先贴一片文章：
http://www.vertpedia.com/showwiki.asp?keywords=MOCVD
MOCVD（有机金属化学气相沉积法，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)是在基板上生成半导体薄膜的一种方法，是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。其他类似的名称如：MOVPE(Metal-organic Vapor-Phase Epitaxy)、OMVPE(Organometallic Vapor-Phase Epitaxy)及OMCVD(Organometallic Chemical Vapor Deposition)等等，其中的前两个字母"MO"或是"OM"，指的是半导体薄膜成长过程中所采用的反应源(precusor)为金属有机物"Metal-organic"或是有机金属化合物"Organometallic"。而后面三个字母"CVD"或是"VPE"，指的是所成长的半导体薄膜的特性是属于非晶形薄膜或是具有晶形的薄膜。一般而言，"CVD"所指的是非晶形薄膜的成长，这种成长方式归类于"沉积"(Deposition)；而"VPE"所指的是具有晶形的薄膜成长方式，这种方式归类于"磊晶"(Epitaxy)。
MOCVD成长薄膜时，主要将载流气体(Carriergas)通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。一般而言，载流气体通常是氢气，但是也有些特殊情况下采用氮气（例如：成长氮化铟镓（InGaN）薄膜时）。
常用的基板为砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、磷化铟（InP）、硅（Si）、
碳化硅（SiC）及蓝宝石（Sapphire，Al2O3）等等。而
通常所成长的薄膜材料主要为三五族化合物半导体（例如：砷化镓（GaAs）、砷化镓铝（AlGaAs）、磷化铝铟镓（AlGaInP）、
氮化铟镓（InGaN））或是二六族化合物半导体，这些
半导体薄膜则是应用在光电元件（例如：发光二极管（LED）、激光二极管（Laser diode）及
太阳能电池）及
微电子元件（例如：异质接面双载子晶体管（HBT）及假晶式高电子迁移率晶体管（PHEMT））的制作。
MOCVD(或MOVPE)意为金属有机化学汽相外延淀积（或金属有机汽相外延），是一种制备化合物半导体薄层单晶材料的方法。1968年由Manasevit提出，到80年代后期才逐渐成熟和完善起来。Esaki 60年代提出超晶格的设想也直到80年代才得到大量应用。量子阱激光器就是最好的例证。MOCVD制造技术在80年代末90年代初得到突飞猛进的发展，随之而来的是各种结构的量子阱光电器件很快从实验室进入商用化。金属有机化学汽相淀积（MOCVD）是在汽相外延生长（VPE）的基础上发展起来的一种新型汽相外延生长技术。它采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族元素的氢化物等作为晶体生长原料，以热分解反应方式在衬底上进行汽相外延，
生长各种Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄膜层单晶材料。
MOCVD工艺的优点
MO
CVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。与其他外延生长技术相比，MOCVD技术有着如下优点：
1、用于生长化合物半导体材料的各组分和掺杂剂都是以气态的方式通入反应室，因此，可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。可以用于生长薄层和超薄层材料。
2、反应室中气体流速较快。因此，在需要改变多元化合物的组分和掺杂浓度时，可以迅速进行改变，减小记忆效应发生的可能性。这有利于获得陡峭的界面，适于进行异质结构和超晶格、量子阱材料的生长。
3、晶体生长是以热解化学反应的方式进行的，是单温区外延生长。只要控制好反应源气流和温度分布的均匀性，就可以保证外延材料的均匀性。因此，适于多片和大片的外延生长，便于工业化大批量生产。
4、通常情况下，晶体生长速率与Ⅲ族源的流量成正比，因此，生长速率调节范围较广。较快的生长速率适用于批量生长。
5、使用较灵活。原则上只要能够选择合适的原材料就可以进行包含该元素的材料的MOCVD生长。而可供选择作为反应源的金属有机化合物种类较多，性质也有一定的差别。
6、由于对真空度的要求较低，反应室的结构较简单。
7、随着检测技术的发展，可以对MOCVD的生长过程进行在线监测。
实际上，对于MOCVD和MBE技术来说，采用它们所制备的外延结构和器件的性能没有很大的差别。MOCVD技术最吸引入的地方在于它的通用性，只要能够选取到合适的金属有机源就可以进行外延生长。而且只要保证气流和温度的均匀分布就可以获得大面积的均匀材料，适合进行大规模工业化生产。
MOCVD技术的主要缺点大部分均与其所采用的反应源有关。首先是所采用的金属有机化合物和氢化物源价格较为昂贵，其次是由于部分源易燃易爆或者有毒，因此有一定的危险性，并且，反应后产物需要进行无害化处理，以避免造成环境污染。另外，由于所采用的源中包含其他元素（如C，H等），需要对反应过程进行仔细控制以避免引入非故意掺杂的杂质。
MOCVD生长的基本机制
与其它的所有的晶体生长过程一样，MOCVD的生长过程是十分复杂的。这些过程可以简单的分为以几类：热力学过程：它是外延生长的驱动力，决定了最大生长速率；另外对反应物和生成物的质量对比关系和杂质的掺入、合金中的固体组分、表面再构也有影响；质量与热输运过程：包括流体力学过程，对边界层，环流，死区的形成有影响；另外也包括被加热的衬底附近的温度分布、扩散与对流和壁效应等；表面物理过程：包括表面扩散和表面再构，并且对表面台阶的尺寸和间距、扭折的形成有影响；也会对表面是二维成核形成平整表面还是三维成核引发表面粗糙有影响；化学反应过程：包括同相和异相反应。同相反应包括加合物的形成、反应源和加合物的热解、复杂的基间反应；异相反应包括源分子和中间产物的吸附和脱附、热解和产物的脱附，另外对表面再构，台阶、扭折与其它缺陷的密度和性质也有影响。
通常MOCVD生长的过程可以描述如下：被精确控制流量的反应源材料在载气（通常为H2，也有的系统采用N2）的携带下被通入石英或者不锈钢的反应室，在衬底上发生表面反应后生长外延层，衬底是放置在被加热的基座上的。在反应后残留的尾气被扫出反应室，通过去除微粒和毒性的尾气处理装置后被排出系统。
MOCVD的系统构成
因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。MOCVD组件介绍MOCVD系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、反应源及废气处理系统。
1、反应腔（Reactor Chamber）：
反应腔(ReactorChamber)主要是所有气体混合及发生反应的地方，腔体通常是由不锈钢或是石英所打造而成，而腔体的内壁通常具有由石英或是高温陶瓷所构成的内衬。在腔体中会有一个乘载盘用来乘载基板，这个乘载盘必须能够有效率地吸收从加热器所提供的能量而达到薄膜成长时所需要的温度，而且还不能与反应气体发生反应，所以多半是用石墨所制造而成。加热器的设置，依照设计的不同，有的设置在反应腔体之内，也有设置在腔体之外的，而加热器的种类则有以红外线灯管、热阻丝及微波等加热方式。在反应腔体内部通常有许多可以让冷却水流通的通道，可以让冷却水来避免腔体本身在薄膜成长时发生过热的状况。
2、气体控制及混合系统(Gas handling & mixing system)：
载流气体从系统的最上游供应端流入系统，经由流量控制器（MFC,Massflowcontroller）的调节来控制各个管路中的气体流入反应腔的流量。当这些气体流入反应腔之前，必须先经过一组气体切换路由器(Run/VentSwitch)来决定该管路中的气体该流入反应腔（Run）亦或是直接排至反应腔尾端的废气管路（Vent）。流入反应腔体的气体则可以参与反应而成长薄膜，而直接排入反应腔尾端的废气管路的气体则是不参与薄膜成长反应的。
3、反应源（Precursor）：
反应源可以分成两种，第一种是有机金属反应源，第二种是氢化物（Hydride）气体反应源。有机金属反应源储藏在一个具有两个联外管路的密封不锈钢罐（cylinderbubbler）内，在使用此金属反应源时，则是将这两个联外管路各与MOCVD机台的管路以VCR接头紧密接合，载流气体可以从其中一端流入，并从另外一端流出时将反应源的饱和蒸气带出，进而能够流至反应腔。氢化物气体则是储存在气密钢瓶内，经由压力调节器（Regulator）及流量控制器来控制流入反应腔体的气体流量。不论是有机金属反应源或是氢化物气体，都是属于具有毒性的物质，有机金属在接触空气之后会发生自然氧化，所以毒性较低，而氢化物气体则是毒性相当高的物质，所以在使用时务必要特别注意安全。常用的有机金属反应源有：TMGa（Trimethylgallium）、TMAl（Trimethy laluminum）、TMIn（Trimethy lindium）、Cp2Mg（Bis(cyclopent adienyl magnesium）、DIPTe（Diisopropy ltelluride）等等。常用的氢化物气体则有砷化氢（AsH3）、磷化氢（PH3）、氮化氢（NH3）及硅乙烷(Si2H6)等等。
4、废气处理系统（Scrubber）：
废气系统是位于系统的最末端，负责吸附及处理所有通过系统的有毒气体，以减少对环境的污染。常用的废气处理系统可分为乾式、湿式及燃烧式等种类。
MOCVD工艺的应用领域
由于新应用范围激发的驱动，LED技术快速地进步。用于笔记本电脑、桌上型电脑显示器和大屏幕电视的背光装置是当今高亮度LED的关键应用，为将要制造的大量LED创造需求。除了数量方面之外，这种LED也必须满足关于性能和成本的严格要求。因此，生产技术对LED制造商的成功而言很重要，超出了以往任何时候。高亮度LED的关键制造技术之一是MOCVD技术。由于整个竖式LED结构采用MOCVD技术生长，这种技术不仅仅决定LED的质量和性能，而且在很大程度上决定LED制造的产量和成本。因此，MOCVD生产率的优化和营运成本的减少是MOCVD系统制造商的一个关键目标。
MOCVD工艺在生长多层超薄层异质结材料方面显示出它独特的优越性。MOCVD技术的发展推动了以GaAs为主的Ⅲ-Ⅴ族半导体及其它多元多层异质材料的生长，促进了新型微电子技术领域的发展，造就了GaAsIC、GeSi、GaN等器件及集成电路以及各种超晶格新型器件诞生。特别是GaAsIC(MESFET、HEMT、HBT以及以这些器件为主设计和制造的集成电路)和红外及其它光电器件，在军事应用中有着极其重要的意义。GaAs微波毫米波单片集成电路（MIMIC）和GaAs超高速集成电路将在新型相控阵雷达、阵列化电子战设备、灵巧武器和超高速信号处理、军用计算机等主要方面起着至关重要的作用。美国非常重视发展GaAsIC在微波毫米波应用领域的应用前景，于1987年由国防高级研究计划局（DARPA）主持制订MIMIC发展计划，投资5.36亿美元发展GaAsIC产品。美国在90年代中期有50多种以上整机系统使用MIMIC。其整机系统主要包括灵巧武器、雷达、电子战和通信等领域。在雷达方面，包括S、C、X、Ku波段用有源T/R模块设计制造的相控阵雷达；在电子战方面，Raytheon公司正在大力发展宽带、超宽带GaAasMIMIC的发射/接收(T/R)模块和有源诱铒MIMIC；在灵巧武器方面，美国MIMIC计划的第一阶段已有8种灵巧武器使用了该电路，并在海湾战争中得到了应用；在通信方面，主要是国防通信卫星系统（DSCS）、全球卫星定位系统（GPS）、短波超高频通信的小型化和毫米波保密通信等。光电子器件在军事上的应用已成为提高各类武器和通信指挥控制系统性能的关键技术之一，堪称"有效力量倍增器"，对提高系统性能有着十分重要的作用。主要包括激光器、光电探测器、光纤传感器、电荷耦合器件（CCD）摄像系统和平板显示系统等。它们广泛应用于雷达、定向武器、制导寻的器、红外夜视探测、通信、机载、舰载、车载显示系统以及导弹火控、雷达声纳系统等。MOCVD是制作上述光电子、微电子、和微波毫米波器件的关键技术之一，是提高系统可靠性的基础技术。也正是由于MOCCVD技术近年来的不断改进，为上各种器件性能的提高奠定了基础。专家认为，未来半导体光电子学的重要突破口将是对超晶格、量子阱、量子线、量子点结构材料及器件的深入研究，而这一切都要依赖于MOCVD等超薄层生长技术的进步。
hybinly01
登录用户ID：
1
评论(30)
收藏
展开
