Осаждение металлорганических соединений из газообразной фазы

Осаждение металлорганических соединений из газообразной фазы (англ. Metalorganic chemical vapour deposition) — метод химического осаждения из газовой фазы путём термического разложения (пиролиза) металлоорганических соединений для получения материалов (металлов и полупроводников), в том числе путём эпитаксиального выращивания. 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—1300°С). 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
- Триметилалюминий CAS 75-24-1 Al(CH₃)₃
- Триэтилалюминий CAS 97-93-8 Al(C₂H₅)₃
Галлий
- Триметилгаллий Ga(CH₃)₃
- Триэтилгаллий Ga(C₂H₅)₃
- Три(изо-пропил)галлий Ga(C₃H₇)₃
Индий
- Триметилиндий In(CH₃)₃
- Триэтилиндий In(C₂H₅)₃
Азот
Фосфор
- Фосфин PH₃
Мышьяк
- Арсин AsH₃
- Фениларсин
Сурьма
Кадмий
- Диметилкадмий
Теллур
Кремний
- Моносилан SiH₄
- Дисилан Si₂H₆
Цинк
- Диэтилцинк Zn(C₂H₅)₂

Полупроводники, выращиваемые с помощью MOCVD

III—V Полупроводники

II—VI Полупроводники

Селенид цинка (ZnSe)
КРТ (HgCdTe)

См. также

Примечания

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

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

[1]