最新MOCVD原理及设备简介
光伏制造工艺及设备介绍MOCVD
MOCVD技术的特点和优势
特点
MOCVD技术具有沉积温度低、薄膜 质量好、组分和厚度可调等优点。
优势
通过MOCVD技术制备的太阳能电池 具有高光电转换效率、低制造成本等 优势，有助于推动光伏产业的发展。
02
光伏制造工艺中的MOCVD技术
03
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定期检查设备外观和紧固件是 否完好；
定期清洗反应室和管道，保持 设备内部的清洁；
定期校准气体流量控制器和温 度传感器等关键部件；
定期进行设备全面维护和保养 ，确保设备的稳定性和可靠性
。
04
MOCVD技术在光伏制造中的挑战和
解决方案
MOCVD技术在光伏制造中面临的挑战
设备成本高
MOCVD设备价格昂贵， 对于中小型企业而言，投 资门槛较高。
原理
在MOCVD过程中，金属有机化合物 和其它反应气体在高温下反应，生成 所需的化合物或单晶薄膜。
MOCVD技术的历史和发展
起源
MOCVD技术起源于20世纪60年代，最初用 于制备LED材料。
发展
随着科技的不断进步，MOCVD技术逐渐应用于光 伏制造领域，成为制备高效太阳能电池的重要手段 。
当前应用
MOCVD技术在光伏制造中的应用
用于制造高效太阳能电池
制造高效背反射器
MOCVD技术可以生长高质量的薄膜 材料，用于制造高效的多结太阳能电 池，如GaAs太阳能电池。
MOCVD技术可以生长高反射率的薄 膜，用于制造高效背反射器，提高太 阳能电池的吸光效率。
实现大面积生产
MOCVD技术可以覆盖大面积的衬底， 实现大面积太阳能电池的制造，降低 生产成本。
MOCVD和LED基础知识的介绍
MOCVD和LED基础知识的介绍
一、MOCVD原理
MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）是金属有机化学气相沉积的缩写。
它是一种利用化学气相沉积技术在晶体衬底上制备复合材料（通常为硅、硅化物等复合材料）以形成多功能半导体晶体管结构的原子级技术。
MOCVD可以被用于制造有机-无机材料的复合层，也可以用于制造金属-金属、有机-金属等复合层，甚至可以用于制造复合层间的界面。
它通常采用微观结构技术或界面技术来优化层的性能，涉及材料有半导体、金属、有机化学、液体等，可以进行复合多层，还可以将金属作为金属电极接触层接入到电子器件中。
二、LED基础知识
LED（Light-Emitting Diode），又称发光二极体，是一种特殊的半导体发光体，由一种由n型半导体和p型半导体构成的电子管。
LED发光体的工作原理是当传入电流时，n-型半导体会有多余电子，p-型半导体会有多余的空穴，由于两种半导体的依附相互吸引，当多余的电子和空穴碰撞时，会发生热量和光产生，从而产生发光。
LED的发光效率非常高，大约比普通的白炽灯高20～30倍。
LED发光效率随着发光角度的变化而发生变化，平均发光角度约10°～150°，对于发光角度非常苛刻的场合，应选择合适的LED。
MOCVD简介
MOCVDMOCVD是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor DeP osition)的英文缩写。
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.它以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，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200℃,用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方),H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。
MOCVD技术具有下列优点:(l)适用范围广泛，几乎可以生长所有化合物及合金半导体;(2)非常适合于生长各种异质结构材料;(3)可以生长超薄外延层，并能获得很陡的界面过渡;(4)生长易于控制;(5)可以生长纯度很高的材料;(6)外延层大面积均匀性良好;(7)可以进行大规模生产。
MOCVD系统组成因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。
因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。
不同厂家和研究者所产生或组装的MOCVD设备是不同的，但一般来说,MOCVD设备是由源供给系统、气体输运和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾气处理及安全防护报警系统、自动操作及电控系统等组成。
l)源供给系统包括Ⅲ族金属有机化合物、V族氢化物及掺杂源的供给。
金属有机化合物装在特制的不锈刚的鼓泡器中，由通入的高纯H2携带输运到反应室。
为了保证金属有机化合物有恒定的蒸汽压，源瓶置入电子恒温器中，温度控制精度可达0.2℃以下。
氢化物一般是经高纯H2稀释到浓度5%一10%后，装入钢瓶中，使用时再用高纯H2稀释到所需浓度后，输运到反应室。
MOCVD
MOCVD概述一、MOCVD的基本概述金属有机化合物气相沉积技术(MOCVD):金属有机化学气相沉积(MOCVD)又叫金属有机化学气相外延(MOVPE)，是目前应用十分广泛的气相外延生长技术。
它是马纳斯维特(Manasevit)于1968年提出来的一种制备化合物半导体薄膜单晶的方法。
80年代以来得到了迅速的发展，日益显示出在制备薄层异质材料，特别是生长量子阱和超晶格方面的优越性。
MOCVD采用Ⅲ族，Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族，Ⅵ族元素的氢化物作为源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长Ⅲ－Ⅴ族，Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体及其多元固溶体的薄层单晶。
金属有机化合物大多是具有高蒸汽压的液体。
用氢气，氮气或惰性气体作载气，通过装有该液体的鼓泡器，将其携带与Ⅴ族，Ⅵ族的氢化物（PH3，AsH3，NH3等）混合，通入反应室。
当它们流经加热衬底表面时，就在上面发生热分解反应，并外延生成化合物晶体薄膜。
对于Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的生长，MOCVD扮演了极为重要的角色，可以说MOCVD技术推动了氮化物半导体的产业化发展。
早在1971年，Manasevit 报道了用MOCVD技术在蓝宝石衬底上外延GaN薄膜，由于GaN与蓝宝石衬底的晶格失配和热失配都很大，早期生长的样品表面形貌很差，外延薄膜存在裂纹，n型背底浓度通常在1018cm-3以上。
此后的十几年的时间里，对Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的研究进展不大。
直到1986年，Akasaki首先引入低温AIN作为缓冲层，用MOCVD生长得到了高质量的GaN薄膜单晶。
两步生长法即首先在较低的温度下(500～600℃)生长一层很薄的GaN或AIN作为缓冲层(buffer)，经高温退火后，再将温度升高到1000℃以上生长GaN外延层。
这种方法的实质是在外延薄膜层和大失配的衬底之间插入一层“软”的薄层，以降低界面自由能。
实验结果表明，引入低温缓冲层后，外延薄膜的表面形貌和晶体质量显著提高，材料的n型背底浓度下降两个数量级以上，并且材料的光学性能（PL）也有提高。
MOCVD原理及设备简介
缺点:许多有机金属化合物蒸气有毒、易燃; 反应温度 低，因此有时在气相中就发生反应。
2020/4/2
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2. 太阳能电池的制备工艺
以玻璃为基底pin 型太阳能电池
引线盒 封装玻璃
Metal (250 nm)
ZnO (80nm) n layer (30nm)
方块电阻：<2×10-3 欧姆厘米 表面粗糙度：>35%
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ZnO的制备
MOCVD原理
将金属有机物气化后，利用载气通入反应室，在反 应室内发生化学反应，生成物沉积到衬底上形成薄 膜。
金属有机物：DEZ 载气： Ar
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ZnO的制备
DEZ＋H2O → ZnO
① (C2H5)2Zn+2H2O→Zn(OH)+2C2H6
i layer (350nm) P layer (10nm)
SnO2 （900nm)
玻璃
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ZnO
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ZnO的作用
1. 增 加 反 射 光 在 太 阳 电 池 中 的 光 程，提高太阳光的收集效率。
2. 减薄本征吸收层，抑制光致衰退， 改善电池的稳定性；
3. 阻挡金属背电极元素如Ag或Al 向n层的扩散，改善界面及电 池性能。
② Zn(OH)2
H2O
ZnO 基底
基底温度：180 ~ 200 ℃
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MOCVD系统
泵组
气源
沉积室
热阱
温度：250～300℃
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金属有机化学气相沉积法
金属有机化学气相沉积一、原理：金属有机化学气相沉积（MOCVD）是以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，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
金属有机化学气相沉积系统（MOCVD)是利用金属有机化合物作为源物质的一种化学气相淀积（CVD)工艺，其原理为利用有机金属化学气相沉积法 metal-organic chemical vapor deposition.MOCVD 是一利用气相反应物，或是前驱物 precursor 和Ⅲ族的有机金属和 V 族的 NH3，在基材substrate 表面进行反应，传到基材衬底表面固态沉积物的工艺。
二、MOCVD 的应用范围MOCVD 主要功能在於沉积高介电常数薄膜,可随著precursor 的更换,而沉积出不同种类的薄膜.对於LED 来说,LED 晶片由不同半导体材料的多层次架构构成,这些材料放在一个装入金属有机化学气相沉积系统的圆形晶片上.这个过程叫做晶体取向附生,对於决定LED 的性能特徵并因此影响白光LED 的装仓至关重要. MOCVD 应用的范围有: 1, 钙钛矿氧化物如PZT,SBT,CeMnO2 等; 2, 铁电薄膜; 3, ZnO 透明导电薄膜,用於蓝光LED 的n-ZnO 和p-ZnO,用於TFT 的ZnO,ZnO 纳米线; 4, 表面声波器件SAW(如LiNbO3 等,; 5, 三五族化合物如GaN,GaAs 基发光二极体(LED),雷射器(LD)和探测器; 6, MEMS 薄膜; 7, 太阳能电池薄膜; 8, 锑化物薄膜; 9, YBCO 高温超导带; 10, 用於探测器的SiC,Si3N4 等宽频隙光电器件MOCVD 对镀膜成分,晶相等品质容易控制,可在形状复杂的基材,衬底,上形成均匀镀膜,结构密致, 附著力良好之优点,因此MOCVD 已经成为工业界主要的镀膜技术.MOCVD 制程依用途不同,制程设备也有相异的构造和型态.MOCVD 近来也有触媒制备及改质和其他方面的应用,如制造超细晶体和控制触媒得有效深度等.在可预见的未来裏,MOCVD 制程的应用与前景是十分光明的.三、MOCVD组件介绍MOCVD系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、反应源及废气处理系统。
MOCVD设备结构及维护ppt课件
Showerhead
Upper plenum:
Feeds the group III elements using metal organics
Lower plenum:
Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or AsH3
Gas dosing unit for hydride source
Purging reactor sight glass
Gas supply
for venting
MO1 run line MO1 vent line MO run bypass
Gas supply for MO2 sources
Gas supply for MO1 sources
A Eurotherm controller B Thermocouple in the center of the heater coils
三.TS机台气体运输系统
气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要 能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的 时间和前后顺序，从而按设计好的工艺方案生长特定组分和结构的 外延层。气体输运系统包括源供给系统，Run/Vent 主管路，吹扫管 路，检漏管路和尾气处理系统。
原理
MOCVD是以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，以热分解反应方式在衬底上 进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它 们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生 长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反 应室中进行，衬底温度为500-1200℃,用射频感应加热石墨基座( 衬底基片在石墨基座上方),H2通过温度可控的液体源鼓泡携带 金属有机物到生长区。
金属有机物化学气相淀积技术(mocvd)
金属有机物化学气相淀积技术(mocvd)
金属有机物化学气相淀积技术（MOCVD）是一种先进的薄膜沉积技术，该技术广泛应用于半导体、光电子学、微纳电子器件等领域。
本文将介绍MOCVD的基本概念、装置和工作
原理。
一、基本概念
MOCVD是一种基于化学气相沉积（CVD）的薄膜制备技术。
它是通过将金属有机化合物和一种载气（通常是气相环氧化物）一起运输到衬底表面，然后通过化学反应在衬底表面
形成薄膜的过程，被称为外延生长。
在MOCVD中，金属有机化合物用作先驱体，其中含有
金属元素和有机基团，这些先驱体通过热解分解，所得的金属原子将与合适量的载气反应，最终在衬底表面上沉积形成薄膜。
二、装置
MOCVD主要由以下三个部分组成：气体输送系统、反应器和衬底加热器。
气体输送系统：由先驱体和载气组成，在输送过程中需要确保混合气体的流量、浓度
和稳定性。
常用的金属有机先驱体包括三甲基金属、铝烷、氮化铝丙酮酸盐等。
反应器：主要分为扩散式和流通式两种。
扩散式反应器是将反应室分成上下两部分，
通过对反应室内载气的控制来控制底部料层温度。
流通式反应器是将气体流动通过反应器
中的周期性反应层，实现对材料均匀性的控制。
衬底加热器：这是MOCVD反应器的核心部件，其主要作用是将衬底表面升温，并保持
一个固定的温度控制，控制薄膜的生长过程。
三、工作原理
在MOCVD的过程中，衬底通过加热反应室来升温，在反应室中，混合气体流经衬底表面，这些气体中的金属元素和气相载气反应产生微观的沉积反应，这些微观沉积过程最终
组成高质量的单晶膜。
MOCVD解析及剖面原理图
MOCVD介绍MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。
与其他外延生长技术相比，MOCVD技术有着如下优点：（1）用于生长化合物半导体材料的各组分和掺杂剂都是以气态的方式通入反应室，因此，可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。
可以用于生长薄层和超薄层材料。
（2）反应室中气体流速较快。
因此，在需要改变多元化合物的组分和掺杂浓度时，可以迅速进行改变，减小记忆效应发生的可能性。
这有利于获得陡峭的界面，适于进行异质结构和超晶格、量子阱材料的生长。
（3）LED外延生长是以热解化学反应的方式进行的，是单温区外延生长。
只要控制好反应源气流和温度分布的均匀性，就可以保证外延材料的均匀性。
因此，适于多片和大片的外延生长，便于工业化大批量生产。
（4）通常情况下，LED外延生长速率与Ⅲ族源的流量成正比，因此，生长速率调节范围较广。
较快的生长速率适用于批量生长。
（5）使用较灵活。
原则上只要能够选择合适的原材料就可以进行包含该元素的材料的MOCVD生长。
而可供选择作为反应源的金属有机化合物种类较多，性质也有一定的差别。
（6）由于对真空度的要求较低，反应室的结构较简单。
（7）随着检测技术的发展，可以对MOCVD的生长过程进行在位监测。
实际上，对于MOCVD和MBE技术来说，采用它们所制备的外延结构和器件的性能没有很大的差别。
MOCVD技术最吸引入的地方在于它的通用性，只要能够选取到合适的金属有机源就可以进行外延生长。
而且只要保证气流和温度的均匀分布就可以获得大面积的均匀材料，适合进行大规模工业化生产。
MOCVD技术的主要缺点大部分均与其所采用的反应源有关。
首先是所采用的金属有机化合物和氢化物源价格较为昂贵，其次是由于部分源易燃易爆或者有毒，因此有一定的危险性，并且，反应后产物需要进行无害化处理，以避免造成环境污染。
MOCVD设备结构及维护
环保与节能
研发低能耗、低污染的MOCVD设备，降低生产 成本，促进可持续发展。
多功能集成化
将多种功能集成于一台MOCVD设备中，实现材 料生长、加工、检测等一体化操作。
THANKS.
05
势与展望
技术创新与改进
高效光源技术
研发更高效、稳定、长寿命的可见光和紫外光源，提高MOCVD 设备的沉积速率和均匀性。
精确温度控制技术
优化加热系统，实现更精确的温度控制，提高薄膜质量与稳定性。
先进反应腔室设计
采用新型腔室结构和材料，降低反应气体压力，提高薄膜纯度和均 匀性。
应用领域拓展
新材料开发
加热系统的热稳定性也需要非常高， 以减少温度波动对生长的影响。
气体供给系统结构
气体供给系统是MOCVD设备 中的重要组成部分，用于提供
外延生长所需的气体。
气体供给系统通常由气瓶、流 量计、压力表等组成，其中气 瓶用于存储气体，流量计和压 力表用于监测和控制气体的流
量和压力。
气体供给系统的稳定性需要非 常高，以减少气体波动对生长 的影响。
反应室的温度和压力需要精确控制，以确保外延 生长的稳定性和均匀性。
加热系统结构
加热系统是MOCVD设备中的重要组 成部分，用于提供外延生长所需的温 度。
加热系统的温度控制精度需要非常高， 通常在±1℃以内，以确保外延生长 的稳定性和均匀性。
加热系统通常由加热器、热电偶、测 温仪等组成，其中加热器是主体结构， 热电偶和测温仪用于监测温度。
03
控制系统的智能化程度也需要不断提高，以实现更加 精确和自动化的控制。
04
控制系统的稳定性和可靠性需要非常高，以减少故障 和误差。
最新金属有机化学气相沉积法
金属有机化学气相沉积一、原理：金属有机化学气相沉积(MOCVD)是以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，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ -V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
金属有机化学气相沉积系统 (MOCVD)是利用金属有机化合物作为源物质的一种化学气相淀积 (CVD)工艺，其原理为利用有机金属化学气相沉积法 metal-organic chemical vapor deposition.MOCVD 是一利用气相反应物，或是前驱物 precursor 和Ⅲ族的有机金属和 V 族的 NH3，在基材substrate 表面进行反应，传到基材衬底表面固态沉积物的工艺。
二、 MOCVD 的应用范围MOCVD 主要功能在於沉积高介电常数薄膜,可随著 precursor 的更换,而沉积出不同种类的薄膜.对於 LED 来说,LED 晶片由不同半导体材料的多层次架构构成 ,这些材料放在一个装入金属有机化学气相沉积系统的圆形晶片上.这个过程叫做晶体取向附生,对於决定LED 的性能特徵并因此影响白光 LED 的装仓至关重要. MOCVD 应用的范围有: 1, 钙钛矿氧化物如 PZT,SBT,CeMnO2 等; 2, 铁电薄膜; 3, ZnO 透明导电薄膜,用於蓝光 LED 的n-ZnO 和 p-ZnO,用於 TFT 的 ZnO,ZnO 纳米线; 4, 表面声波器件 SAW(如 LiNbO3 等,; 5, 三五族化合物如 GaN,GaAs 基发光二极体(LED),雷射器(LD)和探测器; 6, MEMS 薄膜; 7, 太阳能电池薄膜; 8, 锑化物薄膜; 9, YBCO 高温超导带; 10, 用於探测器的 SiC,Si3N4 等宽频隙光电器件 MOCVD 对镀膜成分,晶相等品质容易控制,可在形状复杂的基材,衬底,上形成均匀镀膜,结构密致, 附著力良好之优点,因此 MOCVD 已经成为工业界主要的镀膜技术.MOCVD 制程依用途不同,制程设备也有相异的构造和型态.MOCVD 近来也有触媒制备及改质和其他方面的应用,如制造超细晶体和控制触媒得有效深度等.在可预见的未来裏,MOCVD 制程的应用与前景是十分光明的 .三、MOCVD 组件介绍MOCVD 系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、反应源及废气处理系统。
MOCVD概述
金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）一、概念MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文缩写。
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.它以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，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
二、系统组成2.l源供给系统包括Ⅲ族金属有机化合物、V族氢化物及掺杂源的供给。
金属有机化合物装在特制的不锈刚的鼓泡器中，由通入的高纯H2携带输运到反应室。
为了保证金属有机化合物有恒定的蒸汽压，源瓶置入电子恒温器中，温度控制精度可达0.2℃以下。
氢化物一般是经高纯H2稀释到浓度5%一10%后，装入钢瓶中，使用时再用高纯H2稀释到所需浓度后，输运到反应室。
掺杂源有两类，一类是金属有机化合物，另一类是氢化物，其输运方法分别与金属有机化合物源和氢化物源的输运相同。
2.2气体输运系统气体的输运管都是不锈钢管道。
为了防止存储效应，管内进行了电解抛光。
管道的接头用氢弧焊或VCR及Swagelok方式连接，并进行正压检漏及Snoop液体或He泄漏检测，保证反应系统无泄漏是MOCVD设备组装的关键之一。
流量是由不同量程、响应时间快、精度高的质量流量计和电磁阀、气动阀等来实现。
在真空系统与反应室之间设有过滤器，以防油污或其它颗粒倒吸到反应室中。
为了迅速变化反应室内的反应气体，而且不引起反应室内压力的变化，设置“run”和“vent，，管道。
2.3反应室和加热系统反应室是由石英管和石墨基座组成。
为了生长组分均匀、超薄层、异质结构的化合物半导体材料，各生产厂家和研究者在反应室结构的设计上下了很大功夫，设计出了不同结构的反应室。
石墨基座是由高纯石墨制成，并包裹SIC层。
加热多采用高频感应加热，少数是辐射加热。
mocvd设备工作原理
mocvd设备工作原理
mocvd设备是一种多功能化的制备半导体纳米材料和结构的装置。
它是一种可控化学气相沉积技术，可以控制分子间的反应，以达到调节晶体和结构的目的。
mocvd设备的工作原理与其他气相沉积设备的原理基本相同，都是利用密封室内的压力环境和温度环境，在原料气体的作用下，将原料气体反应到晶体表面，从而形成半导体材料的原理。
mocvd设备的工作原理主要包括以下几个步骤：
（1）原料气体的投料：原料气体是半导体材料制备的基础，必须先将原料气体投入室内，以满足所需的气体浓度；
（2）压力环境控制：mocvd设备的压力环境是其工作的关键，它必须控制在一定的范围内才能保证原料气体的反应；
（3）温度环境控制：控制温度也是mocvd设备工作的关键，一般要求温度在200~1000℃之间；
（4）原料气体反应：mocvd设备内的原料气体在一定的温度和压力条件下反应，从而形成半导体材料；
（5）结构调节：通过调节原料气体中每种成分的浓度，可以调节晶体结构和物理性质，从而达到晶体控制的目的。
mocvd设备的工作原理就是这样，它可以为半导体材料的制备提供便利，为科学研究和工业应用提供了可靠的技术支持。
MOCVD气源输送系统概述
MOCVD气源输送系统概述1背景金属有机化合物气相沉积，即MOCVD，有时也称作MOVPE（motel Orgnic Vapor Phase Epitaxy）即金属有机物相外延生长，是一种制备化合物半导体薄层单晶的方法。
MOCVD生长所用的源材料均为气体，对于Ⅲ族或Ⅱ族，采用其金属有机化合物；对于Ⅴ族或Ⅳ族，采用其烷类化合物。
MOCVD就是以金属化合物（三甲基镓（TMGa）、三甲基铝（TMAl）、三甲基铟（TMIn）、三乙基镓（TEGa）等）和烷类（AsH3，PH3，NH3等）为原料进行化学气相沉积生长单晶薄膜的技术，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延。
金属有机物大多是具有高蒸气压的液体，通过氢气、氮气或其他惰性气体作为载气，将其携带出与烷类混合，再共同进入高温高压反应室。
其技术基础：在一定温度下，金属有机物和烷类发生热分解，并在一定晶向的衬底表面上吸附、化合、成核、生长。
MOCVD生长使用的源材料通常是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超导层异质材料，故其系统设计通常要求系统气密性良好，流量、温度控制精确，组分变换迅速等。
一般来说，MOCVD设备是由气体运输系统、反应室和加热系统、尾气处理和控制系统等组成，如图1-1所示图1-1 MOCVD设备的基本工作原理2 MOCVD气源运输系统在GaN系列的MOCVD设备中气源输运系统的主要功能是将各种反应气体输送到反应腔体中进行反应，反应气体包括Ⅲ族的金属有机化合物和Ｖ族源的NH3，P型掺杂源CP2Mg，Si型掺杂源SiH4，以及载气和吹扫气体H2和N2，气源输运系统如图2-1所示。
图2-1气源运输系统结构2.1 MO源供给系统图2-2为液态MO源可控蒸发输送系统简图，工作过程中，液态源通过液体质量流量控制器定量送入混合阀，同时，载气也通过气体质量流量控制器定量送入混合阀，混合后的气液混合物进入蒸发器，蒸发器通过控制温度完成气液混合物的完全汽化并通入反应室。
MOCVD(有机金属化学气相沉积)的镀膜技术
經濟部工業局機械產業藍領及白領人才培訓計畫【工業局補助計畫】MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)的鍍膜技術與製程、設備實務人才培訓班MOCVD是生產製作LED磊晶最重要的設備，由於今年全球各家磊晶廠相繼擴廠、並且有許多新進者都有投資磊晶廠的計畫，全球的需求超過200台。
本會執行經濟部工業局的人才培訓計劃，協助LED廠商培養相關的人才，特別邀請到LED磊晶大廠、MOCVD設備的第一品牌和有LED磊晶實務的專家學者，來跟學員詳細的解說MOCVD的最新製程與技術的發展應用，並且對於MOCVD的鍍膜原理和設備解析都有深入的介紹，希望透過許多專家不同面向的經驗分享與教導，幫助更多希望進入MOCVD領域的學員。
【主辦單位】：經濟部工業局【執行單位】：財團法人工業技術研究院＆社團法人台灣光電與半導體設備產業協會【課程表】【學員資格】：對MOVCD設備有興趣之在職或待業人士皆可報名【招生人數】：20名【開班人數】：10名【開課日期】：99年5月7日及5月14日，總計12小時【開課地點】：新竹科技生活館(新竹科學園區工業東二路1號)【收費標準】：學員自付4,000元／人，工業局補助4,000元／人（以上費用含稅、講義、餐費）【報名日期】：即日起至5月4日，並於5月4日發送行前通知，如無收到e-mail請來電TOSEA秘書處鄭雅存小姐。
【報名方式】：傳真：(02)2755-1243 或電洽(02)2702-2086 鄭雅存小姐E-mail：registration@.tw【繳費方式】：因現場座位有限，以先繳費者為優先，額滿為止1.支票或匯票─請開立99年5月7日到期支票，“掛號”郵寄方式繳費並附報名表影本►支票或匯票抬頭─社團法人台灣光電與半導體設備產業協會（請寫全名）►郵寄地址─106台北市仁愛路四段68號6樓鄭雅存小姐收2.電匯或ATM轉帳後“傳真”匯款收執聯或ATM轉帳記錄並註明報名課程及人員►受款帳戶─社團法人台灣光電與半導體設備產業協會（請寫全名）►受款銀行─土地銀行工研院分行►受款帳號─156-001-00095-1►備註─請勿塗改轉出帳號，以利本會對帳核銷【退費標準】：學員於開訓前退訓者，退還所繳訓練費用之七成；受訓未逾全期三分之一而退訓者，退還所繳訓練費用之半數；受訓逾全期三分之一而退訓者，不退費。
MOCVD设备与现代MOCVD技术研究
MOCVD设备与现代MOCVD技术研究MOCVD，即金属有机物化学气相沉积法、金属有机物气相外延生长，是一种制备化合物半导体薄层的方法，应用于多个领域，如太阳能电池、半导体激光器、LED等。
现有的MOCVD设备主要依赖进口，成本较高，因此MOCVD设备的研究对国防高端技术、新能源领域都很有必要。
文章简单分析了MOCVD 设备以及MOCVD技术。
标签：MOCVD设备；MOCVD技术；反应腔1 MOCVD设备构成MOCVD设备包括了5个分系统，加热系统、反应室、气体输运及尾气处理系统、冷却系统、控制系统等。
（1）反应腔结构。
MOCVD设备中，反应腔是生长材料的部分，其设计会影响到材料生长好坏。
反应腔可以分为垂直式、水平式两种。
垂直式反应腔的衬底表面和反应源的进气方向是相互垂直的，整个衬底表面被反应源全部覆盖，避免出现水平式反应腔中出现的消耗不均等问题。
水平式反应腔的衬底设置在基座的水平方向，小直径的进气口向大直径的进气口过渡，气体从衬底上流过，避免出现湍流，以保证层流。
水平式反应腔实现均匀薄膜厚度的难度较大，因此水平式反应腔不能大规模生产，只适合用于研究。
（2）加热系统、冷却系统。
MOCVD设备薄层的生长温度在400-2000℃范围内。
加热系统加热的是发生反应的基底，向反应提供所需温度，并且能够满足升温降温速度快、加热均匀和温度稳定时间短的要求。
在反应腔中反应物均匀分布的情况下，基座表面熱场保持均匀就是提高薄层厚度均匀性的一种方式。
冷却系统包括了气体流道冷却、喷淋腔壁冷却、腔体中心管冷却、加热器电极冷却、尾气冷却等，见图1。
（3）气体运输系统。
气体输运系统是MOCVD设备成本的集中部位。
因为所使用的载气属于超高纯气体，在输运中要避免出现气体被污染的情况，对调压阀、输运管道、切换组合阀、弯管连接头、气动隔膜阀等的光洁度、质量的要求非常高。
同时，还有较多的高精度集成控制装置，包括质量流量控制器、压力控制器等。
MOCVD有机金属化学气相沉积
原理：金属有机化学气相沉积系统（MOCVD)是利用金属有机化合物作为源物质的一种化学气相淀积（CVD)工艺，其原理为利用有机金属化学气相沉积法metal-organic chemical vapor deposition.MOCVD是一种利用气相反应物，或是前驱物precursor和Ⅲ族的有机金属和V族的NH3，在基材substrate表面进行反应，传到基材衬底表面固态沉积物的工艺。
优缺点：MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。
与其他外延生长技术相比，MOCVD技术有着如下优点：（1）用于生长化合物半导体材料的各组分和掺杂剂都是以气态的方式通入反应室，因此，可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。
可以用于生长薄层和超薄层材料。
（2）反应室中气体流速较快。
因此，在需要改变多元化合物的组分和掺杂浓度时，可以迅速进行改变，减小记忆效应发生的可能性。
这有利于获得陡峭的界面，适于进行异质结构和超晶格、量子阱材料的生长。
（3）晶体生长是以热解化学反应的方式进行的，是单温区外延生长。
只要控制好反应源气流和温度分布的均匀性，就可以保证外延材料的均匀性。
因此，适于多片和大片的外延生长，便于工业化大批量生产。
（4）通常情况下，晶体生长速率与Ⅲ族源的流量成正比，因此，生长速率调节范围较广。
较快的生长速率适用于批量生长。
（5）使用较灵活。
原则上只要能够选择合适的原材料就可以进行包含该元素的材料的MOCVD生长。
而可供选择作为反应源的金属有机化合物种类较多，性质也有一定的差别。
（6）由于对真空度的要求较低，反应室的结构较简单。
（7）随着检测技术的发展，可以对MOCVD 的生长过程进行在位监测。
MOCVD技术的主要缺点大部分均与其所采用的反应源有关。
首先是所采用的金属有机化合物和氢化物源价格较为昂贵，其次是由于部分源易燃易爆或者有毒，因此有一定的危险性，并且，反应后产物需要进行无害化处理，以避免造成环境污染。
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2. 太阳能电池的制备工艺
以玻璃为基底pin 型太阳能电池
引线盒
封装玻璃
Metal (250 nm)
ZnO
ZnO (80nm)
n layer (30nm)
i layer (350nm)
P layer (10nm)
SnO2 （900nm)
玻璃
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ZnO的作用
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DEZ房要求：
1.防爆 2.房间内有空调口、排风口、氮气口 3.房间内有火警检测器、烟雾检测器 4.自动充填系统下面有通孔及下水道，可以使泄
漏的化学品流到漏液燃烧装置 5.燃烧装置不能有水 6.燃烧装置配备排气管、氮气输出管 7.DEZ放配避雷针
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1. 增 加 反 射 光 在 太 阳 电 池 中 的 光 程，提高太阳光的收集效率。
2. 减薄本征吸收层，抑制光致衰退， 改善电池的稳定性；
3. 阻挡金属背电极元素如Ag或Al 向n层的扩散，改善界面及电 池性能。
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ZnO性能
结构：六方晶体，每个Zn(锌)原子与四个O(氧 )原 子按四面体排布，ZnO薄膜是由不规则晶粒组成的 多晶薄膜。
金属有机物：DEZ 载气： Ar
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ZnO的制备
DEZ＋H2O → ZnO
① (C2H5)2Zn+2H2O→Zn(OH)+2C2H6
② Zn(OH)2
H2O
ZnO 基底
基底温度：180 ~ 200 ℃
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MOCVD系统
泵组
气源
沉积室
热阱
温度：250～300℃
结束语
谢谢大家聆听！！！
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DEZ和H2O气路管布局图
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MOCVD设备外观图
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DEZ 性质
无色液体、与水、空气可发生剧烈反应，易燃易爆， 对皮肤及眼睛有伤害。
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对厂房设计、安全要放在首位。一般厂房分为两层， 2楼主要放氮气管、氨气管、空调、排风。1楼放 DEZ
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DEZ房
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漏液燃烧室
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MOCVD原理及设备简介
1. 什么是MOCVD？
一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄 膜的化学气相沉积技术。
优点：沉积温度低、不采用卤化物原料，因此 在沉积中不存在刻蚀反应;适合大批量生产。
可直接生长出绒面结构的ZnO薄膜，能有效增加入射 光的光程，对太阳光谱起到良好的陷光作用。
缺点:许多有机金属化合物蒸气有毒、易燃; 反应温度 低，因此有时在气相中就发生反应。
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MOCVD系统原理图
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反应气体： 1.DEZ (Ar载气） 2.H2O(Ar载气） 3.B2H6
尾气： Ar、H2O、C2H6、 B2H6、H2、 （C2H5)2Zn
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沉积室
传输腔：1个 沉积室：3个 进/出样室：2个
参数： 温度：室温～300℃ 压力：0.5~5Torr
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DEZ气罐更换
卸气罐
1.确认罐内残余DEZ量 2.关闭气罐所有阀门 3.管道清洗 4. 拆除分离气罐与管
路
1. 确认所有阀门处于关闭状态
2. 将气罐放入柜内，连接管路
装气罐 3. 检漏
4. 4.清洗光路
5. 打开气罐阀
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ห้องสมุดไป่ตู้29
半导体特性：N型宽带隙半导体，Eg=3.36eV
导带底 Ec
导带
电
子
能
量
禁带
Eg (禁带宽度)
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价带
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价带顶 Ev
ZnO性能
100nm厚度的透过率与电阻
方块电阻：<2×10-3 欧姆厘米 表面粗糙度：>35%
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ZnO的制备
MOCVD原理
将金属有机物气化后，利用载气通入反应室，在反 应室内发生化学反应，生成物沉积到衬底上形成薄 膜。