RHEED) chun monatóireacht a dhéanamh ar an dromchla fáis. Déanann frithchaitheamh léasair, íomháú teirmeach, agus anailís cheimiceach (mais-speictriméadracht, speictriméadracht Auger) anailís ar chomhdhéanamh an ábhair ghalaithe. Úsáidtear braiteoirí eile chun teocht, brú agus rátaí fáis a thomhas chun paraiméadair phróisis a choigeartú i bhfíor-am.

Ráta fáis agus coigeartú

Tá tionchar ag an ráta fáis epitaxial, atá de ghnáth thart ar an tríú cuid de monolayer (0.1nm, 1Å) in aghaidh an tsoicind, ag an ráta flosc (líon na n-adamh ag teacht ar dhromchla an tsubstráit, arna rialú ag teocht an fhoinse) agus teocht an tsubstráit. (a dhéanann difear d'airíonna idirleata na n-adamh ar dhromchla an fhoshraitheanna agus ar a n-asú, arna rialú ag teas an tsubstráit). Déantar na paraiméadair seo a choigeartú go neamhspleách agus monatóireacht a dhéanamh orthu laistigh den imoibreoir MBE, chun an próiseas epitaxial a bharrfheabhsú.

Trí rátaí fáis a rialú agus soláthar ábhair éagsúla ag baint úsáide as córas comhla meicniúil, is féidir cóimhiotail thrínártha agus cheathartha agus struchtúir ilchiseal a fhás go hiontaofa agus arís agus arís eile. Tar éis é a thaisceadh, déantar an tsubstráit a fhuaraithe go mall chun strus teirmeach a sheachaint agus déantar tástáil air chun a struchtúr agus a airíonna criostalach a thréithriú.

Saintréithe ábhar do MBE

Is iad seo a leanas na saintréithe atá ag córais ábhair III-V a úsáidtear in MBE:

● sileacain: Éilíonn fás ar fhoshraitheanna sileacain teochtaí an -ard chun dí -asú ocsaíd a chinntiú (> 1000 ° C), mar sin tá gá le téitheoirí speisialtóireachta agus sealbhóirí sliseog. Déanann saincheisteanna a bhaineann leis an neamhréir i gcomhéifeacht tairiseach laitíse agus leathnaithe fás III-V ar sileacain ábhar gníomhach T&F.

● Antamón: I gcás leathsheoltóirí III-S, ní mór teochtaí ísle foshraithe a úsáid chun dí-asú ón dromchla a sheachaint. Is féidir le ‘Neamh-chomhréir’ ag teochtaí arda tarlú freisin, áit a bhféadfar speiceas adamhach amháin a ghalú chun ábhair neamh-stoichiméadracha a fhágáil.

●  Fosfar: I gcás cóimhiotail III-P, déanfar fosfar a thaisceadh ar an taobh istigh den seomra, rud a éilíonn próiseas glantacháin am-íditheach, rud a d'fhéadfadh a bheith neamh-inmharthana i rith an táirgthe ghearr.

Soilsiú gaile ceimiceach miotail-orgánach

Tá seomra imoibriúcháin ardteochta, fuaraithe uisce ag an imoibreoir MOCVD. Tá na foshraitheanna suite ar shoirneoir graifíte a théitear le RF, le téamh frithsheasmhach nó le téamh IR. Déantar gáis imoibrí a instealladh go hingearach isteach i seomra an phróisis os cionn na bhfoshraitheanna. Baintear aonfhoirmeacht ciseal amach trí theocht, instealladh gáis, sreabhadh gáis iomlán, uainíocht agus brú a bharrfheabhsú. Tá gáis iompróra hidrigine nó nítrigin.

Chun sraitheanna epitaxial a thaisceadh, úsáideann MOCVD réamhtheachtaithe miotail-orgánacha an-ard-íonachta, mar shampla trimethylgallium do ghailliam nó trimethylaluminium d'alúmanam do na heilimintí grúpa-III agus gáis hidríde (arsine agus fosfín) do na heilimintí grúpa-V. Tá na miotail-orgánacha i mboilgeogóirí sreabhadh gáis. Déantar an tiúchan a instealladh isteach sa seomra próisis a chinneadh ag teocht agus brú an tsreafa miotail-orgánach agus gáis iompróra tríd an mboilgeog.

Dianscaoileann na himoibrithe go hiomlán ar dhromchla an tsubstráit ag an teocht fáis, ag scaoileadh adamh miotail agus ag fotháirgí orgánacha. Déantar tiúchan na n-imoibrithe a choigeartú chun struchtúir éagsúla cóimhiotail III-V a tháirgeadh, mar aon le córas lasctha rith/vent chun an meascán gaile a choigeartú.

Is iondúil gur sliseog aon-chriostal é an tsubstráit d'ábhar leathsheoltóra amhail arsenide gallium, fosfar Indium, nó sapphire. Tá sé luchtaithe ar an so -ghabhálaí laistigh den seomra imoibriúcháin ar a ndéantar na gáis réamhtheachtaithe a instealladh ina leith. Taistealaíonn cuid mhaith de na horgánaigh mhiotail agus na ngáis eile tríd an seomra fáis téite gan athrú, ach déantar méid beag ar phirealú (scoilteadh), ag cruthú ábhar fo-speiceas a ionsúnn ar dhromchla an tsubstráit the. Is é an toradh a bhíonn ar imoibriú dromchla ná go n-ionchorpraítear na heilimintí III-V i gciseal eipiciúil. Mar mhalairt air sin, d'fhéadfadh dí -asú ón dromchla tarlú, le himoibrithe neamhúsáidte agus táirgí imoibriúcháin aslonnaithe ón seomra. Ina theannta sin, is féidir le roinnt réamhtheachtaithe ‘fás diúltach’ a spreagadh ar an dromchla, mar shampla i ndópáil charbóin GAAS/ALGAAS, agus le foinsí tiomnaithe etchant. Rothlaíonn an so -ghabhálaí chun comhdhéanamh comhsheasmhach agus tiús an eipidít a chinntiú.

Cinntear an teocht fáis a theastaíonn san imoibreoir MOCVD go príomha ag an pirealú riachtanach de na réamhtheachtaithe, agus ansin déantar é a uasmhéadú maidir le soghluaisteacht dromchla. Cinntear an ráta fáis ag brú gaile na bhfoinsí miotail-orgánacha Group-III sna Bubblers. Bíonn tionchar ag céimeanna adamhacha ar an dromchla i bhfeidhm ar idirleathadh dromchla, agus is minic a úsáidtear foshraitheanna míthreorach ar an gcúis seo. Éilíonn fás ar fhoshraitheanna sileacain céimeanna an-ardteochta chun dí-asú ocsaíd a chinntiú (> 1000 ° C), ag éileamh téitheoirí speisialtóireachta agus sealbhóirí foshraithe sliseog.

Ciallaíonn brú folúis agus céimseata an imoibreora go n-athraíonn teicnící monatóireachta in-situ iad siúd atá ag MBE, agus go ginearálta bíonn níos mó roghanna agus cumraíochta ag MBE. Maidir le MOCVD, úsáidtear piriméadracht cheartaithe emissivity le haghaidh tomhais teochta dromchla in-situ wafer (seachas cianrialtán teirmeachúpla); ceadaíonn frithchaiteacht garbhú dromchla agus anailís a dhéanamh ar an ráta fáis epitaxial; déantar bogha wafer a thomhas trí mhachnamh léasair; agus is féidir tiúchain orgániotalacha arna soláthar a thomhas trí mhonatóireacht gháis ultrasonaic, chun cruinneas agus in-atáirgtheacht an phróisis fáis a mhéadú.

Go hiondúil, saothraítear cóimhiotail ina bhfuil alúmanam ag teochtaí níos airde (> 650 ° C), agus saothraítear sraitheanna ina bhfuil fosfar ag teochtaí níos ísle (<650 ° C), le heisceachtaí féideartha do AlInP. Maidir le cóimhiotail AlInGaAs agus InGaAsP, a úsáidtear le haghaidh feidhmchláir teileachumarsáide, déanann an difríocht i dteocht scoilte airsín rialú an phróisis níos simplí ná mar a dhéantar le fosfín. Mar sin féin, le haghaidh athfhás epitaxial, áit a bhfuil na sraitheanna gníomhacha eitseáilte, is fearr le fosfín. Maidir le hábhair antamóiníde, tarlaíonn ionchorprú carbóin neamhbheartaithe (agus go ginearálta nach dteastaíonn) isteach in AlSb, mar gheall ar easpa foinse réamhtheachtaithe cuí, a chuireann srian le rogha cóimhiotail agus mar sin tá méadú ag teacht ar fhás antamóiníde ag MOCVD.

Maidir le sraitheanna an -bhrúite, mar gheall ar an gcumas úsáid a bhaint as ábhair arsenide agus fosfaide go rialta, is féidir cothromaíocht agus cúiteamh brú a dhéanamh, mar shampla bacainní GAASP agus toibreacha chandamach Ingaas (QWS).

Achoimre

Go ginearálta tá níos mó roghanna monatóireachta in-situ ag MBE ná mar atá ag MOCVD. Déantar an fás epitaxial a choigeartú de réir an ráta flosc agus teocht an tsubstráit, a rialaítear ar leithligh, le monatóireacht in-situ gaolmhar a cheadaíonn tuiscint i bhfad níos soiléire, díreach ar na próisis fáis.

Is teicníocht thar a bheith ilúsáideach é MOCVD ar féidir a úsáid chun raon leathan ábhar a thaisceadh, lena n-áirítear leathsheoltóirí cumaisc, nítrídí agus ocsaídí, trí cheimic na réamhtheachtaithe a athrú. Ligeann rialú beacht ar an bpróiseas fáis feistí leathsheoltóra casta a dhéanamh a bhfuil airíonna oiriúnaithe acu le haghaidh feidhmeanna i leictreonaic, i bhfótóinic agus i optoelectronics. Bíonn amanna glanta seomra MOCVD níos tapúla ná MBE.

Tá MOCVD ar fheabhas le haghaidh léasair aiseolais dáilte (DFBS) a athbheochan, feistí heterostructure adhlactha, agus tonnchruthanna a bhfuil greim orthu. D'fhéadfadh sé go n-áireofaí leis seo eitseáil in-situ an leathsheoltóra. Dá bhrí sin, tá MOCVD oiriúnach do chomhtháthú INP monolithic. Cé go bhfuil comhtháthú monolithic i GAAS ina thús, cuireann MOCVD ar chumas fás ceantair roghnach, áit a gcabhraíonn limistéir chumhdaithe tréleictreach leis na tonnfhaid astaíochta/ionsúcháin a spásáil. Tá sé seo deacair a dhéanamh le MBE, áit ar féidir le taiscí polacrystal a bheith ar an masc tréleictreach.

Go ginearálta, is é MBE an modh fáis a roghnaíonn ábhair SB agus is é MOCVD an rogha le haghaidh ábhar P. Tá cumais chomhchosúla ag an dá theicníc fáis d'ábhair bunaithe ar AS. Is féidir margaí traidisiúnta MBE amháin, amhail leictreonaic, a sheirbheáil chomh maith céanna le fás MOCVD. Mar sin féin, i gcás struchtúir níos airde, mar shampla léasair chandamacha agus léasair chancade chandamach, is minic gur fearr MBE don bhun -epitaxy. Má theastaíonn athbheochan eipiciúil, is fearr go ginearálta MOCVD, mar gheall ar a sholúbthacht eitseáil agus chumhdaigh.