外延技术介绍
激光分子束外延
激光分子束外延
激光分子束外延(Laser Molecular Beam Epitaxy,简称LM-EBE)是一种用于生长单晶薄膜的先进材料制备技术。它基于分子束外延(MBE)技术,通过引入激光束来激发反应物质分子,从而实现对薄膜的精确控制和生长。
激光分子束外延技术是在分子束外延技术的基础上的进一步发展。传统的分子束外延技术主要依靠热源来提供能量,使反应物质分子蒸发并沉积在衬底表面。而激光分子束外延技术则利用激光束的高能量和高浓度,来激发反应物质分子,使其在表面进行化学反应并形成薄膜。
激光分子束外延技术具有许多优势。首先,激光束的高能量和高浓度可以提供更高的表面温度,从而使反应物质分子更容易发生反应和扩散。其次,激光束的聚焦能力非常强,可以实现对薄膜生长过程的精确控制。此外,激光分子束外延技术还具有高速生长、高纯度、低掺杂、低损伤等特点。
激光分子束外延技术在材料科学、电子器件制备等领域具有广泛应用。例如,在半导体器件制备中,通过激光分子束外延技术可以生长出高质量的异质结构,实现不同材料之间的无缝连接,从而提高电子器件的性能。此外,激光分子束外延技术还可以用于磁性材料、光电材料、生物材料等的制备。
为了实现高质量的薄膜生长,激光分子束外延技术需要考虑多个因素。首先,要选择适合的激光源,激光的波长和功率对薄膜生长有重要影响。其次,要控制好激光束的聚焦和扫描,以实现对薄膜生长过程的精确控制。此外,还要考虑反应物质分子的供应和扩散,以及衬底的表面处理等因素。
激光分子束外延技术是一种先进的材料制备技术,通过利用激光束的高能量和高浓度,实现对薄膜生长过程的精确控制。它在材料科学、电子器件制备等领域具有广泛应用前景。随着技术的不断进步和发展,相信激光分子束外延技术将在未来发挥越来越重要的作用。
chap7外延要点
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2.埋层图形的漂移与畸变
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漂移规律
{111}面上严重,偏离2~4度,漂移显著减小,
常用偏离3度. 外延层越厚,偏移越大 温度越高,偏移越小 生长速率越小,偏移越小 SiCl4 SiH2Cl2 SiH4
硅生长---腐蚀速率的各向异型是发生漂移的根本
原因.
x s ( Βιβλιοθήκη Baidu) U
随着x的增加,s(x)增加,hG下降。如果淀 积受质量传输控制,则淀积速度会下降
沿支座方向反应气体浓度的减少, 同样导致 淀积速度会下降
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因此,支座倾斜可以促使s(x)沿x变化减小 原理:由于支座倾斜后,气流的流过的截面积下降, 导致气流速度的增加,进而导致s(x)沿x减小和hG的增 加。从而用加大hG的方法来补偿沿支座长度方向的气 源的耗尽而产生的淀积速率的下降。尤其对质量传输 控制的淀积至关重要,如APCVD法外延硅。
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7.7 分子束外延
1、分子束(MBE)Molecular Beam Epitaxy 分子束外延是一种在超高真空下的蒸发技术。它是利 用蒸发提供的定向分子 束或原子束,撞击到清洁 的衬底表面上生成外延层的工艺过程。 2、原理 3、应用 4、MBE设备的特点 5、基本工作条件 6、优点:共五点 7、获得纯净衬底表面工艺的方法:主要有三种
外延技术
气相质量传递过程
边界层指基座 表面垂直于气 流方向上,气 流速度、反应 剂浓度、温度 受到扰动的薄 气体层。 基座表面做成 斜坡状,和气 流方向呈一定 角度,α角一般 在3~10°。
基座表面边界层示意图
• 本质上是化学分
2 表面过程 解和规则排列两 个过程。 •SiH4表面外延过 SiH = Si+2H 4 2 程实质上包含了 吸附、分解、迁 移、解吸这几个 环节。 •表面外延过程表 明外延生长是横 表面外延过程示意图 向进行。
生长指(常)数Φ
Φ(cm-1)由实验确定。
与掺杂剂、化学反应、 反应系统,及生长过程 等因素有关: As比B和P更易蒸发; SiCl4反应过程中的Φ要 比SiH4的小; 边界层越厚,Φ就越大。
互扩散效应(Outdiffusion)
互(外)扩散效应,指在衬底中的 杂质与外延层中的杂质在外延生长 时互相扩散,引起衬底与外延层界 面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。
制作在外延层上的双阱CMOS剖面图
微波器件的芯片制造,需要具有突变杂质分布的复杂 多层结构衬底材料。可以采用多层外延工艺来实现这 类衬底材料的制备。 采用异质外延的SOS/CMOS电路,外延衬底为绝缘的 蓝宝石,能够有效地防止元件之间的漏电流,抗辐照 闩锁;而且结构尺寸比体硅CMOS电路小,因SOS结构 不用隔离环,元件制作在硅外延层小岛上,岛与岛之 间的隔离距离只要满足光刻工艺精度,就能达到电隔 离要求,所以元件之间的间距很小,CMOS电路的集成 度也就提高了。
第六章 外延技术
扭转位置
上平台
硅气相外延生长过程示意
合肥工业大学 理学院 张彦
合肥工业大学 理学院 张彦
薄膜生长时常见 的三种主要模式
硅气相外延反应气体源
反应气体源:四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷 (SiHCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、硅烷(SiH4)
(1)逐层Hale Waihona Puke Baidu长
(2)晶岛式生长
SiCl4:用于传统外延工艺,需要很高的温度(>1150℃); SiHCl3 :称为TCS,和SiCl4有些相似,可以在较低温度 下进行外延,生长速率可达1微米/分钟,用于厚的外延层 SiH2Cl2 :称为DCS,用于更低温度下生长高质量薄外延 层,目前外延常用的材料,缺陷密度低于SiCl4和SiH4 SiH4用于低于900的生长很薄的外延层。
SiH 2 Cl 2 ↔ SiCl 2 + H 2
合肥工业大学 理学院 张彦 合肥工业大学 理学院 张彦
外延生长速率及影响因素
生产中,外延生长速率与诸多因素有关。主要影 响因素有:温度、反应剂浓度、气体流速以及反 应腔界面形状和衬底取向。 生长速率过快可能造成多晶生长、外延表面出现 星点锥体、外延层中有过多的堆垛层错等问题。 1.温度 →在B区(高温区):生长速率和温度的关系不 敏感,由气相质量输运机制控制,和反应剂分压 成正比 →在A区(低温区):表面反应较慢,生长速率 由表面化学反应控制,生长速率强烈依赖于生长 温度。
外延工艺简介
外延材料种类及特性
单晶硅外延片
单晶硅外延片是一种常见的外延材料,具有高导热、高绝缘、高 透光等特性,广泛应用于电力电子、微电子等领域。
氮化镓(GaN)外延片
GaN外延片具有高击穿电压、高热导率、高抗辐射能力等特性,在 高频大功率电子器件领域具有广泛应用。
氧化锌(ZnO)外延片
ZnO外延片具有高电子迁移率、高透明度、低介电常数等优点,在 光电器件和压电器件领域有重要应用。
实现原材料的循环利用
通过回收和再利用废弃物和副产品,降低原材料的消耗和成本,同 时减少环境污染。
提升生产效率与降低能耗
通过改进工艺流程和管理模式,提高生产效率,降低单位产品的能 耗和成本。
开发新的外延技术与设备
探索新的外延生长机制与技术
01
研究新的外延生长理论和机制,开发更加先进的生长
技术和方法,提高外延工艺的技术水平。
引进先进的自动化与智能化设备
02 利用自动化和智能化设备,提高工艺的可控性和稳定
性,缩短研发周期,降低研发成本。
加强产学研合作与人才培养
03
加强企业与高校、研究机构的合作,培养外延工艺领
域的专业人才,推动技术创新和产业升级。
06 外延工艺的发展 趋势与展望
发展更加先进的生长技术与设备
发展趋势:随着科技的不断发展,外延工艺将不断引入更加先进的生长技术与设备,如分子束外延、 金属有机化合物化学气相沉积等,以满足更高精度、更高效率的生产需求。
半导体 外延 厚度
半导体外延及其厚度控制
半导体外延技术是半导体器件制造中的一项重要工艺,它在半导体材料的生长
过程中加入不同元素,以改变晶体结构和性能。在外延过程中,可以控制材料的厚度,从而对半导体器件的性能进行精确调控。本文将介绍半导体外延技术以及常用的厚度控制方法。
1.半导体外延技术简介半导体外延技术是一种通过在单晶硅基片上生
长薄层的方法,改变晶体中杂质浓度和晶格结构,从而形成所需的半导体材料结构。外延材料与基片之间具有相近的晶格参数,可以实现无缺陷晶界的生长。
常用的外延材料包括砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝(AlAs)等。
外延技术广泛应用于光电子器件、集成电路和功率器件等领域。
2.半导体外延厚度控制方法半导体外延材料的厚度对器件性能有重要
影响,因此控制外延厚度是制造高质量器件的关键。下面介绍几种常用的外延厚度控制方法:
2.1 压控外延(MOCVD)金属有机化学气相沉积(MOCVD)是一种常用的半
导体外延制备方法。在该方法中,通过控制外延材料气相中材料的浓度、温度和压力等条件,可以实现对外延层厚度的精确控制。MOCVD技术具有高生长速度、高
生长质量等优点,广泛应用于硅基和非硅基外延材料的制备。
2.2 分子束外延(MBE)分子束外延(MBE)是一种通过在真空中利用热原子
源生长单晶薄膜的方法。在该方法中,外延材料通过热蒸发的方式在基片上生长,可以精确控制原子的到达速率,从而实现对外延层厚度的控制。MBE技术具有较
高的生长速率和较好的晶体质量,适用于制备复杂结构和精细厚度控制要求的材料。
2.3 气相外延(VPE)气相外延(VPE)是一种将气体中的材料源物质沉积在固体表面生长薄膜的方法。在该方法中,通过在适当的温度和压力下控制材料源物质的输送和反应,可以实现对外延层厚度的控制。VPE技术具有较高的生长速率和
第7章-外延
2 衬底处理
①采用高温热处理去除衬底表面的SiO2。在 1200℃的高温下SiO2与Si发生反应生成可挥发 的SiO。 ②用Ar+溅射,再退火。在这种办法中因溅射引 起衬底表面的损伤,虽然经过退火,但也难达 到外延生长对衬底表面的要求。 ③利用脉冲激光反复辐射。这是一种比较好的方 法,特别是准分子激光器的应用,效果更好, 可能会被广泛采用的一种方法。
由图可知, 硅在生长速率保 持恒定时,硼的 掺入量随生长温 度上升而增加, 而磷和砷却随温 度上升而下降。
2 扩散效应
当衬底和外延层都掺杂时,外延层 中的最终杂质分布情况方程为:
3 自掺杂效应
在外延生长过程中,衬底和外延层 中的杂质因热蒸发、或者因化学反应的 副产物对衬底外延层的腐蚀,都会使衬 底和(或)外延层中的杂质进入到边界 层中,改变了边界层中的掺杂成分和浓 度,从而导致了外延层中杂质的实际分 布偏离理想情况,这种现象称为自掺杂 效应
③在没有掩膜的硅衬底的凹陷处进行 外延生长、也称在沟槽上进行外延生 长。
在暴露出硅的窗口内进行外延 多晶硅
在硅上外延的同时,在二氧化硅上淀积
六 硅烷热分解法外延
1 定义
硅烷(SiH4)在一定温度下可直接 进行热分解反应,释放出硅,淀积到衬 底表面上,生成外延层。反应方程式: SiH4→Si(固)+2H2(气) 此反应不可逆,而且没有卤化物产 生,所以不存在反向腐蚀效应,对反应 室也无腐蚀作用。
外延的定义和应用
SOI(Silicon-On-Insulator: 绝缘衬底上的硅)技术
SOS的不足
SOS结构存在下列主要问题: ①硅-蓝宝石界面比Si-SiO2界面质量差。 ②蓝宝石的介电常数接近10(SiO2是3.9),会产生
较大的寄生电容。 ③膨胀系数的差异引入的应力。
选择性外延(SEG)
横向外延(ELO)
7.6 SOS及SOI技术
SOI—— Silicon On Insulator 或Semiconductor On Insulator, 意思是绝缘层上硅。
SOS—— Silicon On Sapphire 或Semiconductor On Spinel,意 思是蓝宝石上硅或尖晶石上硅。
杂质扩散:满足菲克第二定律--扩散方程,即 ①衬底杂质分布:假定外延层本征生长,外延层杂质浓
度为N1(x)--余误差函数 ②外延层杂质分布:假定衬底本征,外延层杂质浓度为
N2(x)--余误差函数 ③实际再分布(衬底和外延层都掺杂):外延层杂质浓度
为N(x)= N1(x)±N2(x) “+”:n/n+(p/p+);“-”:p/n+(n/p+)
Si上外延SiGe 或 SiGe上外延Si; 蓝宝石上外延Si-- SOS(Silicon on Sapphire); 蓝宝石上外延GaN、SiC。 ③按压力分类 常压外延:100kPa ; 低压(减压)外延:5-20kPa。
深沟槽与多次外延的区别
深沟槽与多次外延的区别
深沟槽与多次外延是半导体制造领域中的两种常见技术,它们在晶体生长和器件加工过程中扮演着重要的角色。本文将详细探讨这两种技术的区别。
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在半导体的世界里,微观结构的精确控制是提升器件性能的关键。深沟槽和多次外延作为两种常用的晶体生长技术,各自具有独特的特点和应用场景。了解它们的区别,对于优化半导体器件的设计与制造具有重要意义。
**深沟槽技术:**
深沟槽技术主要是指在半导体材料上,通过刻蚀等工艺形成较深的沟槽结构。这种技术通常用于以下方面:
1.**隔离作用**:深沟槽可用于形成隔离区,以防止相邻器件之间的电信号干扰。
2.**载流子控制**:通过改变沟槽的深度和形状,可以控制载流子的运动轨迹,提高器件的电子或空穴传输效率。
3.**应力引入**:深沟槽还可以通过引入应力来改变材料的能带结构,进而影响器件的性能。
**特点:**
- 需要精确的刻蚀控制技术。
- 沟槽深度较大,一般可达几微米甚至更深。
- 通常用于对隔离和应力控制要求较高的器件。
**多次外延技术:**
多次外延技术则是指在外延生长过程中,通过多次生长不同的材料层,以达到特定的结构和性能要求。这种技术的主要应用包括:
1.**材料组合**:多次外延可以生长不同材料的组合,以满足复杂器件结构的要求。
2.**量子阱结构**:在光电子器件中,多次外延可用于形成量子阱结构,以调节发光波长。
3.**异质结界面**:通过多次外延,可以形成高质量的异质结界面,这对于提高器件的电子迁移率至关重要。
**特点:**
- 需要复杂的外延生长工艺。
简述硅外延的主要原理
简述硅外延的主要原理
硅外延技术是一种在硅晶体表面上沉积薄膜的方法,使得薄膜具有与其基底相同的晶格结构和晶体质量。其主要原理包括以下几点:
1. 基底选择:硅外延通常使用具有与基底相同晶格常数的硅衬底作为基底材料。
2. 反应源:在反应室中,使用三氯硅烷(SiHCl3)和二甲基硅烷(SiH2(CH3)2)等类似化学物质作为反应源。这些化学物质被分解成硅原子,在基底表面上沉积形成薄膜。
3. 气氛控制:在反应室中,通过控制气氛的温度和压力,以及气体流量的控制,确保反应的稳定性和薄膜的质量。
4. 沉积过程:反应源在基底表面附近分解,生成硅原子。硅原子沉积在基底表面,并成为新的晶格点,扩展基底的晶体结构。通过连续的沉积过程,薄膜的厚度逐渐增加。
5. 控制薄膜特性:通过控制沉积速率、温度和气氛参数,可以调节硅外延薄膜的厚度、晶体质量和杂质浓度等特性。
总之,硅外延的主要原理是利用反应源中的硅化合物在基底表面上沉积成硅薄膜,使其具有与基底相同的晶体结构和质量。这种技术在半导体制造中具有广泛的应
用。
外延工艺技术
外延工艺技术
外延工艺技术是一种常用于半导体材料生长技术的方法,被广泛应用于集成电路、光电子器件等领域。它的主要特点是在基片表面逐渐生长出所需薄膜或晶体材料,并能控制其结构和性能。
外延工艺技术的核心是在基片表面生成一层与自身晶体结构相同或相似的材料,即外延层。通过调节生长条件,可以控制外延层的厚度、晶格常数以及晶体质量,从而实现对薄膜或晶体材料的精确控制。
外延工艺技术主要包括气相外延、分子束外延和金属有机化学气相沉积等方法。其中,气相外延是最常见的一种方法。它利用气相反应原料,在高温下将气体中的原子或分子沉积到基片表面,形成薄膜或晶体结构。这种方法具有生长速度快、控制能力强、适用性广等优点。
分子束外延是一种高真空条件下生长膜的方法。它利用电子束或离子束将原子或分子瞄准到基片表面,实现晶体生长。这种方法生长的薄膜结构更加均匀,晶格常数更精确,因此在一些特殊应用中得到广泛应用。
金属有机化学气相沉积是一种利用有机金属气体化合物的热分解沉积薄膜或晶体的方法。它具有较高的生长速率、较低的生长温度以及较好的材料纯度等优点,特别适用于一些高温不稳定的材料。
外延工艺技术在半导体行业中的应用非常广泛。例如,现代集成电路中的材料生长、退火、离子注入等过程,都离不开外延工艺技术的支持。通过外延工艺技术,可以实现对材料杂质掺入浓度、电学特性、光学特性等方面的精确调控,从而提高器件的性能和可靠性。
此外,外延工艺技术还被广泛应用于光电子领域,如光通信、太阳能电池等。通过外延生长技术,可以制备出高质量的半导体材料,提高光电转换效率。同时,外延工艺技术还可以用于制备纳米材料、二维材料等新型材料,具有很大的研究和应用前景。
半导体外延技术基本原理
半导体外延技术:突破新时代的先驱
半导体外延技术是指在一种晶体基底上通过生长的方法,制备出具有其他晶体结构和组分的薄膜。它作为现代电子技术中的一个重要分支,极大地拓展了半导体材料的种类和应用领域,成为推动信息产业快速发展的关键支撑技术之一。本文将从外延生长的基本原理、外延材料的种类及其特点、外延膜的表征方法等方面进行介绍。
一、外延生长的基本原理
外延生长的基本原理是将原材料在晶体生长介质表面上沉积并由此形成新晶体的生长过程。晶体生长方式有三种,即气相、液相及固相生长。气相生长是将气体混合物通过催化剂作用,沉积在晶体基底上,形成一层新晶体。液相生长是将置于基底上的生长介质在高温或压力下熔融,然后逐渐冷却,从而得到一片新的晶体。固相生长是将硫酸铜等物质溶解在水溶液中,通过浸没样品逐渐形成靠近基底的新片晶体。其中,气相生长被广泛应用在半导体外延技术中。
二、外延材料的种类及其特点
不同外延材料的选用对外延生长膜的性质、品质及功效有着直接的影响。外延材料可以分为硅、砷化镓、氮化镓等几类。其中,硅的单晶在电子学器件中应用较广泛,它具有良好的稳定性、结构简单、制备工艺成熟等特点。砷化镓和氮化镓则因其大的能隙、高速度、较小的噪声系数和较好的高电子迁移率而被广泛应用于微波等高频电子
器件。此外,氮化镓还因具有优越的光电特性,被广泛应用于LED、LD 等光电领域。
三、外延膜的表征方法
外延生长的薄膜在应用过程中需要对其各种性能进行表征。常用的表征方法有XRD衍射技术、AFM原子力显微成像技术、SEM扫描电镜技术、SIMS静电质谱技术等。其中,XRD衍射技术可以清晰地表征薄膜的颗粒尺寸、结晶度、拓扑结构等信息;AFM原子力显微成像技术则可以清晰地观察薄膜表面形貌,确定其光学和机械性能;SEM扫描电镜技术则可以对薄膜的表面形貌、粗糙度、微观孔洞、表面缺陷等进行表征。
外延工艺
1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型,量子阱,N型三个部分构成。现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石,硅,碳化硅三种,量子阱一般为5个,通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。这是LED产业的核心部分,需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
2.外延片的检测一般分为两大类:
一是光学性能检测,主要参数包括工作电压,光强,波长范围,半峰宽,色温,显色指数等等,这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测,主要参数包括光衰,漏电,反压,抗静电,I-V曲线等等,这些数据一般通过老化进行测试。
3.需要指出的是,并没有白光LED芯片,只有白光LED灯珠/管,即需要进行封装才能获得白光小LED灯,也叫灯珠,管子。
白光LED一般通过两种途径获得:
一是通过配光,将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.
二是通过荧光粉转换蓝光LED,从而获得白光LED.
芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序(Wafer Fabrication)、晶圆针测工序(Wafer Probe)、构装工序(Packaging)、测试工序(Initial Test and Final Test)等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段(Front End)工序,而构装工序、测试工序为后段(Back End)工序。
1、晶圆处理工序:本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件(如晶体管、电容、逻辑开关等),其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关,但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗,再在其表面进行氧化及化学气相沉积,然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤,最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。
分子束外延技术名词解释
分子束外延技术名词解释
分子束外延技术是一项先进的材料制备技术,它将分子束外延过程作为基础,能够d制备复杂、具有特殊性质的材料。根据不同的过程和材料类型,分子束外延技术也有多种名称,以下是其中常见的几种名词:
1、外延:外延是分子束外延技术的核心过程,是一种利用高能量的原子或分子束经由固体源向薄膜表面沉积原子或分子的过程。
2、表面外延:表面外延是一种利用原子或分子束经由表面孔洞或晶体缺陷沉积原子或分子的过程。
3、溶胶流外延:溶胶流外延是一种以溶胶流形式将原子或分子束沉积在表面上的过程。
4、热外延:热外延是一种将高温原子或分子束沉积在表面上的过程。
5、多层外延:多层外延是一种依次按层次将原子或分子束沉积在表面上的过程。
6、化学外延:化学外延是一种将原子或分子束以化学反应的方式沉积在表面上的过程。
7、多维外延:多维外延是一种能够使材料在多个方向上生长的外延过程。
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光伏电池 硅片外延
光伏电池硅片外延
光伏电池硅片外延是一种在硅片表面生长一层薄硅薄膜的技术。这个过程通常在高度真空的环境下进行,通过气相沉积的方式将硅原子沉积在硅片表面,形成具有特定晶体结构和电学性能的外延层。
硅片外延的主要目的是改善硅片的晶体质量和表面形貌,从而提高光伏电池的转换效率和性能。通过外延生长,可以在硅片表面形成高质量的单晶硅薄膜,具有更好的晶体完整性和更低的杂质含量。这有助于减少电池内部的复合损失,提高光吸收效率,并改善电池的稳定性和寿命。
硅片外延技术可以控制外延层的厚度、晶体结构和掺杂浓度,以满足不同光伏电池设计的要求。常见的硅片外延技术包括气相外延(VPE)、液相外延(LPE)和化学气相沉积(CVD)等。
在实际应用中,硅片外延技术常用于制造高效的光伏电池,特别是基于硅基底的太阳能电池。通过优化外延层的质量和特性,可以提高电池的转换效率,降低生产成本,并推动光伏产业的发展。
总的来说,光伏电池硅片外延是一项关键的技术,对于提高光伏电池的性能和降低成本具有重要意义。随着技术的不断进步,硅片外延技术也在不断发展和改进,为实现更高效、更稳定的光伏电池提供了技术支持。
半导体 外延 厚度
半导体外延厚度
半导体外延技术是一种在半导体材料表面外延生长一层或多层单晶材料的技术。外延生长的目的是为了获得具有特定物理和化学性质的单晶材料,以满足不同应用的需求。
在半导体外延技术中,外延层的厚度是一个非常重要的参数。外延层的厚度不仅影响外延材料的物理和化学性质,还直接影响到外延器件的性能。因此,精确控制外延层的厚度是半导体外延技术中的关键问题之一。
外延层的厚度通常是通过控制外延生长的时间和温度来实现的。在生长过程中,反应气体在加热的衬底上发生化学反应,生成外延层。通过控制反应气体流量、加热温度和生长时间等参数,可以精确控制外延层的厚度。
为了精确控制外延层的厚度,需要采用先进的测量和监控技术。例如,可以使用光学干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)等设备来测量外延层的厚度。这些设备可以提供高精度的测量结果,帮助研究人员精确控制外延层的厚度。
此外,为了提高外延层的均匀性和稳定性,还需要采用先进的生长技术和设备。例如,可以采用分子束外延(MBE)或金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等技术来生长高质量的外延层。这些技术可以提供高纯度的反应气体和精确的温度控制,从而获得高质量的外延层。
总之,半导体外延技术中的外延层厚度是一个非常重要的参数,需要精确控制。通
过采用先进的测量和监控技术以及先进的生长技术和设备,可以获得高质量的外延层,满足不同应用的需求。
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Ev
异质结构
Eg2 Eg1 Ev Eg1
发光原理
导带
电子-空穴产生能量
发出光
价带
量子阱的优点
可调光波
量子阱的优点
复合效率高
界面复合低
巧夺天工的工艺
是什么决定了颜色?
InGaAlP/GaAs/Gap 565-700nm
InGaAlP GaAs/Gap/GaAsp InGaN GaN
红黄蓝绿
InGaAlP/GaAsp 630-650nm InGaN/GaN 440-490nm InGaN/GaN 490-560nm
标准的GaN外延生长
1. .炉温930℃,800 ℃,600 ℃
七:长 P型GaN
2.时间72min 3.掺入Mg
P型GaN层215nm MQW层120nm N型GaN层2.5 μm GaN层0.5 μm GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
Mg(浓度5x1019/cm3) 20min 200nm/ (浓度 5x1020/cm3)2min 15nm
1.炉温750℃和1160 ℃
六:长多量子阱 MQW
2.时间80min 3.长8个MQW
MQW层120nm N型GaN层2.5 μm GaN层0.5 μm GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
一层长InGaN(2nm),再 长一层GaN(14nm),连续 长8个InGaN和GaN(16nm)
GaN层0.5 μm GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
标准的GaN外延生长
1.炉温1160℃
五:长 N型GaN
2.时间60min 3.掺Si
N型GaN层2.5 μm
GaN层0.5 μm GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
Si(浓度5x810/cm3)
标准的GaN外延生长
20台
10台 15台 30台 10台 6台
100
50 73 145 50 30
2013年中国大陆外延分布
西三角 MOCVD 产能
西安中为
华新丽华
2台
20台
100
100
2013年中国大陆外延分布
闽赣 MOCVD 厦门三安 厦门乾照 晶能 长城开发 22台 9台 50台 30台 产能 107 44 240 145
SiCl4+2H2=Si+4HCl (还原反应)
SiH4=Si+2H2
(热分解反应)
以Al2O3为衬底
(CH3)3Ga +NH3= GaN+3CH4 (还原反应) RnM+XHn→MX+nRH (还原反应通式)
金属有机化学气相沉积(MOCVD)
质量输运
AB
主气流
质量输运
AB+B
质量转移
主气流----表面 AB*
源供给 系统
金属有机化学汽相沉积(MOCVD)
1.以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族 元素的氢化物等作为晶体生长源材料
MOCVD原理
2.以热分解反应方式和高温还原反应的方式在 衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V族、ⅡⅥ族化合物的薄层单晶材料。
金属有机化学气相沉积(MOCVD)
单晶制作: 以Si/SiC为衬底
2
3 4
金属有机化学气相沉积(MOCVD)
金属有机化学气相沉积(MOCVD):
定义: MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新 型气相外延生长技术。
金属有机化学气相沉积(MOCVD)
MOCVD系统组成:
安全保 护系统 气体输 运系统 反应室和加热系 统 尾气处 理系统
手动和 制动控 制系统
量子阱结构
MQW结构
GaN势垒140An
一个Pair
1200A
InGaN势阱20A
能带与晶格
B
A
B
EgB
EgA
EgB
量子阱
量子阱:发光区域,核心结构
LQW
LQW
LQW
价带与导带结构
p-极 P-GaN
同质结构
n-极
Ec
N-GaN GaN缓冲层
蓝宝石
p-极 P-GaN InGaN n-极 N-GaN GaN缓冲层 蓝宝石 Ec
2013年中国大陆外延分布
两湖一徽 MOCVD 德豪润达 华灿 迪源 彩虹蓝光 芜湖三安 36台 29台 10台 50台 107台 产能 175 140 50 240 520
华磊
32台
160
2013年中国大陆外延分布
东北及京津唐 MOCVD 产能
浪潮华光
河北司辉 天津三安 方大 大连路美 山东冠全
2013年中国大陆外延分布
长三角及江浙 MOCVD 士兰微 清华同方 中科 隆耀 18台 32台 20台 22台 产能 87 120 100 107
上海蓝光
德豪润达 清芯光电 乾照光电 上海蓝宝 真明丽 中谷光电 灿扬
20台
30台 48台 21台 12台 30台 13台 20台
100
145 230 102 58 145 70 125
LED外延介绍
外延生长
什么是外延生长?
定义:在某种单晶基片(衬底)上生长一层有特定要求,与基片晶向 相同的单晶层。即原来的晶体向外延伸了一段,故称外延生长。
晶向与晶格
晶列
晶格
外延生长方法
外延生长方法
液相外延(LEP) 1
分子束外延(MBE)
化学分子束外延(CBE) 金属有机化学气相沉积(MOCVD)
载气H2 载气N2 载气N2 载气H2 载气H2
Mo Source
标准的GaN外延生长
1.炉温1200℃
一:高温除杂
2.通入H2 3.时间10min
Al2O3 (430±5μm)
标准的GaN外延生长
1.炉温530℃
二:长缓冲层
2.时间3min 3.通入NH3和TGM
GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
2013年中国大陆外延分布
珠三角
MOCVD 真明丽 比亚迪 奥伦德 奥洋顺昌 旭瑞国星 流明 19台 10台 5台 6台 6台 11台 产能 145 50 24 30 30 50
Thanks!
NH3:(500ml/min) TGM: 15μmol/min
标准的GaN外延生长
1.炉温1150℃
三:退火
2.切断Ga和N源 3.时间7min
GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
标准的GaN外延生长
1.炉温1160℃
四:长单晶GaN
2.时间3min 3.TMGaN ,H2 HN3
质量转移
表面----主气流
离解
离解
外延生长过程示意图
衬底材料要求
结构特性
界面特性
衬底特性
化学稳定性 热学性能 导电性
光学性
机械性能
标准的GaN外延生长
衬底:Si,GaN,ZnO,SiC ,Al2O3
外延生长材料
载气:H2,N2 反应剂:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱH3,SiH4,MO源
三甲基镓/(CH3)3Ga 三乙基镓/(C2H5)3Ga 三甲基铟/(CH3)3In 三甲基铝/(CH3)3Al 二茂镁/(Cp2Mg)