MOCVD组成.docx

中文关键词

关键词
源供给、输运和尾气处理系统
源供给系统
氢化物源供给系统
气体纯化器、鼓泡（器）、钢瓶、恒温（装置）、质量流量控制计MFC,压力控制器PC、（水浴）恒温槽thormal bath、充抽与测漏管道、进气、旁路（系统）、蝶形阀、溢流阀、电磁阀

过滤器、不锈钢丝网、活性炭、真空泵、气体洗涤器、加热炉、裂解炉、燃烧室、排气、尾气、清洗
MO源供给系统
输送管路系统
三族源Run/vent输送系统
五族源Run/vent输送系统
Run/vent进腔体管路系统
Run/vent选择开关
Run/vent主管路
吹扫管路系统
光学探头吹扫
腔体侧壁吹扫
加热器吹扫
喷淋头吹扫
载片台周边吹扫
泄露检测系统
尾气处理系统
湿法系统
吸附系统
加热系统
反应室和加热系统
反应腔
立式
喷（淋、口、孔、头、盘）、均匀、层流、石英（管）、钢（腔）、反应（室、腔、器）、装片、卸片、两路气流、分离气路、三路气流分离
卧式
桶式
扁平式
转盘式
冷却系统
喷淋腔壁冷却
（水、气）冷却
气体流道冷却
尾气冷却
加热器电极冷却
腔体中心管冷却
加热系统
感应加热
石墨（基座、石墨舟）、加热（射频、红外辐射、电阻）、热偶、衬托、托盘、支撑、支杆、转动机构电磁场、温度场、温度分布、流场、气压、流速
电阻加热
电阻丝
电阻片
红外辐射加热
自动控制系统
温度控制
自动系统、控制系统、控制装置、处理系统、气体流量、监控设备、Bypass管路、O型密封圈、（压力、压差）传感器
压力控制
机片座旋转控制
气流控制
安全防护
故障报警分级处理
可靠性设计

英文关键词

关键词

gas delivery system 
源供给系统
source gas providing 
system
氢化物源供给系统
bubbler、bottle、cylinder、thermal bath、Mass flow controller、MFC, Pressure controller、Charge pumping and pipeline leak detection、inlet、Bypass（system）、Run/vent

Filter、Stainless steel wire mesh、Activated carbon、Vacuum pump、scrubber system、Heating furnace、Cracking furnace、pyrolyzer、combustion chamber、Exhaust、end gas、Clean
MO源供给系统
输送管路系统
source pipe system
三族源Run/vent输送系统
五族源Run/vent输送系统
Run/vent进腔体管路系统Run/Vent main
 pipes sysem
Run/vent选择开关
Run/vent主管路
吹扫管路系统
purge gas system
光学探头吹扫
腔体侧壁吹扫
加热器吹扫
喷淋头吹扫
载片台周边吹扫
泄露检测系统
 leak test
尾气处理系统
exhaust system 
湿法系统
吸附系统
加热系统
reactor chamber system
reactor chamber  
垂直式
Sprinkler、shower nozzle、Uniform、Laminar flow、Quartz chamber、reactor chamber
水平式
cooling system
喷淋腔壁冷却
Cooling、burial
（水）冷却
气体流道冷却
尾气冷却
加热器电极冷却
腔体中心管冷却
calefaction system
感应加热
Graphite plate、heating（magnetic、radiant heating
With infrared、resistance）、substrate、Support、Pillar
电阻加热
电阻丝
电阻片
红外辐射加热
control system 
温度控制 Temperature control
automatic system、Control system、operating system、Gas flow、Monitoring equipment、Bypass pipeline、O type sealing ring
压力控制Pressure stabilization
机片座旋转控制rotation control
气流控制Air flow control
安全防护Safety protection
故障报警分级处理failure alarm
可靠性设计Reliability design

主要企业： Veeco、Aixtron、Emcore、Thomas Swan、ASM、TAIYO NIPPON SANSO CORP、APPLIED MATERIALS、EMF、中国科学院半导体研究所、光垒光电科技（上海）有限公司、中微半导体设备（上海）有限公司、中晟光电设备（上海）有限公司、华晟光电设备(香港)有限公司、北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司、北京思捷爱普半导体设备有限公司、南京大学。

检索策咯：
1、 MOCVD AND (EQUIPMENT OR SYSTEM)
((金属有机化学气相沉积 OR 金属有机物化学气相沉积 OR 有机金属化学气相沉积 OR MOCVD ) AND (设备 or 装置 or 系统))/AB
2、

(气相沉积 AND (喷 or 加热 or 托盘 or 衬托 or 支撑 or 支杆 or 转动))/AB and C23C16/SIC

C23C16/18 OR C23C16/46 OR C23C16/48 OR C23C16/455

MOCVD组成
因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。不同厂家和研究者所产生或组装的MOCVD设备是不同的。 一般由 源供给系统 、气体输运和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾气处理及安全防护报警系统、自动操作及电控系统。
【源供给系统】
包括Ⅲ族金属有机化合物、V族氢化物及掺杂源的供给。金属有机化合物装在特制的不锈刚的鼓泡器中，由通入的高纯H2携带输运到反应室。为了保证金属有机化合物有恒定的蒸汽压，源瓶置入电子恒温器中，温度控制精度可达0.2℃以下。氢化物一般是经高纯H2稀释到浓度5%一10%后，装入钢瓶中，使用时再用高纯H2稀释到所需浓度后，输运到反应室。掺杂源有两类，一类是金属有机化合物，另一类是氢化物，其输运方法分别与金属有机化合物源和氢化物源的输运相同。
【气体输运系统】
气体的输运管都是不锈钢管道。为了防止存储效应，管内进行了电解抛光。管道的接头用氢弧焊或VCR及Swagelok方式连接，并进行正压检漏及Snoop液体或He泄漏检测，保证反应系统无泄漏是MOCVD设备组装的关键之一。流量是由不同量程、响应时间快、精度高的质量流量计和电磁阀、气动阀等来实现。在真空系统与反应室之间设有过滤器，以防油污或其它颗粒倒吸到反应室中。为了迅速变化反应室内的反应气体，而且不引起反应室内压力的变化，设置“run”和“vent，，管道。
【反应室和加热系统】
反应室是由石英管和石墨基座组成为了生长组分均匀、超薄层、异质结构的化合物半导体材料，各生产厂家和研究者在反应室结构的设计上下了很大功夫，设计出了不同结构的反应室。石墨基座是由高纯石墨制成，并包裹SIC层。加热多采用高频感应加热，少数是辐射加热。由热电偶和温度控制器来控制温度，一般温度控制精度可达到0.2℃或更低。
【尾气处理系统】
反应气体经反应室后大部分热分解，但还有部分尚未完全分解，因此尾气不能直接排放到大气中，必须先进行处理，处理方法主要有高温热解炉再一次热分解，再用硅油或高锰酸钾溶液处理;也可以把尾气直接通入装有H2SO4+H2O及装有NaOH溶液的吸滤瓶处理;也有的把尾气通入固体吸附剂中吸附处理，以及用水淋洗尾气等。
【安全保护及报警系统】
为了安全，一般的MOCVD系统还备有高纯从旁路系统，在断电或其它原因引起的不能正常工作时，通入纯N2保护生长的片子或系统内的清洁。在停止生长期间也有常通高纯N2保护系统。
【手动和自动控制系统】
一般MOCVD设备都具有手动和微机自动控制操作两种功能。在控制系统面板上设有阀门开关、各个管路气体流量、温度的设定及数字显示，如有问题会自动报警，是操作者能及时了解设备运转的情况。此外，MOCVD设备一般都设在具有强排风的工作室内。[1] 
优点
1 适用范围广泛，几乎可以生长所有化合物及合金半导体;
2 非常适合于生长各种异质结构材料;
3 可以生长超薄外延层，并能获得很陡的界面过渡;
4 生长易于控制;
5 可以生长纯度很高的材料;
6 外延层大面积均匀性良好;
7 可以进行大规模生产

第三章  MOCVD 机台之系列介绍
        现在用来生产ＧａＮ ＬＥＤ的ＭＯＣＶＤ外延机台大至可分为几类如下列：１双向流系统Ｔｗｏ－Ｆｌｏｗ ＭＯＣＶＤ Ａｐｐｒｏａｃｈ ２高速垂直流向系统Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｙｐｅ ３封闭式旋转盘外延系统Ｃｌｏｓｅｄ ｓｐａｃｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ ｔｙｐｅ ４放射状横向流系统Ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒａｄｉａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ５日本酸素横向三向流系统Ｎｉｐｐｏｎ ＳａｎｓｏＴｈｒｅｅ－Ｆｌｏｗ ＭＯＣＶＤ Ａｐｐｒｏａｃｈ等等。
    １ Ｔｗｏ－Ｆｌｏｗ ＭＯＣＶＤ Ａｐｐｒｏａｃｈ
        其水平进料气体为Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ等气体，垂直方向进料气体为Ｈ２和Ｎ２。其优点为让外延所成长出的膜均匀且厚度均一，其主要原理是利用垂直方向的Ｈ２和Ｎ２气体将其水平方向的进料气体Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ等气体往下压使其反应均匀减少反应不均匀而导致影响ＬＥＤ特性。
    ２Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｙｐｅ

        此类反应器为Ｃｏｌｄ－ｗａｌｌ，其反应之原理为将进料气体Ｇｒｏｕｐ－Ⅲ及Ｇｒｏｕｐ－Ⅴ气体由上而下进入反应器内高温下高速转动的基板衬底上进行反应，而外延片在Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ部份先进抽真空之步骤，可使外延效果均匀及均一，另外的优点为机台且在高转速１５００ｒｐｍ下可使边界层之ｃｏａｔｉｎｇ变薄，反应器空间较大可以一次生产六片以上之外延片可做为量产型之机台。
    ３Ｃｌｏｓｅｄ ｓｐａｃｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ ｔｙｐｅ

        此类反应器为密闭空间之反应器，其反应之原理为将进料气体Ｇｒｏｕｐ－Ⅲ由上而下进入反应器，Ｇｒｏｕｐ－Ⅴ气体由水平方向进入反应器内。气体在高温下、高速转动的基板衬底上进行反应，而外延片与反应器之顶端距离约１ｃｍ，这代表可供气体反应的空间只有这么小；可使磊晶效果更加的均匀及均一。其原因为因外延片与反应气体进口之距离不大，其气体的反应空间不大，远比别种反应器小了许多，外延的效果比其它的ＭＯＣＶＤ机台来的不错。[Page]
    ４Ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒａｄｉａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ

        为Ａｘｔｒｉｏｎ公司所所发明的，其优点为在常压下即可操作且反应器可容纳七片以上之外延片。
        而各式各样的ＭＯＣＶＤ机台随着所须求的ＬＥＤ特色不同而有不同之设计。而所要考虑的原因有基材衬底的材质、反应温度、进料气体的影响及一些未知的变因。
    ５Ｎｉｐｐｏｎ ＳａｎｓｏＴｈｒｅｅ－Ｆｌｏｗ ＭＯＣＶＤ Ａｐｐｒｏａｃｈ

        为日本酸素所生产之ＭＯＣＶＤ机台，也是目前日本公司大部分所使用之机台。日本酸素之机台非量产型之机台，一次只能生产一片但其性能良好可生产高品质激光二级管都没问题。机台之操作条件：在常压及低压都可操作、控温精准，在进料气体方面其主要是将ＮＨ３、ＭＯ Ｇａｓ、Ｎ２平行入反应器，其利用Ｎ２来稳定ＮＨ３、ＭＯ Ｇａｓ之均匀混合来达到最佳之磊晶状晶效果。

国外MOCVD系统发展
随着化合物半导体器件(如 GaAs MMIC、 InP MMIC以及GaN蓝光LED)市场的不断扩大，MOCVD系统的需求量不断增长。国际上实力最为雄厚的MOCVD系统制造商有:德国Aixtron公司、美国的Emcore公司（其MOCVD已被Veeco兼并）、英国的Thomass~(1999年被Aixtron兼并)等。因为MOCVD系统最关键的问题就是保证材料生长的均匀性和重复性，因此不同厂家的MOCVD系统最主要的区别在于反应室结构。Aixtron采用行星反应(Planetary Reactor)，Emcore采用TurboDisc反应室(该业务己出售给Veeco公司)、Thomas Swan(该公司于2003年2月份被Aixtron兼并)采用 Closed Coupled Showerhead(CCS)反应室。
国内拥有的进口MOCVD系统700台左右，其中 Aixtron MOCVD系统和Emcore MOCVD系统占绝大多数，有少量的 Thomas Swan MOCVD系统、法国ASM MOCVD系统和日本RIPPON SANSO MOCVD系统，主要用于GaN LD/LED的研究和制造。[1] 

MOCVD结构：
1、 加热系统
2、 冷却系统
3、 气体输运系统
4、 尾气处理系统
5、 控制系统
6、反应腔

反应腔

近耦合喷淋-Aixtron TS系列

三层气体喷嘴设计- Aixtron G系列

旋转式反应腔—Veeco

双气流反应腔—日亚