• 金属有机化学气相沉积系统是如何制造半导体薄膜的?

    点击次数:15 发布时间:2020-11-12


        金属有机化学气相沉积系统是纳米制造领域的一项著名技术,在大规模集成电路、绝缘材料、磁性材料、光电子材料领域有着不可或缺的重要地位。通过利用气相间的反应,它能将蒸发的反应物沉积在表面形成薄膜,比如说石墨烯就是CVD广为认知的产物,但目前看来,制备薄膜半导体材料也是它受重视的应用之一。

        金属有机化学气相沉积系统的原理:

        CVD的研究始于十九世纪末,主要用于重要材料的合成和制备。若想知道CVD是如何制造特定薄膜的,那就得先了解它的原理。

        CVD属于“自下而上”的纳米制造技术,其原理是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室,通过提高温度、等离子体作用、光的辐射或其他形式的能量,使它们在衬底表面发生化学反应,生成新的固态物质沉积到表面生成薄膜的过程。
     
        CVD包括4个主要阶段:①反应气体向材料表面扩散;②反应气体吸附于材料的表面;③在材料表面发生化学反应;④气态副产物脱离材料表面。由于是分子级别的成核或生长,所以CVD更适合在形状不规则的衬底表面形成致密均匀的薄膜,而且沉积速度快,膜层质量也很稳定,某些特殊膜层还具有优异的光学、热学和电学性能,因而易于实现批量生产。

        但是CVD的沉积温度通常很高,在900℃~2000℃之间,容易引起零件变形和组织上的变化,从而降低机体材料的机械性能并削弱机体材料和镀层间的结合力,使基片的选择、沉积层或所得工件的质量都受到限制。因此,目前中、低温和高真空两个方面是CVD的主要发展方向。

        金属有机化学气相沉积系统在半导体薄膜中的应用:

        目前,CVD可用于许多单原子材料,如由碳原子构成的石墨烯。但对于半导体材料来说,这个过程可能会更复杂,因为它们通常包含多个金属原子。举个例子“硅”,它是已知最早的(也是简单的)半导体材料之一,其薄膜可以在化学气相沉积反应器系统中由硅烷(SiH4)产生。

        但如果想制造更复杂的半导体薄膜,如砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)薄膜,那就需要用到金属有机化学气相沉积(MOCVD)。与许多其他CVD技术一样,MOCVD是CVD技术的延伸和改进版本——在此过程中超纯气体被注入反应器中,精细计量后以将非常薄的原子层沉积到半导体晶片上,含有所需化学元素的有机化合物或金属有机物和氢化物的表面反应为晶体生长创造条件,形成材料和化合物半导体的外延。不同于传统的硅半导体,这些半导体可以包含的组合III族和V族,II族和VI族,IV族或第IV族,V和VI族的元素。

        MOCVD反应腔

        另外,MOCVD的沉积温度相对较低,因此对于那些不能承受常规CVD高温,而要求采用中低温度的基体(如钢一类的基体)有很高的应用价值。除GaN等材料外,用MOCVD技术生长的多晶SiO2是良好的透明导电材料,用MOCVD得到的TiO2结晶膜被用于了太阳能电池的抗反射层、水的光电解及光催化等方面。
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