Која е разликата помеѓу MBE и MOCVD?

Ⅰ. Заеднички карактеристики на MBE и MOCVD

Работна средина: И двата работат во чиста средина.

‌Опсег на примена‌: И двете техники можат да произведат идентични епитаксијални структури во специфични материјални системи, како што се арсенидите.

Ⅱ. Разликите помеѓу MBE и MOCVD

MBE (Молекуларна зрачна епитаксија)

Принцип на работа: Користи елементарни прекурсори со висока чистота, загреани во ќелии за испарување за да формираат молекуларни зраци за таложење. Типично работи под услови на ултра висок вакуум (UHV) за да се спречи контаминација од молекули на воздух.

‌Структура на опремата‌: Составена од комора за пренос на примероци и комора за раст. Комората за раст е запечатена и се отвора само за време на одржување. Подлогите се монтирани на загреан држач опкружен со криообвивка ладена со течен азот за да се заробат нечистотиите и атомите што не се заробени на површината на подлогата.

‌Алатки за мониторинг‌: Користи алатки за мониторинг in situ, како што се рефлективна дифракција на електрони со висока енергија (RHEED) за набљудување на површината на раст, ласерска рефлектометрија, термичко снимање и хемиска анализа (масена спектрометрија, Ожерова спектроскопија) за анализа на составот на испарените материјали. Дополнителни сензори ја мерат температурата, притисокот и стапките на раст за прилагодувања во реално време.

‌Стапка на раст‌: Типично околу една третина од монослој во секунда (~0.1 nm, 1 Å). Контролирано од стапки на флукс (стапка на пристигнување на атом на подлогата, регулирана од температурите на изворот) и температура на подлогата (влијае на површинската дифузија и десорпција). Механичките системи на затворач овозможуваат прецизна контрола врз стапките на раст и снабдувањето со материјал, овозможувајќи сигурен и репродуктивен раст на тернерни/кватернерни легури и повеќеслојни структури.

Карактеристики на материјалот

‌Силициум‌: Растот на силициумски подлоги бара екстремно високи температури (>1000°C) за да се обезбеди десорпција на оксид, што бара специјализирани грејачи и држачи на подлогата.34 Несовпаѓањата на константата на решетката и коефициентот на термичка експанзија го прават растот на материјалот III-V на силициум активна област на истражување.

‌Антимон (Sb): За III-Sb полупроводници, ниските температури на подлогата се неопходни за да се спречи десорпција од површината.6 На покачени температури, може да се појави „диспропорционација“, каде што еден атомски вид преференцијално испарува, оставајќи нестехиометриски материјал.

‌Фосфор (P): За III-P легури, таложењето на фосфор во комората бара долготрајни процеси на чистење, што ги прави кратките производствени циклуси непрактични.

‌Напрегнати слоеви‌: Обично се потребни пониски температури на подлогата за да се намали атомската површинска дифузија, со што се минимизираат ризиците од релаксација на слоевите.6 Сепак, ова може да доведе до дефекти поради намалена подвижност на наталожените атоми, предизвикувајќи празнини во епитаксијалниот слој кои можат да се енкапсулираат и да предизвикаат дефекти.

MOCVD (Метално-органски хемиски таложење на пареа)

‌Принцип на работа‌: Хемиски процес на таложење со пареа кој користи ултрачисти гасовити прекурсори, што бара ракување и третман на токсични гасови. За епитаксијално таложење во слоеви се користат металооргански прекурсори со висока чистота (на пр., триметилгалиум [TMGa] или триметилалуминиум [TMAl] за елементи од група III и хидридни гасови како што се арзин [AsH3] и фосфин [PH3] за елементи од група V).

‌Структура на системот‌: Се одликува со реакциона комора со висока температура, ладена со вода. Подлогите се поставуваат на графитен сусцептор загреан преку RF, отпорни или инфрацрвени методи. Реактивните гасови се вбризгуваат вертикално во процесната комора над сусцепторот. Униформноста на слоевите се постигнува со оптимизирање на температурата, вбризгувањето на гас, вкупната брзина на проток, ротацијата на сусцепторот и притисокот.

Алатки за мониторинг:

· Термичко снимање со корекција на емисивноста за мерење на температурата на површината на подлогата in situ.

· Рефлектометрија за анализа на површинската грубост и стапките на епитаксијален раст.

· Мерење на закривеноста базирано на ласер за следење на свиткувањето на подлогата.

· Ултразвучни сензори за гас за следење на концентрациите на металооргански прекурсори, со што се подобрува точноста и репродуктивноста на процесот.

Услови за раст:

· Температурата на раст првенствено се одредува според барањата за пиролиза на прекурсорите, а потоа се оптимизира за површинска миграција.

· Стапките на раст се регулирани од притисокот на пареата на металоорганските извори од Група III во меурчерот.

· Легурите што содржат алуминиум (на пр., AlGaAs) обично се одгледуваат на повисоки температури (>650°C), додека слоевите што содржат фосфор (на пр., GaInP) се таложат на пониски температури (<650°C), со исклучоци како што е AlInP.

Материјални својства:

· За ‌високо напрегнати слоеви‌, балансирањето и компензацијата на напрегањето се постигнуваат преку рутинска употреба на арсенидни и фосфидни материјали (на пр., GaAsP бариери и InGaAs квантни бунари [QWs]).

· За ‌антимонидните материјали‌, недостатокот на соодветни прекурсори води до ненамерно (и често непожелно) вградување на јаглерод во AlSb, ограничувајќи ги опциите за легури и ограничувајќи го усвојувањето на растот на антимонид во МОЦВД.

Ⅲ. Резиме

Опции за следење:

MBE обично нуди повеќе опции за мониторинг in situ во споредба со MOCVD. Во MBE, епитаксијалниот раст се прилагодува преку стапки на флукс и температура на подлогата - параметри кои се независно контролирани - овозможувајќи појасен, подиректен увид во процесот на раст преку корелирано мониторирање in situ.

Соодветност на материјалот:

МОЦВД е многу разновидна техника способна за депонирање на различни материјали (на пр., соединенија од полупроводници, нитриди, оксиди) со менување на хемијата на прекурсорите. MOCVD коморите исто така бараат пократко време на чистење од MBE системите.

Предности на апликацијата:

· ‌Материјали базирани на Sb‌: MBE е претпочитаниот метод на раст.

· ‌Материјали базирани на P: MOCVD е фаворизиран.

· ‌Материјали базирани на ас: И двете техники покажуваат споредливи можности.

· ‌Напредни структури‌ (на пр., квантни точки, квантни каскадни ласери): MBE често се избира за основна епитаксија.

· ‌Епитаксијален повторен раст‌: MOCVD обично се претпочита поради неговата флексибилност при јоргадирање и маскирање.

Специјализирани апликации:

· MOCVD се истакнува кај ласери со дистрибуирана повратна информација (DFB), закопани хетероструктурни уреди и повторно растење на брановоди поврзани со чело (што може да вклучува in situ полупроводничко јоргавирање).

· MOCVD е погоден за ‌монолитна интеграција на InP‌. Додека монолитната интеграција на GaAs е сè уште во почетна фаза, МОЦВД Овозможува ‌селективен раст на површината‌, помагајќи во растојанието помеѓу брановите должини на емисија/апсорпција. MBE има тешкотии овде поради поликристалните наслаги што се формираат на диелектричните маски.