• 金屬有機化學氣相沉積系統是如何制造半導體薄膜的?

    點擊次數:730 發布時間:2020-11-12


        金屬有機化學氣相沉積系統是納米制造領域的一項著名技術,在大規模集成電路、絕緣材料、磁性材料、光電子材料領域有著*的重要地位。通過利用氣相間的反應,它能將蒸發的反應物沉積在表面形成薄膜,比如說石墨烯就是CVD廣為認知的產物,但目前看來,制備薄膜半導體材料也是它受重視的應用之一。

        金屬有機化學氣相沉積系統的原理:

        CVD的研究始于十九世紀末,主要用于重要材料的合成和制備。若想知道CVD是如何制造特定薄膜的,那就得先了解它的原理。

        CVD屬于“自下而上”的納米制造技術,其原理是把含有構成薄膜元素的氣態反應劑或液態反應劑的蒸氣及反應所需其它氣體引入反應室,通過提高溫度、等離子體作用、光的輻射或其他形式的能量,使它們在襯底表面發生化學反應,生成新的固態物質沉積到表面生成薄膜的過程。
     
        CVD包括4個主要階段:①反應氣體向材料表面擴散;②反應氣體吸附于材料的表面;③在材料表面發生化學反應;④氣態副產物脫離材料表面。由于是分子級別的成核或生長,所以CVD更適合在形狀不規則的襯底表面形成致密均勻的薄膜,而且沉積速度快,膜層質量也很穩定,某些特殊膜層還具有優異的光學、熱學和電學性能,因而易于實現批量生產。

        但是CVD的沉積溫度通常很高,在900℃~2000℃之間,容易引起零件變形和組織上的變化,從而降低機體材料的機械性能并削弱機體材料和鍍層間的結合力,使基片的選擇、沉積層或所得工件的質量都受到限制。因此,目前中、低溫和高真空兩個方面是CVD的主要發展方向。

        金屬有機化學氣相沉積系統在半導體薄膜中的應用:

        目前,CVD可用于許多單原子材料,如由碳原子構成的石墨烯。但對于半導體材料來說,這個過程可能會更復雜,因為它們通常包含多個金屬原子。舉個例子“硅”,它是已知早的(也是簡單的)半導體材料之一,其薄膜可以在化學氣相沉積反應器系統中由硅烷(SiH4)產生。

        但如果想制造更復雜的半導體薄膜,如砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)薄膜,那就需要用到金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)。與許多其他CVD技術一樣,MOCVD是CVD技術的延伸和改進版本——在此過程中超純氣體被注入反應器中,精細計量后以將非常薄的原子層沉積到半導體晶片上,含有所需化學元素的有機化合物或金屬有機物和氫化物的表面反應為晶體生長創造條件,形成材料和化合物半導體的外延。不同于傳統的硅半導體,這些半導體可以包含的組合III族和V族,II族和VI族,IV族或第IV族,V和VI族的元素。

        MOCVD反應腔

        另外,MOCVD的沉積溫度相對較低,因此對于那些不能承受常規CVD高溫,而要求采用中低溫度的基體(如鋼一類的基體)有很高的應用價值。除GaN等材料外,用MOCVD技術生長的多晶SiO2是良好的透明導電材料,用MOCVD得到的TiO2結晶膜被用于了太陽能電池的抗反射層、水的光電解及光催化等方面。
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