第二章MOVPE生長(zhǎng)系統(tǒng)

1、第二章第二章 MOVPE 生長(zhǎng)系統(tǒng)生長(zhǎng)系統(tǒng) AP-MOCVD 設(shè)備簡(jiǎn)單 維修方便MOCVD反應(yīng)室反應(yīng)室 LP-MOCVD有助于消除反應(yīng)室內(nèi)熱驅(qū)動(dòng)對(duì)流抑制有害的寄生反應(yīng)和氣相成核有利于獲得陡峭結(jié)和改善均勻性可以使用較低生長(zhǎng)溫度以及使用較低蒸氣壓的MO源XX用電占總成本比例達(dá)71%氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)的功能是向反應(yīng)室內(nèi)輸運(yùn)各種氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)的功能是向反應(yīng)室內(nèi)輸運(yùn)各種反應(yīng)物，并精確控制其計(jì)量、送入時(shí)間和順序反應(yīng)物，并精確控制其計(jì)量、送入時(shí)間和順序以及流過反應(yīng)室的總氣體流速等。以及流過反應(yīng)室的總氣體流速等。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)

2、MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)載氣供應(yīng)子系統(tǒng)載氣供應(yīng)子系統(tǒng)氫化物供應(yīng)子系氫化物供應(yīng)子系統(tǒng)統(tǒng)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)生長(zhǎng)生長(zhǎng)/ /放空多路組合閥放空多路組合閥MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)載氣供應(yīng)子系統(tǒng)載氣供應(yīng)子系統(tǒng)載氣的作用是把反應(yīng)劑輸運(yùn)到反應(yīng)室。載氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括氫氣和氮?dú)怃撈?、壓力調(diào)節(jié)閥、氫氣和氮?dú)饧兓鞯取錃庖子谔峒?，并且具有還原性成為最廣泛使用的載氣。對(duì)N2還利用它的惰性，在裝卸襯底、更換源瓶、或維修設(shè)備時(shí)打開系統(tǒng)前，用氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)中的氫氣。提純：提純：普遍使用鈀合金擴(kuò)散純化器，利用

3、在300-400只有氫氣能擴(kuò)散通過鈀合金的特點(diǎn)。采用高壓氮?dú)鉃閯?dòng)力的Verituri氣體真空發(fā)生器抽出鈀合金中的氫，并配合氮?dú)獯祾邅肀Ｗo(hù)鈀合金。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)氫化物供應(yīng)子系統(tǒng)氫化物供應(yīng)子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)管路摩爾流量(mol/min)：nv=F/VmF為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫化物的流量，單位sccm雙稀釋管路摩爾流量(mol/min)：F1為氫化物流量，F(xiàn)2為稀釋流量，F(xiàn)3為進(jìn)入反應(yīng)室的稀釋混合氣體流量，為鋼瓶種氫化物的稀釋分?jǐn)?shù)在置換鋼瓶前后需多次“抽空-回充氮?dú)狻辈僮?，防止劇毒氫化物外泄及管路被?/p>

4、氣沾污。真空管路附近有連接氦質(zhì)譜檢測(cè)儀的檢漏口，用于檢測(cè)系統(tǒng)的氣密性。真空氮?dú)夤苈稭OVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)固態(tài)源（TMIn）需要專門設(shè)計(jì)的固態(tài)源瓶，以避免普通源瓶經(jīng)常出現(xiàn)的氣體流過固態(tài)床路徑縮短的“溝流現(xiàn)象”，造成固態(tài)源輸出劑量不穩(wěn)定，還可以利用超聲波濃度計(jì)測(cè)量固態(tài)源輸出的濃度MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)單稀釋管路：?jiǎn)蜗♂尮苈罚涸谄吭?/p>

5、出口處注入氫氣，稀釋MO源的蒸汽以加速源的輸送，通常用于通入MO源瓶的載氣量小的情況。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)雙稀釋管路雙稀釋管路：用在注入反應(yīng)室的摩爾流量特別小而MO源的蒸汽壓又高的摻雜源管路中。進(jìn)入鼓泡瓶的載氣F1被MO源飽和，流出源瓶后立即與另外一股載氣F2混合。稀釋后的混合氣體只有一部分F3的氣流進(jìn)入反應(yīng)室，其余部分則通過EPC經(jīng)放空線放空。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外

6、延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)固態(tài)源：固態(tài)源：為了避免“溝流效應(yīng)”造成輸出計(jì)量不穩(wěn)定，還可以利用超聲波濃度計(jì)測(cè)量固態(tài)源輸出濃度，再通過計(jì)算機(jī)調(diào)整MFC的流量值達(dá)到控制MO源計(jì)量的目的。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MO源供應(yīng)子系統(tǒng)源供應(yīng)子系統(tǒng)通常一種元素只設(shè)置一條含有該元素的MO源管路，當(dāng)生長(zhǎng)具有相鄰兩層雖然組成元素相同但組分不同的多層結(jié)構(gòu)時(shí)，為了注入計(jì)量能夠快速變化，同一元素設(shè)置雙重管路，即設(shè)置兩個(gè)相同元素的MO源。雙重管路雙重管路當(dāng)氣體流速過大和液面過低都會(huì)造成液態(tài)源的不飽和。

7、氣體流速過大氣體流速過大：可將源瓶?jī)?nèi)氣體出口由一個(gè)變成多個(gè)，使鼓泡更分散從而增大了氣-液接觸面積。液面過低液面過低：利用測(cè)量液面位置的液面?zhèn)鞲衅?，?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不銹鋼源瓶?jī)?nèi)的液面位置。液態(tài)源的不飽和液態(tài)源的不飽和（大量使用于特丁基砷化氫或特丁基磷化氫）特點(diǎn)是不用載氣，只需調(diào)整源溫的蒸汽壓大于反應(yīng)室工作壓力，MO源直接從源瓶蒸發(fā)出來。直接饋送源技術(shù)直接饋送源技術(shù)MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)生長(zhǎng)/ /放空多路組合閥放空多路組合閥生長(zhǎng)/放空多路閥是由多個(gè)三通閥組成，所有反應(yīng)劑都先通過該組合閥，在這里選

8、擇進(jìn)入生長(zhǎng)管線或放空管線。RUNVENT管路流有等量的補(bǔ)償載氣流量切出或切入RUN管路，始終保持進(jìn)入反應(yīng)腔體的氣體總流量恒定。RUN-VENT管路壓差控制：當(dāng)RUN管路壓力高于VENT管路，MO源從VENT管路切入RUN 管路時(shí)，會(huì)有其他雜質(zhì)元素進(jìn)入RUN管路，影響所生長(zhǎng)外延層的質(zhì)量；當(dāng)RUN管路壓力低于VENT管路，MO源從RUN管路切入VENT管路時(shí),VENT管路尾氣會(huì)反灌入MO管路中，可能會(huì)導(dǎo)致污染物進(jìn)入MO源鼓泡瓶中，污染MO源。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)

9、室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送中的部分損耗所造成的外延層不均勻生長(zhǎng)反應(yīng)室包括生長(zhǎng)反應(yīng)室包括放置襯底的基座放置襯底的基座、加熱器加熱器和和溫度傳感器溫度傳感器，有的還配備光學(xué)原位測(cè)量用的，有的還配備光學(xué)原位測(cè)量用的光學(xué)窗口光學(xué)窗口以及以及自動(dòng)裝卸晶圓片的機(jī)械手。自動(dòng)裝卸晶圓片的機(jī)械手。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無

10、渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料沿程耗盡所造成的外延層不均勻熱基座產(chǎn)生的溫度梯度可能引發(fā)熱對(duì)流導(dǎo)致的渦流。抑制熱對(duì)流的主要方法是降低反應(yīng)室工作壓力，也可用減小襯底上方的空間高度的方法。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好

11、的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料沿程耗盡所造成的外延層不均勻高速旋轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)室采用的是可調(diào)節(jié)反應(yīng)劑量分布的特殊噴口行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應(yīng)室采取襯底自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)水平反應(yīng)室采用加大總流量，利用”冷指效應(yīng)”保存一部分反應(yīng)劑到

12、下游使用,以獲得均勻的外延層。 源和源之間的預(yù)反應(yīng)也會(huì)造成源的消耗，可采用雙生長(zhǎng)/放空多路閥門分別導(dǎo)入反應(yīng)劑，還可以在反應(yīng)管入口設(shè)置隔板，使其在到達(dá)基座前才混合。降低反應(yīng)室壓力，消除渦流等措施也可以抑制預(yù)反應(yīng)。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻包覆SiC的高純石墨載

13、盤可以使用到1200，TaC包覆的石墨盤可以工作到1800，也可以使用金屬鉬做基座。反應(yīng)室器壁通常由高純石英玻璃或用不銹鋼(水冷)制成。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置

14、分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)精確地控制反應(yīng)室壓力保持反應(yīng)室內(nèi)氣體無渦流的層流流動(dòng)是反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防止反應(yīng)室在裝卸片或運(yùn)行時(shí)被空氣沾污防止構(gòu)成反應(yīng)室的材料釋放雜質(zhì)對(duì)外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻壓力控制由壓力傳感器-節(jié)流閥-真空泵組成的閉環(huán)系統(tǒng)組成，將來自壓力傳感器的信號(hào)送入控制電路以調(diào)整下游節(jié)流閥的張開角度來控制泵的抽氣速率，達(dá)到恒定壓力的目的。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)生產(chǎn)型反應(yīng)室生產(chǎn)型反應(yīng)室 需要考慮反應(yīng)室容

15、量、原材料的利用率、生長(zhǎng)特定結(jié)構(gòu)材料的周期、影響設(shè)備利用率的非生長(zhǎng)時(shí)間等因素。研究型水平反應(yīng)室研究型水平反應(yīng)室小容量的水平或者立式反應(yīng)室由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便運(yùn)行成本低而廣泛應(yīng)用于大學(xué)和科研院所的MOVPE實(shí)驗(yàn)室中。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)AIXTRON公司生產(chǎn)的一種研究型水平反應(yīng)室公司生產(chǎn)的一種研究型水平反應(yīng)室其由具有矩形截其由具有矩形截面的石英內(nèi)管和面的石英內(nèi)管和耐壓的圓形石英耐壓的圓形石英保護(hù)外管組成，保護(hù)外管組成，可以放置一片可以放置一片2 2英寸英寸(50.8 mm)(50.8

16、mm)直徑的襯底。直徑的襯底。 其內(nèi)外管之間亦通入氫氣，以保持外管的清潔透明。 通常V族氫化物的氣流靠近襯底，以抑制襯底的分解。 襯底放置在包裹了SiC薄膜的石墨基座上。l可用高頻感應(yīng)加熱，也可以用紅外燈輻射加熱。l石英生長(zhǎng)室可以方便的配備垂直入射或是以布儒斯特角入射的各種光學(xué)探測(cè)裝置進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。l末端配備裝卸片用的氮?dú)馐痔紫浜蛡鬟f襯底時(shí)防止空氣污染手套箱的氣閘。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)氣墊旋轉(zhuǎn)技術(shù)無需機(jī)械傳動(dòng)，僅需氣墊旋轉(zhuǎn)技術(shù)無需機(jī)械傳動(dòng)，僅需從反應(yīng)管后部用石英管將氫氣送入從反應(yīng)管后部

17、用石英管將氫氣送入石墨基座即可驅(qū)動(dòng)放置襯底的石墨石墨基座即可驅(qū)動(dòng)放置襯底的石墨轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤。組成組成：上面放置的石墨轉(zhuǎn)盤和下面的石墨固定基座。為克服反應(yīng)物的沿程消耗，側(cè)壁效應(yīng)，以及熱對(duì)流漩渦所引起的襯底生長(zhǎng)速度的不均勻性，引入襯底氣墊技術(shù)。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)AIXTRON公司的行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應(yīng)室公司的行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應(yīng)室采用扁平式氣采用扁平式氣墊自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)墊自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)方式，反應(yīng)室方式，反應(yīng)室的最大容量已的最大容量已經(jīng)達(dá)到每次生經(jīng)達(dá)到每次生長(zhǎng)長(zhǎng)9595片片2in2in外外延片。

18、延片。l 三層流噴口上下兩層走V族氣流，中間層為III族氣流，通過格柵被迫轉(zhuǎn)向大石墨基座和天棚之間的環(huán)形空間呈輻射狀向外緣水平流動(dòng)。l 消除了側(cè)壁效應(yīng)，天棚和基座靠的很近，抑制了對(duì)流漩渦獲得層流。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè) 流過反應(yīng)室的總氣體流量是調(diào)整外延流過反應(yīng)室的總氣體流量是調(diào)整外延層生長(zhǎng)均勻性的最重要參數(shù)。利用控制上層生長(zhǎng)均勻性的最重要參數(shù)。利用控制上層和下層流速比和天棚的溫度也可以細(xì)調(diào)層和下層流速比和天棚的溫度也可以細(xì)調(diào)襯底均勻性。襯底均勻性。 對(duì)于氮化物體系采用高頻感應(yīng)加熱，對(duì)于氮

19、化物體系采用高頻感應(yīng)加熱，而對(duì)于生長(zhǎng)溫度較低的材料基座采用紅外而對(duì)于生長(zhǎng)溫度較低的材料基座采用紅外燈輻射加熱。燈輻射加熱。 此種行星旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)室設(shè)計(jì)有較高的此種行星旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)室設(shè)計(jì)有較高的原材料利用率。生長(zhǎng)室配備裝卸片氮?dú)馐衷牧侠寐?。生長(zhǎng)室配備裝卸片氮?dú)馐痔紫?，也可配備機(jī)械手完成自動(dòng)化裝卸片套箱，也可配備機(jī)械手完成自動(dòng)化裝卸片操作，提高反應(yīng)室的利用率。操作，提高反應(yīng)室的利用率。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)反應(yīng)室的最大容量已經(jīng)達(dá)到每反應(yīng)室的最大容量已經(jīng)達(dá)到每次生長(zhǎng)次生長(zhǎng)5757片片2in2i

20、n外延片。反應(yīng)外延片。反應(yīng)劑由頂部特殊設(shè)計(jì)的氣流法蘭劑由頂部特殊設(shè)計(jì)的氣流法蘭盤噴口注入，幾座高速旋轉(zhuǎn)盤噴口注入，幾座高速旋轉(zhuǎn)(700-1500 r/min),(700-1500 r/min),尾氣從下尾氣從下部流出。部流出。此基座的轉(zhuǎn)速成為這此基座的轉(zhuǎn)速成為這類反應(yīng)室重要的生長(zhǎng)參數(shù)之一。類反應(yīng)室重要的生長(zhǎng)參數(shù)之一。Veeco公司的不銹鋼結(jié)構(gòu)的立式公司的不銹鋼結(jié)構(gòu)的立式高速旋轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)室高速旋轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)室氣流法蘭盤氣流法蘭盤噴口結(jié)構(gòu)噴口結(jié)構(gòu)MO源分為可以獨(dú)立調(diào)整源分為可以獨(dú)立調(diào)整計(jì)量的內(nèi)、中、外計(jì)量的內(nèi)、中、外3 3個(gè)注個(gè)注入?yún)^(qū)進(jìn)入反應(yīng)室，以改入?yún)^(qū)進(jìn)入反應(yīng)室，以改善生長(zhǎng)層的均勻性。善生長(zhǎng)層的均

21、勻性。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)Thomas Swan (Aixtron子公司）的子公司）的立式緊耦合噴淋反應(yīng)室立式緊耦合噴淋反應(yīng)室反應(yīng)室的最大容量已經(jīng)達(dá)到每次反應(yīng)室的最大容量已經(jīng)達(dá)到每次生長(zhǎng)生長(zhǎng)3030片片2 2in外延片。其特點(diǎn)是注外延片。其特點(diǎn)是注入反應(yīng)劑的淋噴頭與襯底之間的入反應(yīng)劑的淋噴頭與襯底之間的距離小到距離小到10-20mm10-20mm。反應(yīng)室壁需

22、用水冷卻。立式緊耦反應(yīng)室壁需用水冷卻。立式緊耦合噴淋反應(yīng)室中采用不銹鋼制成合噴淋反應(yīng)室中采用不銹鋼制成的水冷淋噴頭，內(nèi)徑的水冷淋噴頭，內(nèi)徑0.6mm0.6mm，密，密度度15.515.5個(gè)個(gè)/cm/cm2 2。噴淋頭的噴孔照片噴淋頭的噴孔照片大孔為光學(xué)探測(cè)孔大孔為光學(xué)探測(cè)孔基座的旋轉(zhuǎn)速率通常為基座的旋轉(zhuǎn)速率通常為100-500 100-500 rpm。生長(zhǎng)室的總流速生長(zhǎng)室的總流速(Q)(Q)、壓力、壓力(P)(P)、噴口與襯底、噴口與襯底距離距離(H)(H)和基座旋轉(zhuǎn)速率和基座旋轉(zhuǎn)速率( () )是影響外延生是影響外延生長(zhǎng)速度、均勻性和原材料利用率的主要因素。長(zhǎng)速度、均勻性和原材料利用率的主要

23、因素。 提高總載氣流量可以抑制噴口沉積物的提高總載氣流量可以抑制噴口沉積物的沉積。沉積。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)GaAs原子層外延的生長(zhǎng)順序原子層外延的生長(zhǎng)順序原子層外延生長(zhǎng)(Atomic Layer Epitaxy)是一種制備超薄層的技術(shù)。ALE生長(zhǎng)條件的選擇是要使襯底在交替暴露過程中每次只形成含有一種元素的Langmuir吸附單層，稱為自限制結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：可以在大面積襯底上精確控制厚度和組分，獲得平整無缺陷表面，適于原子層摻雜和選擇外延生長(zhǎng)缺點(diǎn)：生長(zhǎng)速度低，用MO源時(shí)碳污染比較嚴(yán)重。MO

24、VPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)1、按一定的時(shí)序交替地把反應(yīng)劑注入到反應(yīng)室中，并在其間用氫氣吹掃，以避免兩種反應(yīng)劑之間的擴(kuò)散。2、III族和V族反應(yīng)劑在空間上被隔開，并使襯底在其間作交替移動(dòng)。ALE-MOVPE生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)裝置MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)一般來講提高生長(zhǎng)溫度會(huì)使半導(dǎo)體的點(diǎn)缺陷濃度上升，自摻雜加劇，并且由于擴(kuò)散系數(shù)增大，也不利于獲得陡峭的結(jié)。等離子增強(qiáng)MOVPE技術(shù)是采用等離子體來預(yù)先分

25、解NH3或PH3等高熱穩(wěn)定性氫化物，因而可以顯著降低生長(zhǎng)溫度和增加并入效率。但要注意從等離子體逸出的粒子能量不能太高，否則會(huì)生長(zhǎng)的晶體中造成晶格損傷。生長(zhǎng)生長(zhǎng)GaN的等離子體增強(qiáng)的等離子體增強(qiáng)MOVPE裝置裝置在高于在高于300300溫度下生長(zhǎng)速率溫度下生長(zhǎng)速率01.-01.-0.3m/hMOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MOPVE法生長(zhǎng)速率較低，HVPE法生長(zhǎng)速度比MOVPE法快得多，適合生長(zhǎng)厚GaN層，外延層中的點(diǎn)缺陷濃度低。因此用MOVPE法生長(zhǎng)緩沖層，接著用HVPE生長(zhǎng)厚GaN層，可以說是一

26、種集中兩者優(yōu)點(diǎn)的互補(bǔ)生長(zhǎng)技術(shù)。以生長(zhǎng)GaN為例：“冷壁反應(yīng)室”模式下，1000熱處理藍(lán)寶石襯底，降低溫度至500，通入TMGa和NH3生長(zhǎng)25nm厚的緩沖層；“雙溫區(qū)熱壁反應(yīng)室”模式下，襯底加熱到1025完成緩沖層的再結(jié)晶后，通入HCl和NH3用HVPE方法生長(zhǎng)12微米的GaN外延層。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)尾氣中除了含有有毒氣體及易燃易爆氣體，還有很多顆粒，例如有毒的砷粉末。濕法過濾器由液槽、填料式噴淋塔和循環(huán)液體的泵等組成。小型活性炭過濾器是為了主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)臨時(shí)啟用的。另一種尾氣處

27、理裝置是利用吸附劑吸附毒氣的活性炭過濾器。在氮化物生長(zhǎng)系統(tǒng)中使用大量過量氨氣，尾氣先經(jīng)過熱解爐分解殘余的MO源，然后進(jìn)入400熱催化裂解爐將99%以上的氨氣裂解成氮?dú)夂蜌錃猓詈笸ㄟ^吸附床取出剩余的雜質(zhì)。活性炭過濾器示意圖活性炭過濾器示意圖MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)幾種工業(yè)生產(chǎn)型MOCVD尾氣處理方法壓縮冷凝法MOCVD尾氣回收純化系統(tǒng)MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)（常州氮源光電科技有限公司）

28、常州氮源光電科技有限公司設(shè)計(jì)的處理MOCVD尾氣裝置有關(guān)MOCVD尾氣處理，德國Aixtron和美國Veeco認(rèn)為MOCVD外延生長(zhǎng)晶片時(shí)要求爐內(nèi)的氣體組分、壓力、溫度和流量等要嚴(yán)格控制，因此不能導(dǎo)出尾氣進(jìn)行回收處理，會(huì)因小失大。所以尾氣處理回收系統(tǒng)關(guān)鍵問題是必須在MOCVD生產(chǎn)的機(jī)臺(tái)數(shù)變化，每個(gè)工藝過程中用氣量的變化情況下，能保持穩(wěn)定的負(fù)壓來導(dǎo)出尾氣，不能影響機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)，不會(huì)Down機(jī)。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)主要由上位的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和下位的多個(gè)可編程控制器

29、(PLC)等組成。(1)材料生長(zhǎng)程序的生成、運(yùn)行、分析和統(tǒng)計(jì)功能(2)手動(dòng)控制功能(3)安全功能(4)維修提示(5)輔助生長(zhǎng)條件選擇輸入信號(hào)包括各類儀表傳感器的流量、壓力、溫度、報(bào)警信號(hào)等。輸出信號(hào)設(shè)計(jì)電磁閥、接觸器、電機(jī)、壓力控制器、流量控制器、加熱器等控制量。上位計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)材料生長(zhǎng)過程監(jiān)控、控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面運(yùn)行、數(shù)據(jù)記錄、警報(bào)記錄、數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖以及操作人員的人工控制功能等。下位的PLC負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，包括各種信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理以及各種輸出信號(hào)控制。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)發(fā)射率

30、校正高溫計(jì)發(fā)射率校正高溫計(jì)反射率計(jì)反射率計(jì)反射差分光譜儀反射差分光譜儀分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀表面光吸收儀表面光吸收儀光束撓度計(jì)光束撓度計(jì)MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)光學(xué)高溫計(jì)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)發(fā)射率校正高溫計(jì)發(fā)射率校正高溫計(jì)熱電偶和輻射高溫計(jì)都很難測(cè)得真實(shí)的襯底溫度。熱電偶因襯底與基座接觸不良而引起測(cè)量誤差。輻射高溫計(jì)需通過反應(yīng)室的通光窗口測(cè)量襯底表面溫度，但是反射率因生長(zhǎng)材料不同而改變，另外當(dāng)生長(zhǎng)外延層時(shí)，會(huì)發(fā)生Fabry-Perot干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)振蕩峰。最常用的測(cè)溫法：熱電偶和輻射高溫計(jì)。默認(rèn)待測(cè)物發(fā)

31、射率為1MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)發(fā)射率校正高溫計(jì)發(fā)射率校正高溫計(jì)Veecos RealTemps200 (RT200) System輻射高溫計(jì)和反射率計(jì)組合使用：在測(cè)量外延片熱輻射的同時(shí)，用同樣的波長(zhǎng)測(cè)量襯底反射率。由反射率計(jì)算出發(fā)射率，最后使用Planck公式計(jì)算襯底的溫度。Veecos RealTemps200 SystemMOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)反射率計(jì)反射率計(jì)反射率計(jì)由光源、單

32、色儀和探測(cè)器等組成。原理是基于外延層-襯底界面和外延層表面產(chǎn)生的Fabry-Perot干涉。最簡(jiǎn)單的反射譜是記錄垂直照射到生長(zhǎng)層表面的單色光的反射率隨時(shí)間的變化。反射率譜的振幅會(huì)因生長(zhǎng)過程中外延層表面變粗糙(平坦)而逐漸減小(增大)。反射率譜的這些細(xì)節(jié)變化已經(jīng)用來優(yōu)化氮化物系材料生長(zhǎng)，特別是生長(zhǎng)成核層。一個(gè)振蕩周期所對(duì)應(yīng)的厚度: MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)反射差分光譜儀反射差分光譜儀反射差分光譜(reflectance difference spectroscopy, RDS)反射非對(duì)稱譜(

33、reflectance anisotropy spectroscopy, RAS)原理是測(cè)量垂直入射偏振光在立方相半導(dǎo)體晶面兩個(gè)主軸方向的反射光的差別。由于立方相半導(dǎo)體的光學(xué)特性是各向同性的，觀測(cè)到的非對(duì)稱性起源于表面重構(gòu)和弛豫所引起的表面非對(duì)稱性。RDS譜所反映的就是最外層表面的各向異性。RAS測(cè)量(100)表面沿110軸的復(fù)反射系數(shù)r 110和110軸的復(fù)反射系數(shù)r 110之差，這樣RAS信號(hào)表示為： GaAs(001) 面表面重構(gòu)RAS圖譜研究表面化學(xué)計(jì)量、表面重構(gòu)、表面生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、表面吸附和脫附以及表面形貌MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOV

34、PE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)反射差分光譜儀反射差分光譜儀氙燈（L）發(fā)出的光，經(jīng)起偏棱鏡（P）變成偏振光，近垂直地入射聚焦到襯底表面。反射光經(jīng)過光彈性調(diào)節(jié)器（PEM）、分析棱鏡（A）、再聚集到單色儀（MC）入射狹縫，最后到達(dá)探測(cè)器（MC）。反射差分分光譜反射差分分光譜RDSRDS裝置示意圖裝置示意圖MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振(spectroscopic ellipsometry,SE)是測(cè)量線偏振光在非垂直入射情況下，來自樣品表面的

35、反射光偏振狀態(tài)的變化。與RDS不同，SE可以用于與立方晶體(111)面光學(xué)各向同性重構(gòu)表面或六方晶體(0001)面。SE用于在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)GaN時(shí)的核化層研究。由于介電常數(shù)與化學(xué)組分有關(guān)，SE也可以用來檢測(cè)和控制三元或四元固溶體的組分。配備分光部件的橢圓偏振儀的MOVPE反應(yīng)室示意圖入射角通常接近布儒斯特角，對(duì)大多數(shù)半導(dǎo)體而言約為70o。光通過入射窗口，聚焦在襯底表面。MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀反射差分光譜儀（RAS）和分光橢圓偏振儀（SE）同時(shí)與MOVPE反應(yīng)室耦合的剖面圖MOVPE氣體輸運(yùn)分系統(tǒng)MOVPE生長(zhǎng)反應(yīng)室分系統(tǒng)MO