Perbandingan antara MBE (Molecular Beam Epitaxy) dan MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Fitur Umum MBE dan MOCVD

Lingkungan Kerja:

Baik MBE danMOCVDberoperasi di lingkungan kamar bersih.

Rentang aplikasi:

Dalam sistem material tertentu, seperti arsenida, kedua teknik dapat menghasilkan efek epitaxial yang sama.

Perbedaan antara MBE dan MOCVD

MBE (Molecular Beam Epitaxy) Prinsip Kerja:

MBE menggunakan prekursor unsur kemurnian tinggi, yang dipanaskan di evaporator untuk membentuk balok molekul untuk deposisi.Biasanya beroperasi dalam kondisi vakum ultra-tinggi (UHV) untuk mencegah kontaminasi oleh molekul udara.

Struktur peralatan:

MBE terdiri dari ruang transfer sampel dan ruang pertumbuhan. Kamar pertumbuhan biasanya ditutup dan hanya dibuka selama perawatan. Substrat dipasang pada perlengkapan yang dipanaskan,dikelilingi oleh layar dingin yang didinginkan dengan nitrogen cair untuk menangkap kotoran dan atom yang tidak tertangkap di permukaan substrat.

Alat Pemantauan:

MBE menggunakan alat pemantauan in situ seperti Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED) untuk memantau permukaan pertumbuhan, refleksi laser, termografi,dan analisis kimia (spektrometri massa)Sensor lain mengukur suhu, tekanan, dan laju pertumbuhan untuk menyesuaikan parameter proses secara real-time.

Tingkat Pertumbuhan:

Biasanya, laju pertumbuhan adalah sekitar sepertiga monolayer per detik (0,1 nm, 1 Å).dikendalikan oleh suhu sumber) dan suhu substrat (yang mempengaruhi karakteristik difusi dan desorpsi atom pada substrat)Tingkat pertumbuhan dan pasokan material dikendalikan oleh sistem penutup mekanik, memungkinkan pertumbuhan ternary dan quaternary dan struktur multilayer yang dapat diandalkan dan diulang.

Karakteristik material:

• SilikonSuhu tinggi (> 1000 °C) diperlukan untuk pertumbuhan pada substrat silikon untuk memastikan desorpsi oksida.Ketidaksesuaian dalam konstanta kisi dan koefisien ekspansi termal membuat pertumbuhan bahan III-V pada silikon menjadi topik penelitian yang aktif.

• Antimon:Untuk semikonduktor III-Sb, suhu substrat yang rendah diperlukan untuk mencegah desorpsi dari permukaan.Di mana satu spesies atom lebih disukai menguap, meninggalkan bahan dengan rasio non-stoichiometric.

• Fosfor:Untuk paduan III-P, fosfor dapat menetap di dalam ruang, yang membutuhkan proses pembersihan yang panjang, yang dapat membuat produksi jangka pendek tidak layak.

• Lapisan yang tertekan:Biasanya, suhu substrat yang lebih rendah diperlukan untuk mengurangi difusi atom di permukaan, sehingga mengurangi kemungkinan relaksasi lapisan.karena penurunan mobilitas atom menyebabkan kekosongan di lapisan epitaxial, yang dapat dikemas dan menyebabkan kegagalan.

MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) Prinsip Kerja:

MOCVD adalah proses uap kimia yang menggunakan sumber gas ultra-murni untuk deposisi, yang membutuhkan penanganan gas beracun dan pengolahannya.Prakurator logam-organik (seperti trimethylgallium untuk unsur-unsur Grup III dan hidrida seperti arsine dan fosfin untuk unsur-unsur Grup V) digunakan untuk deposisi lapisan epitaxial.

Struktur peralatan:

MOCVD memiliki ruang reaksi suhu tinggi yang didinginkan dengan air di mana substrat ditempatkan pada basis grafit yang dipanaskan dengan pemanasan RF, resistif, atau inframerah.Gas reaksi disuntikkan secara vertikal ke ruang proses di atas substrat.

Alat Pemantauan:

MOCVD menggunakan termografi dengan koreksi emisivitas untuk pengukuran suhu in situ permukaan substrat; reflektivitas digunakan untuk menganalisis kekasaran permukaan dan laju pertumbuhan epitaxial.Refleksi laser digunakan untuk mengukur lenturan substrat, dan pemantauan gas ultrasonik membantu melacak konsentrasi prekursor logam organik untuk meningkatkan akurasi proses pertumbuhan dan repeatability.

Kondisi Pertumbuhan:

Suhu pertumbuhan terutama ditentukan oleh persyaratan dekomposisi termal prekursor dan kemudian dioptimalkan untuk migrasi permukaan.Tingkat pertumbuhan diatur oleh tekanan uap dari III-V sumber logam-organik dalam fase gasUntuk paduan yang mengandung aluminium, suhu yang lebih tinggi (>650°C) biasanya diperlukan untuk pertumbuhan, sedangkan lapisan berbasis fosfor tumbuh pada suhu yang lebih rendah (<650°C), meskipun AlInP mungkin merupakan pengecualian.

Karakteristik material:

• Lapisan Tekanan Tinggi:Karena kemampuan untuk menggunakan arsenida dan fosfida secara konvensional, keseimbangan dan kompensasi ketegangan dapat dicapai, seperti dengan penghalang GaAsP dan sumur kuantum InGaAs (QW).

• Antimonida:Pertumbuhan MOCVD dari bahan antimonida terbatas karena tidak ada sumber prekursor yang tepat, yang menyebabkan penggabungan karbon secara tidak sengaja (dan biasanya tidak diinginkan) ke AlSb,yang membatasi pilihan paduan dan menghambat penggunaan MOCVD untuk pertumbuhan antimonida.

Ringkasan

Pilihan pemantauan:

MBE biasanya menawarkan lebih banyak pilihan pemantauan in situ daripada MOCVD, dengan pertumbuhan epitaxial disesuaikan dengan laju fluks dan suhu substrat.dan pemantauan in situ yang berkorelasi memberikan, pemahaman yang lebih langsung tentang proses pertumbuhan.

Aplikasi bahan:

MOCVD adalah teknik yang sangat serbaguna. Dengan memvariasikan kimia prekursor, berbagai bahan dapat disimpan, termasuk semikonduktor senyawa, nitrid, dan oksida.Waktu pembersihan di kamar MOCVD lebih cepat daripada di MBE.

Keuntungan Aplikasi:

MBE adalah metode yang disukai untuk pertumbuhan bahan Sb, sementara MOCVD biasanya disukai untuk bahan P. Untuk bahan berbasis arsenida, kedua teknik memiliki kemampuan yang sama.Untuk struktur yang lebih canggih seperti titik kuantum dan laser kaskade kuantum, MBE biasanya merupakan metode yang disukai untuk epitaxy basis. MOCVD sering disukai untuk pertumbuhan kembali epitaxial berikutnya karena fleksibilitasnya dalam mengukir dan menyamar.

Aplikasi khusus:

MOCVD sangat cocok untuk laser umpan balik terdistribusi (DFB), perangkat heterostructure terkubur, dan pertumbuhan kembali dari pendorong gelombang yang dipasangkan, yang mungkin termasuk etching in-situ dari semikonduktor.MOCVD juga digunakan untuk integrasi InP chip tunggalSementara integrasi single-chip GaAs masih dalam tahap awal, MOCVD dapat mencapai pertumbuhan area selektif, membantu dalam pemisahan panjang gelombang emisi / penyerapan.memiliki tantangan di bidang ini, karena deposisi polikristalin cenderung terbentuk pada topeng dielektrik.

Rekomendasi produk terkait

2' N Semi Konduktor Substrat Si Dopant Gallium Arsenide GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED