एमबीई और एमओसीवीडी प्रौद्योगिकियों के बीच क्या अंतर हैं?

आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई) और धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी) दोनों रिएक्टर साफ-सुथरे वातावरण में काम करते हैं और वेफर लक्षण वर्णन के लिए मेट्रोलॉजी उपकरणों के एक ही सेट का उपयोग करते हैं। ठोस-स्रोत एमबीई जमाव को सक्षम करने के लिए एक आणविक किरण बनाने के लिए प्रवाह कोशिकाओं में गरम किए गए उच्च शुद्धता, मौलिक अग्रदूतों का उपयोग करता है (ठंडा करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरल नाइट्रोजन के साथ)। इसके विपरीत, एमओसीवीडी एक रासायनिक वाष्प प्रक्रिया है, जिसमें जमाव को सक्षम करने के लिए अति-शुद्ध, गैसीय स्रोतों का उपयोग किया जाता है और इसके लिए विषाक्त गैस निपटान और शमन की आवश्यकता होती है। दोनों तकनीकें कुछ भौतिक प्रणालियों, जैसे आर्सेनाइड्स, में समान एपिटैक्सी उत्पन्न कर सकती हैं। विशेष सामग्रियों, प्रक्रियाओं और बाज़ारों के लिए एक तकनीक की तुलना में दूसरी तकनीक के चयन पर चर्चा की जाती है।

आणविक बीम एपिटैक्सी

एक MBE रिएक्टर में आमतौर पर एक नमूना हस्तांतरण कक्ष (हवा के लिए खुला, वेफर सब्सट्रेट को लोड और अनलोड करने की अनुमति देने के लिए) और एक विकास कक्ष (सामान्य रूप से सील, और केवल रखरखाव के लिए हवा के लिए खुला) शामिल होता है, जहां सब्सट्रेट को एपिटैक्सियल वृद्धि के लिए स्थानांतरित किया जाता है। । एमबीई रिएक्टर हवा के अणुओं से संदूषण को रोकने के लिए अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (यूएचवी) स्थितियों में काम करते हैं। चैम्बर को इन दूषित पदार्थों की निकासी में तेजी लाने के लिए गर्म किया जा सकता है यदि चैंबर हवा में खुला हो।

अक्सर, एमबीई रिएक्टर में एपिटेक्सी की स्रोत सामग्री ठोस अर्धचालक या धातु होती है। इन्हें प्रवाह कोशिकाओं में उनके पिघलने बिंदु (यानी स्रोत सामग्री वाष्पीकरण) से परे गर्म किया जाता है। यहां, परमाणुओं या अणुओं को एक छोटे छिद्र के माध्यम से एमबीई निर्वात कक्ष में ले जाया जाता है, जो एक अत्यधिक दिशात्मक आणविक किरण देता है। यह गर्म सब्सट्रेट पर प्रभाव डालता है; आमतौर पर सिलिकॉन, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) या अन्य अर्धचालक जैसी एकल-क्रिस्टल सामग्री से बना होता है। बशर्ते कि अणु अवशोषित न हों, वे सब्सट्रेट सतह पर फैल जाएंगे, जिससे एपिटैक्सियल विकास को बढ़ावा मिलेगा। फिर एपिटेक्सी को परत दर परत निर्मित किया जाता है, वांछित ऑप्टिकल और विद्युत गुणों को प्राप्त करने के लिए प्रत्येक परत की संरचना और मोटाई को नियंत्रित किया जाता है।

सब्सट्रेट को केंद्रीय रूप से, ग्रोथ चैंबर के भीतर, क्रायोशिल्ड्स से घिरे एक गर्म धारक पर, इफ्यूजन कोशिकाओं और शटर सिस्टम का सामना करने के लिए रखा गया है। धारक एक समान बयान और एपिटैक्सियल मोटाई प्रदान करने के लिए घूमता है। क्रायोशिल्ड्स लिक्विड-नाइट्रोजन कूल्ड-प्लेट हैं जो चैम्बर में दूषित पदार्थों और परमाणुओं को फंसाते हैं जो पहले सब्सट्रेट सतह पर कैप्चर नहीं किए जाते हैं। संदूषक उच्च तापमान पर सब्सट्रेट के बहिष्कार से या आणविक बीम से 'भरने' से हो सकता है।

अल्ट्रा-हाई-वैक्यूम एमबीई रिएक्टर चैम्बर जमाव प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए इन-सीटू मॉनिटरिंग टूल का उपयोग करने में सक्षम बनाता है। विकास सतह की निगरानी के लिए परावर्तन उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (RHEED) का उपयोग किया जाता है। लेजर परावर्तन, थर्मल इमेजिंग और रासायनिक विश्लेषण (मास स्पेक्ट्रोमेट्री, ऑगर स्पेक्ट्रोमेट्री) वाष्पित सामग्री की संरचना का विश्लेषण करते हैं। वास्तविक समय में प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करने के लिए तापमान, दबाव और विकास दर को मापने के लिए अन्य सेंसर का उपयोग किया जाता है।

वृद्धि दर और समायोजन

एपिटैक्सियल ग्रोथ रेट, जो आमतौर पर एक मोनोलेयर (0.1nm, 1å) प्रति सेकंड के एक तिहाई के बारे में होता है, फ्लक्स दर (सब्सट्रेट सतह पर आने वाले परमाणुओं की संख्या, स्रोत तापमान द्वारा नियंत्रित) और सब्सट्रेट तापमान से प्रभावित होता है। (जो सब्सट्रेट सतह पर परमाणुओं के विसरित गुणों को प्रभावित करता है और उनके desorption, सब्सट्रेट गर्मी द्वारा नियंत्रित)। इन मापदंडों को स्वतंत्र रूप से समायोजित किया जाता है और एमबीई रिएक्टर के भीतर मॉनिटर किया जाता है, ताकि एपिटैक्सियल प्रक्रिया को अनुकूलित किया जा सके।

विकास दर और एक यांत्रिक शटर सिस्टम का उपयोग करके विभिन्न सामग्रियों की आपूर्ति को नियंत्रित करके, टर्नरी और चतुर्धातुक मिश्र धातुओं और बहु-परत संरचनाओं को मज़बूती से और बार-बार उगाया जा सकता है। बयान के बाद, थर्मल तनाव से बचने के लिए सब्सट्रेट को धीरे -धीरे ठंडा किया जाता है और इसकी क्रिस्टलीय संरचना और गुणों को चिह्नित करने के लिए परीक्षण किया जाता है।

एमबीई के लिए सामग्री की विशेषताएं

MBE में उपयोग किए जाने वाले III-V सामग्री प्रणालियों की विशेषताएं हैं:

● सिलिकॉन: सिलिकॉन सब्सट्रेट पर वृद्धि के लिए ऑक्साइड desorption (> 1000 ° C) सुनिश्चित करने के लिए बहुत अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए विशेषज्ञ हीटर और वेफर धारकों की आवश्यकता होती है। जाली निरंतर और विस्तार गुणांक में बेमेल के आसपास के मुद्दे सिलिकॉन पर एक सक्रिय आर एंड डी विषय पर III-V विकास करते हैं।

● एंटीमोनी: III-SB अर्धचालकों के लिए, सतह से desorption से बचने के लिए कम सब्सट्रेट तापमान का उपयोग किया जाना चाहिए। उच्च तापमान पर 'गैर-राष्ट्रीयता' भी हो सकती है, जहां एक परमाणु प्रजातियों को गैर-स्टोइकोमेट्रिक सामग्री छोड़ने के लिए अधिमानतः वाष्पित किया जा सकता है।

● फास्फोरस: III-P मिश्र धातुओं के लिए, फॉस्फोरस को चैम्बर के अंदर जमा किया जाएगा, जिसमें एक समय लेने वाली सफाई प्रक्रिया की आवश्यकता होती है जो कम उत्पादन को रन बना सकता है।

धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव

MOCVD रिएक्टर में एक उच्च तापमान, जल-ठंडा प्रतिक्रिया कक्ष है। सबस्ट्रेट्स को आरएफ, प्रतिरोधक या आईआर हीटिंग द्वारा गर्म किए गए ग्रेफाइट ससेप्टर पर रखा जाता है। अभिकर्मक गैसों को सब्सट्रेट के ऊपर प्रक्रिया कक्ष में लंबवत रूप से इंजेक्ट किया जाता है। तापमान, गैस इंजेक्शन, कुल गैस प्रवाह, ससेप्टर रोटेशन और दबाव को अनुकूलित करके परत की एकरूपता प्राप्त की जाती है। वाहक गैसें या तो हाइड्रोजन या नाइट्रोजन होती हैं।

एपिटैक्सियल परतों को जमा करने के लिए, MOCVD समूह-III तत्वों और हाइड्राइड गैसों (आर्सिन और फॉस्फीन) के लिए एल्यूमीनियम के लिए गैलियम या ट्राइमेथिलाल्यूमिनियम के लिए ट्राइमेथाइलगैलियम जैसे बहुत उच्च शुद्धता वाले धातु-कार्बनिक अग्रदूतों का उपयोग करता है। धातु-संगठन गैस प्रवाह बुबलर्स में निहित हैं। प्रक्रिया कक्ष में इंजेक्ट की गई एकाग्रता बबलर के माध्यम से धातु-कार्बनिक और वाहक गैस प्रवाह के तापमान और दबाव से निर्धारित होती है।

विकास तापमान पर अभिकर्मक सब्सट्रेट सतह पर पूरी तरह से विघटित हो जाते हैं, जिससे धातु परमाणु और कार्बनिक उप-उत्पाद निकलते हैं। अभिकर्मकों की सांद्रता को वाष्प मिश्रण को समायोजित करने के लिए रन/वेंट स्विचिंग सिस्टम के साथ-साथ विभिन्न, III-V मिश्र धातु संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए समायोजित किया जाता है।

सब्सट्रेट आमतौर पर एक अर्धचालक सामग्री जैसे कि गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम फॉस्फाइड, या नीलम का एकल-क्रिस्टल वेफर होता है। यह प्रतिक्रिया कक्ष के भीतर सस्पेक्टर पर लोड किया जाता है, जिस पर अग्रदूत गैसों को इंजेक्ट किया जाता है। वेपूराइज़्ड मेटल-ऑर्गेनिक्स और अन्य गैसों में से अधिकांश गर्म विकास कक्ष के माध्यम से यात्रा करते हैं, लेकिन एक छोटी राशि पायरोलिसिस (क्रैकिंग) से गुजरती है, जिससे उप-प्रजाति सामग्री बनती है जो गर्म सब्सट्रेट की सतह पर अवशोषित होती है। एक सतह प्रतिक्रिया तब III-V तत्वों को एक एपिटैक्सियल परत में शामिल करती है। वैकल्पिक रूप से, सतह से desorption हो सकता है, अप्रयुक्त अभिकर्मकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के साथ चैम्बर से निकाला गया। इसके अतिरिक्त, कुछ अग्रदूत सतह के 'नकारात्मक विकास' नक़्क़ाशी को प्रेरित कर सकते हैं, जैसे कि GAAS/ALGAAS के कार्बन डोपिंग में, और समर्पित etchant स्रोतों के साथ। सुसमाचारक सुसंगत रचना और एपिटैक्सी की मोटाई सुनिश्चित करने के लिए घूमता है।

MOCVD रिएक्टर में आवश्यक वृद्धि तापमान मुख्य रूप से अग्रदूतों के आवश्यक पायरोलिसिस द्वारा निर्धारित किया जाता है, और फिर सतह की गतिशीलता के बारे में अनुकूलित किया जाता है। विकास दर बुबलर्स में समूह-तृतीय धातु-कार्बनिक स्रोतों के वाष्प दबाव द्वारा निर्धारित की जाती है। सतह का प्रसार सतह पर परमाणु कदमों से प्रभावित होता है, इस कारण से अक्सर गुमराह सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन सब्सट्रेट पर वृद्धि के लिए ऑक्साइड डिसोर्शन (> 1000 ° C) सुनिश्चित करने के लिए बहुत उच्च तापमान के चरणों की आवश्यकता होती है, विशेषज्ञ हीटर और वेफर सब्सट्रेट धारकों की मांग करते हैं।

रिएक्टर के वैक्यूम प्रेशर और ज्यामिति का अर्थ है कि इन-सीटू मॉनिटरिंग तकनीक MBE के लिए भिन्न होती है, जिसमें MBE में आमतौर पर अधिक विकल्प और विन्यास होते हैं। MOCVD के लिए, उत्सर्जन-सही पाइरोमेट्री का उपयोग इन-सीटू के लिए किया जाता है, वेफर सतह तापमान माप (जैसा कि दूरस्थ, थर्मोकपल माप के विपरीत); परावर्तकता सतह खुरदरापन और एपिटैक्सियल विकास दर का विश्लेषण करने की अनुमति देता है; वेफर धनुष को लेजर प्रतिबिंब द्वारा मापा जाता है; और आपूर्ति की गई ऑर्गनोमेटेलिक सांद्रता को अल्ट्रासोनिक गैस मॉनिटरिंग के माध्यम से मापा जा सकता है, ताकि विकास प्रक्रिया की सटीकता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने की क्षमता बढ़ सके।

आमतौर पर, एल्यूमीनियम युक्त मिश्र धातुओं को उच्च तापमान (> 650 ° C) पर उगाया जाता है, जबकि फॉस्फोरस युक्त परतें कम तापमान (<650 ° C) पर उगाई जाती हैं, Alinp के लिए संभावित अपवादों के साथ। टेलीकॉम अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले अलिंगास और इंगैस्प मिश्र के लिए, आर्सिन के क्रैकिंग तापमान में अंतर फॉस्फीन की तुलना में प्रक्रिया नियंत्रण को सरल बनाता है। हालांकि, एपिटैक्सियल री-ग्रोथ के लिए, जहां सक्रिय परतें खोई जाती हैं, फॉस्फीन को पसंद किया जाता है। एंटिमोनाइड सामग्री के लिए, ALSB में अनजाने (और आम तौर पर अवांछित) कार्बन निगमन एक उपयुक्त अग्रदूत स्रोत की कमी के कारण होता है, मिश्र धातुओं की पसंद को सीमित करता है और इसलिए MOCVD द्वारा एंटीमोनाइड विकास का उत्थान होता है।

अत्यधिक तनावपूर्ण परतों के लिए, आर्सेनाइड और फॉस्फाइड सामग्री का नियमित रूप से उपयोग करने की क्षमता के कारण, तनाव संतुलन और मुआवजा संभव है, जैसे कि GaAsP बाधाओं और InGaAs क्वांटम कुओं (QWs) के लिए।

सारांश

एमबीई में आम तौर पर एमओसीवीडी की तुलना में अधिक इन-सीटू निगरानी विकल्प होते हैं। एपिटैक्सियल वृद्धि को फ्लक्स दर और सब्सट्रेट तापमान द्वारा समायोजित किया जाता है, जिसे अलग से नियंत्रित किया जाता है, संबंधित इन-सीटू निगरानी से विकास प्रक्रियाओं की अधिक स्पष्ट, प्रत्यक्ष समझ मिलती है।

MOCVD एक अत्यधिक बहुमुखी तकनीक है जिसका उपयोग अग्रदूत रसायन विज्ञान को अलग -अलग करके, यौगिक अर्धचालक, नाइट्राइड्स और ऑक्साइड सहित सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला को जमा करने के लिए किया जा सकता है। विकास प्रक्रिया का सटीक नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, फोटोनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोगों के लिए अनुरूप गुणों के साथ जटिल अर्धचालक उपकरणों के निर्माण की अनुमति देता है। MOCVD चैंबर क्लीन-अप समय MBE की तुलना में तेज हैं।

MOCVD वितरित प्रतिक्रिया (DFBS) लेज़रों, दफन हेटरोस्ट्रक्चर उपकरणों और बट-संयुक्त वेवगाइड्स के regrowth के लिए उत्कृष्ट है। इसमें सेमीकंडक्टर का इन-सीटू नक़्क़ाशी शामिल हो सकती है। MOCVD, इसलिए, मोनोलिथिक INP एकीकरण के लिए आदर्श है। यद्यपि GAAS में अखंड एकीकरण अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, MOCVD चयनात्मक क्षेत्र के विकास को सक्षम करता है, जहां ढांकता हुआ नकाबपोश क्षेत्र उत्सर्जन/अवशोषण तरंग दैर्ध्य को अंतरिक्ष में मदद करते हैं। यह MBE के साथ करना मुश्किल है, जहां पॉलीक्रिस्टल जमा ढांकता हुआ मास्क पर बन सकता है।

सामान्य तौर पर, एमबीई एसबी सामग्रियों के लिए पसंद की विकास विधि है और एमओसीवीडी पी सामग्रियों के लिए पसंद है। दोनों विकास तकनीकों में एएस-आधारित सामग्रियों के लिए समान क्षमताएं हैं। पारंपरिक एमबीई-केवल बाजार, जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स, को अब एमओसीवीडी विकास के साथ समान रूप से अच्छी तरह से सेवा प्रदान की जा सकती है। हालाँकि, अधिक उन्नत संरचनाओं, जैसे क्वांटम डॉट और क्वांटम कैस्केड लेज़रों के लिए, एमबीई को अक्सर बेस एपिटेक्सी के लिए प्राथमिकता दी जाती है। यदि एपिटैक्सियल रीग्रोथ की आवश्यकता है, तो इसकी नक़्क़ाशी और मास्किंग लचीलेपन के कारण, एमओसीवीडी को आम तौर पर प्राथमिकता दी जाती है।