上课湿法制备薄膜.ppt

金属有机物化学气相沉积
(MOCVD-anic CVD)
概念:利用金属有机物的热分解进行化学气相沉积制备
薄膜的CVD方法
特点:近十几年发展发展起来的一种新的表面气相沉积技术,它一般使用金属有机化合物和氢化物作为原料气体,进行热解化学气相沉积。
制备范围:在较低温度下沉积各种无机材料,如金属氧化物、氢化物、碳化物、***化物及化合物半导体材料和单晶外延膜、多晶膜和非晶态膜,已成功应用于制备超晶格结构、超高速器件和量子阱激光器。
研究现状:最重要的应用是Ⅲ~Ⅴ族,Ⅱ~Ⅵ族半导体化合物材料,如GaAs、InAs、InP、GaAlAs、ZnS等气相外延。
可以说MOCVD技术不仅可改变材料的表面性能,而且可直接构成复杂的表面结构,制造出多种新的功能材料,特别是复杂的新功能材料,在微电子应用中已获得很大的成功。
其也可以用于沉积金属膜层,它比采用金属卤化物的沉积温度要低,但MO源往往又具有毒性和易燃性,需加一定的防护措施。
国内至今有二十余个单位在从事MOCVD研究与应用工作,主要是研制多层和超晶格量子阱结构的半导体材料。
原理:原理并不复杂,以化合物半导体GaAs薄膜沉积为例,通常用金属有机化合物和氢化物三***鎵、三***铝、三***铟、***烷、磷烷,其典型的化学反应原理是:
其化学反应虽不复杂,但反应机理却比较复杂,一般认为反应物先生成一种不稳定的金属有机前置体
再生成聚合物,然后逐步放出CH4
注意事项:大多数金属有机化合物易燃,与H2O接触易爆;部分金属有机化合物和氢化物有剧毒。因此使用这些化合物和工艺操作上,应严格依据有关的防护、安全规定进行操作。
设备:一般由反应室、反应气体供给系统、尾气处理系统和电气控制系统等四个部分组成。MOCVD设备较贵,而且所用的金属有机化合物也很贵,所以只有制备高质量的外延膜层时才用此法。
分类:
常压(APMOCVD):操作方便,价格成本相对较低,一般常被用来沉积各种薄膜;
低压(LPMOCVD):主要在考虑亚微米级涂镀层和多层的结构上采用,特别是多层结构,已成功长出多层和超晶格结构。制备的新功能材料使材料的性能与器件的性能都得到了提高;
原子层外延(ALE):是生长单原子级薄膜与制备新型电子和光子器件的先进技术;
激光MOCVD:用激光一者可增强工艺过程,二者可局部进行。最大优点,使用低温生长从而减少玷污。
虽然工艺过程较为缓慢,但MOCVD工艺能够满足批量生产的需要,且适合较大的片基。另外MOCVD还具有制备化学组分的不同多层膜的能力;MOCVD的薄膜组成元素均以气体形式进入反应室,通过控制载气流量和切换开关易于控制薄膜组分,薄膜污染程度较小;以金属有机物为源,低温沉积可降低薄膜中的空位密度和缺陷;能精确掌握各种气体的流量,控制外延层的成分、导电类型、载流子浓度、厚度等,从而获得超晶格薄膜;反应势垒低,制备外延膜时,对衬底的取向要求不高。此外,与MBE不同,MOCVD可以在如InGaAsP这样的器件中淀积磷。但是MOCVD也有缺陷,体现在所用原材料成本较高,毒性大,因此研究毒性较小的有机***来代替原材料是一项急需解决的问题
离子镀
IP (Ion plating),同时结合蒸发和溅射的特点,让靶材原子蒸发电离后与气体离子一起受电场的加速,而在基片上沉积薄膜的技术。
电场作用下,被电离的靶材原子与气体离子一起轰击镀层表面,即沉积与溅射同时进行作用于膜层,只有沉积>膜层的性能,附着性提高。
离子镀示意图
离子镀的特点
具有蒸发镀膜和溅射镀膜的特点
膜层的附着力强。
绕射性好,可镀复杂表面。
沉积速率高、成膜速度快、可镀厚膜。
可镀材料广泛,有利于化合物膜层的形成。