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MOCVD技�(shù)
閱讀�17166�(shí)間:2011-01-05 09:05:24

  MOCVD技�(shù)�半導(dǎo)�材料和器件及薄膜制備方面取得了巨大的成功。盡管如此,MOCVD仍是一種發(fā)展中的半�(dǎo)體超精細(xì)加工技�(shù),MOCVD技�(shù)的�(jìn)一步發(fā)展將�(huì)�微電子技�(shù)和光電子技�(shù)帶來更廣闊的前景�

MOCVD引言

  近年�,隨著半�(dǎo)體工�(yè)的發(fā)展以及高速光電信息時(shí)代的來臨,LPE、VPE等技�(shù)在半�(dǎo)體業(yè)生產(chǎn)中的作用越來�??;MBE與MOCVD技�(shù)相比,由于其�(shè)備復(fù)�、價(jià)格更昂貴,生�(zhǎng)速度慢,且不適pC-�(zhǎng)含有高蒸汽壓元素(如P)的化合物單晶,不宜于工業(yè)生產(chǎn)。而金屬有�(jī)物化�(xué)氣相淀�(MOCVD)�1968年由美國(guó)洛克威公司的Manasevit等人提出制備化臺(tái)物單晶薄膜的一�(xiàng)新技�(shù);到80年代初得以實(shí)用化。經(jīng)過近20年的飛速發(fā)�,成為目前半�(dǎo)體化�(tái)物材料制備的�(guān)鍵技�(shù)之一。廣泛應(yīng)用于包括半導(dǎo)體器�、光�(xué)器件、氣敏元�、超�(dǎo)薄膜材料、鐵電/鐵磁薄膜、高介電材料等多種薄膜材料的制備�

MOCVD的主要技�(shù)特點(diǎn)

  �(guó)�(nèi)外所制造的MOCVD�(shè)�,大多采用氣�(tài)源的輸送方式,�(jìn)行薄膜的制備。氣�(tài)源MOCVD�(shè)�,將MO源以氣態(tài)的方式輸送到反應(yīng)�,輸送管道里輸送的是氣體,�(duì)送入反應(yīng)室的MO源流量也以控制氣體流量來�(jìn)行控�。因此,它對(duì)MO源先體提出應(yīng)具備蒸氣壓高、熱�(wěn)定性佳的要�。用氣態(tài)源MOCVD法沉積一些功能金屬氧化物薄膜,要求所選用的金屬有�(jī)物應(yīng)在高的蒸氣壓下具有高的分子穩(wěn)定�,以避免輸送過程中的分�。然�,由于一些功能金屬氧化物的組分復(fù)�,元素難以合成出氣態(tài)MO源和有較高蒸氣壓的液�(tài)MO源物�(zhì),而蒸氣壓�、熱�(wěn)定性差的MO源先�,不可能通過鼓泡�(bubbler)由載氣氣體輸�(yùn)到反�(yīng)��

  然而采用液�(tài)源輸送的方法,是目前�(guó)�(nèi)外研究的重要方向。采用將液態(tài)源送入汽化室得到氣�(tài)源物�(zhì),再�(jīng)過流量控制送入反應(yīng)�,或者直接向反應(yīng)室注入液�(tài)先體,在反應(yīng)室內(nèi)汽化、沉�。這種方式的優(yōu)�(diǎn)是簡(jiǎn)化了源輸送方�,對(duì)源材料的要求降低,便于實(shí)�(xiàn)多種薄膜的交替沉積以獲得超品格結(jié)�(gòu)��

�(yōu)缺點(diǎn)

  MOCVD技�(shù)在薄膜晶體生�(zhǎng)中具有獨(dú)特優(yōu)�(shì)�

  1、能在較低的溫度下制備高純度的薄膜材�,減少了材料的熱缺陷和本征雜�(zhì)含量�

  2、能�(dá)到原子級(jí)精度控制薄膜的厚��

  3、采用質(zhì)量流量計(jì)易于控制化合物的組分和摻雜量�

  4、通過氣源的快速無死區(qū)切換,可靈活改變反應(yīng)物的種類或比�,達(dá)到薄膜生�(zhǎng)界面成份突變。實(shí)�(xiàn)界面陡峭�

  5、能大面積、均�、高重復(fù)性地完成薄膜生長(zhǎng)。適用于工業(yè)化生�(chǎn)�

  正是MOCVD這些�(yōu)�(shì)(與MBE技�(shù)一�)。使化合物單晶薄膜的生長(zhǎng)向結(jié)�(gòu)區(qū)域選擇的微細(xì)�,組分多元化和膜厚的超薄化方向發(fā)�,推�(jìn)著各種異�(zhì)�(jié)材料�(yīng)�(yùn)而生,實(shí)�(xiàn)了生�(zhǎng)出的半導(dǎo)體化合物材料表面平滑、摻雜均勻、界面陡�、晶格完�、尺寸精確,滿足了新型微�、毫米波半導(dǎo)體器和先�(jìn)的光電子器的要求,使微波、毫米波器件和先�(jìn)的光電子器件的設(shè)�(jì)和制造由傳統(tǒng)的“摻雜工程”�(jìn)人到“能帶工程”和“電子特性與光學(xué)特性裁剪”的新時(shí)代。人們已�(jīng)能夠在原子尺度上�(shè)�(jì)材料的結(jié)�(gòu)參數(shù),從而人為確定材料的能帶�(jié)�(gòu)和波涵數(shù),制備出量子微結(jié)�(gòu)材料�

  但MOCVD�(shè)備也有自身的缺點(diǎn),它與MBE�(shè)備一樣價(jià)格不�,而且由于采用了有�(jī)金屬做為�,使得在使用MOCVD�(shè)備時(shí)不可避免地對(duì)人體及環(huán)境產(chǎn)生一定的危害。這些都無形中增加了制備成�。對(duì)于低壓生�,系�(tǒng)只需要配置機(jī)械泵和壓力控制器就可控制生長(zhǎng)壓力;但是所配置的泵要有較大的氣體流量承載量。MOCVD生長(zhǎng)中,我們所用的許多反應(yīng)�(例如PH3、AsH3、H2S以及一些MO�)都是有毒的物品,�(jìn)行合理的尾氣循環(huán)處理是非常必要的。因�,在�(shè)�(jì)和使用時(shí)要考慮到這些因素,做好安全防�(hù)�。對(duì)于一些功能金屬氧化物薄膜而言,尋找高蒸氣�、熱�(wěn)定性佳的MO源先體是比較困難的事。這就使得傳統(tǒng)的MOCVD技�(shù)不能夠制備上述的金屬氧化物薄�,更不能同時(shí)制備不同材料的薄�。對(duì)源材料要求苛�,這在很大程度上制約了金屬氧化物的MOCVD技�(shù)的發(fā)展�

  為了克服上述技�(shù)或設(shè)備存在的缺點(diǎn),解決傳�(tǒng)MOCVD�(shè)備存在氣�(tài)源MOCVD不同材料之間蒸氣壓差大難以控制及輸送的障礙的問�,對(duì)源材料要求降�,便于實(shí)�(xiàn)金屬氧化物薄膜中多種薄膜的交替沉積。國(guó)�(nèi)外發(fā)展MOCVD技�(shù)的關(guān)鍵是合適的源材料,或者采用變通的先體輸運(yùn)技�(shù)�

在光電方面新的應(yīng)�

  MOCVD技�(shù)�(jīng)過近20多年的飛速發(fā)�,為滿足微電�、光電子技�(shù)�(fā)展兩�(gè)方面的需�,制備了GaAlAs/GaAs、InGaAsdGaAs/GaAs、GaInp/GaAs、GaInAs/AlInAs、GMnAs/GaInp、InAs/InSb、InGaN/GaN、A1GaN/GaN、SiGe、HgcdTe、GaInAsp/Inp、A1GaInp/GaAs、A1GaInAs/GaAs等多種薄膜晶體材料系�。MOCVD技�(shù)解決了高難的生長(zhǎng)技�(shù)與量大面廣所要求的低廉價(jià)格之間的尖銳矛盾�

  MOCVD技�(shù)的發(fā)展與化合物半�(dǎo)體材料研究和器件制造的需求緊密相�(guān),反過來又促�(jìn)了新型器件的研制,目前各種主要類型的化合物半�(dǎo)體器件制作中都用到了MOCVD技�(shù)。用于制作系列高端器件:HEMT、PHEMT、HFET、HBT、量子阱激光器,垂直腔面激光器、SEED、紅外級(jí)�(lián)激光器、微�、量子阱光折變器、異�(zhì)�(jié)雙極晶體�、高電子遷移率晶體管、太陽能電池、激光器、光探測(cè)�、場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及發(fā)光二極管(LED),極大地推動(dòng)了微電子、光電子技�(shù)的發(fā)�,取得了舉世矚目、驚人的成就�

  目前用于軍事電裝備的微波毫米器件、高溫半�(dǎo)體器特別是先�(jìn)的光電子器件,都采用MOCVD和MBE為主流技�(shù)�(jìn)行薄膜材料生�(zhǎng),這些高端器件直接影響著軍事裝備的功能、性能和先�(jìn)�。為了國(guó)家的安全和營(yíng)造經(jīng)�(jì)建設(shè)的和平環(huán)�,不斷提高我�(guó)軍事力量,是�(guān)系到�(guó)家安危頭等大�。國(guó)防建�(shè)迫切需要發(fā)展MOCVD技�(shù)�

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