박막 준비 - 에피택시
대부분의 재료는 비정질, 결정질 또는 다결정 상태로 존재합니다. 기계적, 광학적, 열적, 전기적 특성도 상태에 따라 달라집니다.
예를 들어, 비정질 형태의 탄소는 검은색 분말이지만 결정 형태에서는 굴절률이 높은 다이아몬드이며 광학적으로 투명한 고체입니다. 실리콘 산화물은 무정형 형태에서는 백색 분말이고 결정 형태에서는 석영입니다.
결정질 필름은 생산하기가 더 어렵기 때문에 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기에 적절하지 않은 한 비정질 필름이 사용됩니다. 광학 코팅의 경우 대부분의 필름의 굴절률이 무작위 비정질 상태에서도 뛰어난 신뢰성과 재현성을 제공할 수 있습니다. 금속 필름은 전기 전도성과 광학 반사율을 안정적으로 재현할 수 있기 때문에 비정질 형태로도 사용됩니다. 비정질과 결정질 재료의 주요 차이점은 전자 에너지 밴드 구조에 있습니다. 비정질 재료는 무작위 배향으로 인해 뚜렷한 에너지 밴드 구조를 갖지 않지만 결정질 구조는 가능합니다.
결정질 박막은 격자 구조가 성장 중인 필름과 밀접하게 일치하는 기판에서만 성장시킬 수 있습니다. 기판이 필름과 동일한 경우 이를 균질 에피택시라고 합니다. 기판이 약간 다르지만 여전히 호환되는 경우 이를 이종 에피택시라고 합니다.
에피택시는 일반적인 실리콘 외에도 GaAs, InP, InAs 등과 같은 IIIeV 반도체에 가장 널리 사용됩니다. 많은 IIIeV 반도체는 원래의 결정 구조를 크게 변경하지 않고도 다른 원소(예: GaxAl1 xAs)를 포함시켜 에너지 밴드 구조를 조정할 수 있다는 점에서 흥미로운 특성을 나타냅니다. 이를 통해 서로 다른 전자 밴드 구조를 가진 에피택시 층을 서로 겹쳐 쌓을 수 있습니다. 이를 이종 에피택시라고 하며 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED) 및 양자 우물 장치와 같은 광전자 장치에서 보편화되고 있습니다.
금속 유기 CVD
금속 유기 CVD(MOCVD)는 기판 위에 전구체 가스를 흐르게 하여 에피택셜 필름을 성장시키는 데 사용되는 CVD 공정으로, LPCVD와 매우 유사합니다. IIIeV 반도체에서 금속 원소는 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3), 트리메틸 인듐(In(CH3)3), 아르신(AsH3) 또는 포스핀(PH3)과 같은 유기 가스에 의해 운반됩니다. 가열된 기판 표면에서 열분해로 인해 가스가 분해되어 원하는 필름이 생성됩니다. 공정 압력은 일반적으로 10e100 토르 범위이므로 성장 속도가 비교적 빠릅니다. MOCVD의 단점은 전구체 가스의 독성과 폭발성 때문에 소규모 연구실에서는 사용하기 어렵다는 점입니다. 그러나 MOCVD는 많은 기판을 동시에 챔버에 넣을 수 있기 때문에 배치 제조에 적합한 확장 가능한 공정입니다. 따라서 양자 우물 레이저, LED 및 기타 부품을 제조하는 데 널리 사용됩니다.
분자 빔 에피택시
MOCVD는 LPCVD와 유사하지만, 분자 빔 에피택시(MBE)는 PVD 증착과 유사하다고 생각할 수 있으며 초고진공에서 수행됩니다. 따라서 매우 높은 수준의 순도가 필요한 응용 분야에 MBE가 더 적합합니다. 다른 축적 셀의 갈륨 또는 인듐과 같은 고체 소스는 일반적으로 기판에서 승화 및 응축되도록 허용됩니다. 이러한 셀은 한 물질에서 다른 물질로 빠르고 정확하게 전환할 수 있도록 폐쇄되어 있습니다. 또한 고진공 환경은 성장 공정에서 다양한 진단 도구를 사용할 수 있게 해줍니다. 많은 MBE 시스템은 반사 고에너지 전자 회절(RHEED)을 사용하여 성장 과정을 모니터링하고 성장하는 단층을 계수할 수 있습니다. 또한 소스 구성으로 인해 이 시스템은 MOCVD보다 훨씬 덜 위험합니다. 화학 빔 에피택시는 고체 소스가 아닌 기체 소스를 사용하는 MBE의 변형이지만 원리는 매우 유사합니다. MOCVD에 비해 MBE의 가장 큰 단점은 성장 속도가 느리고 동시에 많은 웨이퍼를 성장시킬 수 없다는 점입니다. 그럼에도 불구하고 연구 시설과 일부 제한된 생산 환경에서 에피택셜 필름 성장의 근본적인 특성을 연구하기 위해 MOCVD보다 더 널리 사용되고 있습니다.
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