Comparaison entre MBE (épitaxie du faisceau moléculaire) et MOCVD (dépôt de vapeur chimique organique métallique)

Caractéristiques communes de la MBE et de la MOCVD

Environnement de travail:

Les deux MBE etLe dépistagefonctionner dans un environnement de salle blanche.

Dimension d'application:

Dans certains systèmes de matériaux, tels que les arsenides, les deux techniques peuvent produire des effets épitaxiels similaires.

Différences entre MBE et MOCVD

Principe de fonctionnement de la MBE (épitaxie par faisceau moléculaire):

MBE utilise des précurseurs élémentaires de haute pureté, qui sont chauffés dans un évaporateur pour former des faisceaux moléculaires pour la déposition.Il fonctionne généralement dans des conditions de vide ultra-haute (UHV) pour éviter la contamination par les molécules d'air.

Structure de l'équipement

Le MBE est constitué d'une chambre de transfert d'échantillons et d'une chambre de croissance. La chambre de croissance est généralement scellée et n'est ouverte que pendant l'entretien. Le substrat est monté sur un appareil chauffé,entouré d'un écran à froid refroidi à l'azote liquide pour capturer les impuretés et les atomes qui ne sont pas captés sur la surface du substrat.

Outils de surveillance:

MBE utilise des outils de surveillance in situ tels que la diffraction électronique à haute énergie par réflexion (RHEED) pour surveiller la surface de croissance, la réflexion laser, la thermographie,et l'analyse chimique (spéctrométrie de masse)D'autres capteurs mesurent la température, la pression et le taux de croissance pour ajuster les paramètres du processus en temps réel.

Taux de croissance:

Le taux de croissance est généralement d'environ un tiers d'une monocouche par seconde (0,1 nm, 1 Å).contrôlée par la température de la source) et la température du substrat (ce qui affecte les caractéristiques de diffusion et de désorption des atomes sur le substrat)Les taux de croissance et l'approvisionnement en matériaux sont contrôlés par des systèmes de volets mécaniques, ce qui permet la croissance fiable et répétable d'alliages ternaires et quaternaires et de structures multicouches.

Caractéristiques du matériau:

• D'autres composésDes températures élevées (> 1000°C) sont nécessaires à la croissance sur des substrats de silicium pour assurer la désorption des oxydes.Le décalage entre les constantes de réseau et les coefficients de dilatation thermique fait de la croissance des matériaux III-V sur le silicium un sujet de recherche actif.

• Antimonyme:Pour les semi-conducteurs III-Sb, des températures basses du substrat sont requises pour empêcher la désorption de la surface.- où une espèce atomique est préférentiellement évaporée, laissant le matériau avec un rapport non stochiométrique.

• Pour les produits à base d'alcool:Pour les alliages III-P, le phosphore peut se déposer à l'intérieur de la chambre, ce qui nécessite un long processus de nettoyage, ce qui pourrait rendre impraticable une production courte.

• Couches tendues:Généralement, des températures de substrat plus basses sont nécessaires pour réduire la diffusion atomique à la surface, réduisant ainsi la probabilité de relaxation de la couche.Comme la mobilité atomique réduite provoque des vides dans la couche épitaxienne, qui peuvent être encapsulés et provoquer une défaillance.

Principe de fonctionnement du MOCVD (dépôt de vapeur chimique métal-organique):

Le MOCVD est un procédé de vapeur chimique qui utilise des sources gazeuses ultra-pures pour le dépôt, nécessitant la manipulation de gaz toxiques et leur traitement.Les précurseurs métallo-organiques (tels que le triméthylgallium pour les éléments du groupe III et les hydrides comme l'arsine et la phosphine pour les éléments du groupe V) sont utilisés pour le dépôt de la couche épitaxienne.

Structure de l'équipement

Le MOCVD dispose d'une chambre de réaction à haute température refroidie à l'eau où les substrats sont placés sur des bases de graphite chauffées par RF, résistif ou infrarouge.Les gaz de réaction sont injectés verticalement dans la chambre de procédé située au-dessus du substrat..

Outils de surveillance:

Le MOCVD utilise la thermographie avec correction de l'émissivité pour la mesure de la température in situ de la surface du substrat; la réflectivité est utilisée pour analyser la rugosité de la surface et le taux de croissance épitaxielle.La réflexion laser est utilisée pour mesurer la flexion du substrat, et la surveillance par ultrasons des gaz aide à suivre la concentration des précurseurs de métaux organiques afin d'améliorer la précision et la répétabilité du processus de croissance.

Conditions de croissance:

La température de croissance est déterminée principalement par les exigences de décomposition thermique des précurseurs, puis optimisée pour la migration de surface.La vitesse de croissance est régie par la pression de vapeur des sources organiques métalliques III-V en phase gazeusePour les alliages contenant de l'aluminium, des températures plus élevées (> 650°C) sont généralement requises pour la croissance, tandis que les couches à base de phosphore poussent à des températures plus basses (< 650°C), bien que l'AlInP puisse être une exception.

Caractéristiques du matériau:

• Couches de haute tension:En raison de la capacité d'utiliser conventionnellement des arsenides et des phosphides, l'équilibrage et la compensation de la contrainte sont réalisables, par exemple avec des barrières GaAsP et des puits quantiques InGaAs (QW).

• Antimonides:La croissance de la MOCVD des antimonides est limitée en raison de l'absence de sources de précurseurs appropriées, ce qui conduit à l'incorporation involontaire (et généralement indésirable) de carbone dans l'AlSb,qui limite le choix des alliages et empêche l'utilisation de MOCVD pour la croissance des antimonides.

Résumé

Options de surveillance:

Le MBE offre généralement plus d'options de surveillance in situ que le MOCVD, la croissance épitaxielle étant ajustée par les taux de flux et les températures du substrat.La surveillance in situ et la surveillance in situ corrélée fournissent une, une compréhension plus directe du processus de croissance.

Applicabilité du matériau:

La MOCVD est une technique très polyvalente. En modifiant la chimie des précurseurs, un large éventail de matériaux peut être déposé, y compris des semi-conducteurs composés, des nitrides et des oxydes.Le temps de nettoyage dans les chambres MOCVD est plus rapide que dans MBE.

Avantages de l' application:

Pour les matériaux à base d'arsenure, les deux techniques ont des capacités similaires.Pour des structures plus avancées comme les points quantiques et les lasers en cascade quantiqueL'épilation de base est généralement la méthode préférée pour l'épitaxie.

Applications spéciales:

Le MOCVD est bien adapté pour les lasers à rétroaction distribuée (DFB), les dispositifs hétérostructurés enfouis et la repousse des guides d'onde couplés, qui peuvent inclure l'incision in situ des semi-conducteurs.MOCVD est également utilisé pour l'intégration InP à puce uniqueSi l'intégration sur une seule puce de GaAs en est encore à ses débuts, le MOCVD peut réaliser une croissance de la zone sélective, aidant à la séparation des longueurs d'onde d'émission/absorption.a des défis dans ce domaine, car les dépôts polycristallins ont tendance à se former sur les masques diélectriques.

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