Подготовка тонких пленок - эпитаксия
Большинство материалов существует в аморфном, кристаллическом или поликристаллическом состоянии. Их механические, оптические, тепловые и электрические свойства также зависят от их состояния.
Например, углерод в аморфной форме представляет собой черный порошок, а в кристаллической форме - алмаз с высоким коэффициентом преломления и оптически прозрачное твердое тело. Оксид кремния в аморфной форме представляет собой белый порошок, а в кристаллической форме - кварц.
Поскольку кристаллические пленки сложнее производить, аморфные пленки используются до тех пор, пока их характеристики не соответствуют требованиям приложения. Так обстоит дело с оптическими покрытиями, где показатель преломления большинства пленок может быть исключительно надежным и воспроизводимым, даже в случайном аморфном состоянии. Металлические пленки также используются в аморфной форме, поскольку их электропроводность и оптическая отражательная способность могут быть надежно воспроизведены. Основное различие между аморфными и кристаллическими материалами заключается в структуре их электронной энергетической полосы. Аморфные материалы не имеют четкой структуры энергетической полосы из-за их случайной ориентации; кристаллические структуры могут иметь такую структуру.
Кристаллические тонкие пленки можно выращивать только на подложке, структура решетки которой полностью соответствует выращиваемой пленке. Если подложка идентична пленке, это называется гомогенной эпитаксией. Если подложки немного отличаются, но все же совместимы, то это называется гетерогенной эпитаксией.
Помимо обычного кремния, эпитаксия наиболее широко используется в полупроводниках IIIeV, таких как GaAs, InP, InAs и др. Многие IIIeV полупроводники обладают интересными свойствами, поскольку их структура энергетической полосы может быть изменена путем включения других элементов (например, GaxAl1 xAs) без существенного изменения их исходной кристаллической структуры. Это позволяет накладывать друг на друга эпитаксиальные слои с различными структурами электронных полос. Это гетероэпитаксия, которая становится обычным явлением в оптоэлектронных устройствах, таких как лазерные диоды, светоизлучающие диоды (СИД) и устройства с квантовыми ямами.
Металлоорганическое CVD
Металлоорганическое CVD (MOCVD) - это CVD-процесс, используемый для выращивания эпитаксиальных пленок, подобно LPCVD, путем пропускания газа-предшественника над подложкой. В полупроводниках IIIeV металлические элементы переносятся органическими газами, такими как триметилгаллий (Ga(CH3)3) и триметилиндий (In(CH3)3), а также арсин (AsH3) или фосфин (PH3). В результате пиролиза на нагретой поверхности подложки газы разлагаются, образуя желаемую пленку. Давление в процессе обычно находится в диапазоне 10e100 Торр, что приводит к относительно быстрым темпам роста. Недостатком MOCVD является токсичность и взрывоопасность газов-прекурсоров, что затрудняет их использование в небольших исследовательских лабораториях. Однако MOCVD - это масштабируемый процесс, подходящий для серийного производства, поскольку в камеру можно поместить много подложек одновременно. В результате он широко используется для производства лазеров на квантовых ямах, светодиодов и других компонентов.
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Хотя MOCVD схожа с LPCVD, молекулярно-лучевую эпитаксию (MBE) можно рассматривать как сходную с PVD-испарением и выполняемую в сверхвысоком вакууме. Это делает MBE более подходящей для приложений, требующих очень высокого уровня чистоты. Твердым источникам, таким как галлий или индий из различных накопительных ячеек, обычно позволяют сублимировать и конденсироваться на подложке. Эти ячейки закрыты, чтобы обеспечить быстрый и точный переход от одного материала к другому. Высоковакуумная среда также позволяет использовать широкий спектр диагностических инструментов в процессе роста. Многие системы MBE используют отраженную дифракцию электронов высокой энергии (RHEED) для мониторинга процесса роста и способны подсчитывать монослои по мере их роста. Конфигурация источника также делает систему гораздо менее опасной, чем MOCVD. Химико-лучевая эпитаксия - это разновидность MBE, где используется газовый источник, а не твердый, но принципы очень похожи. Самым большим недостатком MBE по сравнению с MOCVD является медленная скорость роста и невозможность выращивать много пластин одновременно. Тем не менее, этот метод более широко используется, чем MOCVD, в исследовательских центрах и в некоторых ограниченных производственных условиях для изучения фундаментальных свойств эпитаксиального роста пленок.
Мы предлагаем быстрыйУслуги по проектированию устройств МЭМС / обработке микро- и наноструктур, Не стесняйтесь оставить сообщение с вашим запросом.
