Осаждение металлорганических соединений из газообразной фазы

Химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлорганических соединений (анг. Metalorganic chemical vapour deposition) — метод получения материалов, в том числе эпитаксиального роста полупроводников, путём термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Например, арсенид галлия выращивают при использовании триметилгаллия ((CH₃)₃Ga) и трифенилмышьяка (C₆H₅)₃As). Сам термин предложен основоположником метода Гарольдом Манасевитом в 1968 году.^[1] В отличие от молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ, также используется термин "молекулярно-пучковая эпитаксия", МПЭ) рост осуществляется не в высоком вакууме, а из парогазовой смеси пониженного или атмосферного давления (от 2 до 101 кПа).

Компоненты установки МОС-гидридной эпитаксии

• Реактор - камера, в которой непосредственно происходит эпитаксиальный рост. Она сделана из материалов, химически инертных по отношению к используемым химическим соединениям при высоких температурах (400-1300С). Основными конструкционными материалами являются нержавеющая сталь, кварц и графит. Подложки расположены на нагреваемом подложкодержателе с контролем температуры. Он также сделан из материалов, стойких к химическим веществам используемым в процессе (часто используют графит, иногда со специальными покрытиями, также некоторые детали подложкодержателя делают из кварца). Для нагрева подложкодержателя и камеры реактора до температуры эпитаксиального роста используют резистивные или ламповые нагреватели, а также ВЧ-индукторы.

• Газовая схема. Исходные вещества, находящиеся при нормальных условиях в газообразном состоянии подаются в реактор из баллонов через регуляторы расхода газа. В случае, если исходные вещества при нормальных условиях представляют собой жидкости или твердые вещества (в основном это все применяемые металлоорганические соединения), используются так называемые испарители-барботеры (анг. 'bubbler'). В испарителе-барботере газ-носитель (обычно азот или водород) продувается через слой исходного химического соединения, и уносит часть металлорганических паров, транспортируя их в реактор. Концентрация исходного химического вещества в потоке газа-носителя на выходе из испарителя зависит от потока газа-носителя, проходящего через испаритель-барботер, давления газа-носителя в испарителе и температуры испарителя-барботера.

• Система поддержания давления в камере реактора (в случае эпитаксии на пониженном давлении - форвакумный насос Рутса или пластинчато-роторный форвакуумный насос и лепестковый клапан).

• Система поглощения токсичных газов и паров. Токсичные отходы производства должны быть переведены в жидкую или твёрдую фазу для последующего повторного использования или утилизации.

Исходные вещества

Список химических соединений, используемых в качестве источников для роста полупроводников методом MOCVD:

• Алюминий
  • Триметил алюминия CAS 75-24-1 Al(CH₃)₃
  • Триэтил алюминия CAS 97-93-8 Al(C₂H₅)₃

• Галлий
  • Триметил галлия Ga(CH₃)₃
  • Триэтил галлия Ga(C₂H₅)₃
  • Триизопропил галлия Ga(C₃H₇)₃

• Индий
  • Триметил индия In(CH₃)₃
  • Триэтил индия In(C₂H₅)₃

• Азот
  • Фенилгидразин
  • Диметилгидразин
  • Аммиак NH₃

• Фосфор
  • Фосфин PH₃

• Мышьяк
  • Арсин AsH₃
  • Фениларсин

• Сурьма
  • Триметил сурьмы
  • Триэтил сурьмы
  • Стибин SbH₃

• Кадмий
  • Диметил кадмия

• Теллур
  • Диметил теллура
  • Диэтил теллура
  • Диизопропил теллура

• Кремний
  • Моносилан SiH₄
  • Дисилан Si₂H₆

• Цинк
  • Диэтилцинк Zn(C₂H₅)₂

Полупроводники, выращиваемые с помощью MOCVD

III—V Полупроводники

• Арсенид галлия (GaAs)
• Фосфид индия (InP)
• InGaAs
• InAlAs
• InGaAlAs
• InGaAsP
• InGaAsN
• AlGaAs
• InGaAs
• AlGaP
• InGaP
• InAlP
• InAlP
• Нитрид галлия (GaN)
• InGaN
• InGaAlN
• Антимонид индия (InSb)

II—VI Полупроводники

• Селенид цинка (ZnSe)
• КРТ (HgCdTe)

См.также

• Напыление тонких плёнок
• Химическое осаждение из паровой фазы
• Газофазная эпитаксия

Примечания

1. ↑ Manasevit H. M. Single-Crystal Gallium Arsenide on Insulating Substrates Appl. Phys. Lett. 12, 156 (1968) DOI:10.1063/1.1651934