物理学与新能源技术

控温熔槽内
17
反应室是原材料在衬底上进行外延生长的地方，它对外 延层厚度、组分的均匀性、异质结的结果及梯度、本底杂质 浓度以及外延膜质量有极大影响。
一般对反应室的要求： 1、不要形成气体湍流，而是层流状态； 2、衬底本身不要有温度梯度； 3、尽可能减少残留效应。通常反应室由石英玻璃制成，
也有部分或全部由不锈钢制所的工业型反应器。
18
最常用的反应室有两种：垂直和水平反应室，如图5.9所示。 垂直反应室的反应物是从顶部引入，衬底平放在石墨基座的顶 部，在入口处安装一个小偏转器，把气流散开。水平反应室是 利用一个矩形的石墨基座，为了改善均匀性，把它倾斜放入气 流，有时在前方放一个石英偏转器，以减少几何湍流。这两种 反应室容纳衬底少，适于研究工作用。
通常可选用金属的烷基或芳烃基衍生物、乙酰基化合物、
羟基化合物等为原料。在生长III-V族化合物半导体薄膜时，
采用金属有机物，例如三甲基镓、三甲基铝等和砷烷、磷烷等
ห้องสมุดไป่ตู้
化合物气相混合。
16
MOCVD系统分为卧式和立式两种。加热方式有高频感应 加热和辐射加热。根据反应室的工作压力可以分为常压 MOCVD (AP-MOCVD)和低压MOCVD(LP-MOCVD)。 MOCVD系统主要包括气体处理系统、反应室、加热系统和尾 气处理系统，其示意图如图5.8所示。
20
MOVD
21
22
MOCVD法的特点是：
1、可制成大面积均匀薄膜，是典型的容易产业化的技术；
2、纯净的材料生长技术。不使用液体容器及低温生长的 气相反应，使得污染来源减到最少，而且有机源特有的提纯技 术使得MOCVD技术比采用其它半导体材料技术生长的材料纯 度提高了一个数量级；
3、低气压外延生长是MOCVD技术中很有特色的技术。 低气压外延生长提高了生长薄层的控制精度，能减少自掺杂， 能减少外延生长过程的存储效应和过渡效应，从而获得衬底— 外延层界面杂质分布更陡的外延层。
MOCVD的重要缺陷是缺乏实时原位监测生长过程的技术。
23
MBE与MOCVD的比较： 界面： 生长面积
24
此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！ 部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！
超高真空(10-8-10-9Pa)，生长温度和蒸气压，生长单晶薄膜。
主要特点： 1、生长速率低和稳定，如GaAs的生长速率可达到
1μm/h，可精确控制外延层厚度；
2、生长温度低（温度范围宽），可避免高温生长引起的 杂质扩散，并能得到明确的界面杂质分布；
3、生长环境在超高真空，又使用纯度极高的元素材料，
可得到高纯度和高性能的外延；
4、生长腔内的衬底及各个束源炉都有各自独立的阀门，
适当地控制阀门，可随时中止和改变外延生长及掺杂条件，
由此可得到陡峭的杂质分布。
9
Ⅲ族元素的粘附系数是1，通常采用V/III流量比大于2.0。10
11
12
Molecular beam epitaxy (MBE) chamber
原子层外延(ALE)和热壁外延(HWE) 、MBE、 MO-MBE、 P-MBE、 L-MBE、 MOCVD等。 优点和不足： 生长条件、结构、生长工艺和生长机理 重点介绍MBE和MOCVD制备技术
5
普通薄膜制备技术
磁控溅射仪
电子束蒸发仪 6
五室连动热蒸发 7
热蒸发 8
外延生长技术 1、MBE
五、半导体材料的制备和表征 1、半导体材料的制备 2、半导体材料的表征 3、光谱技术
1
晶格失配包括三个方面内容： 1、结构类型失配； 2、晶格常数失配； 3、热膨胀系数失配。
2
晶格不匹配
3
应变
4
薄膜制备技术
普通薄膜制备技术 磁控溅射仪、电子束蒸发仪、热蒸发
外延生长技术 液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、化学束外延(CBE)、
除此以外，还有桶式 反应室、高速旋转盘 式反应室和扁平式旋 转反应室，它们适用 于多片批量生产，但 较难控制厚度、组分 和掺杂均匀性。
19
MO原大多数是易自燃及有毒的，因此反应室排出的尾气中 含有大量有毒的危险物，在向大气排放前必须经过处理。常 用的去掉毒气的方法有：利用物理吸附作用的活性炭过滤器， 利用化学反应吸收毒气的干式湿式过滤器，以及通过热分解 或燃烧使毒气转化为粉尘再过滤的方法，也可将它们组合起 来使用。
13
14
Ultra-high vacuum multi-chamber system
15
2、MOCVD 载气：氢气 等，有时也可用惰性气体和氮气
MO必须满足以下条件：
1、在常温下较稳定且容易处理；
2、反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层；
3、第三，为适应气相生长，在室温附近应具有适当的蒸气压 (>133.322pa)。