MOCVD知識(shí)大全PPT演示文稿

1、MOCVD知識(shí)大全,目錄 一.MOCVD簡(jiǎn)介 二.反應(yīng)腔介紹 三.TS 機(jī)臺(tái)的氣體運(yùn)輸系統(tǒng) 四.TS機(jī)臺(tái)運(yùn)行檢查及維護(hù)保養(yǎng),MOCVD是在氣相外延生長(zhǎng)(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型氣相外延生長(zhǎng)技術(shù)。 Metal-organicChemicalVaporDeposition 金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀原理MOCVD是以族、族元素的有機(jī)化合物和V、族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)各種-V族、-族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長(zhǎng)都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不銹鋼)反應(yīng)室中

2、進(jìn)行，襯底溫度為500-1200,用射頻感應(yīng)加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方),H2通過(guò)溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長(zhǎng)區(qū),一.MOCVD簡(jiǎn)介,系統(tǒng)組成 因?yàn)镸OCVD生長(zhǎng)使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物質(zhì)，并且要生長(zhǎng)多組分、大面積、薄層和超薄層異質(zhì)材料。因此在MOCVD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想上，通常要考慮系統(tǒng)密封性，流量、溫度控制要精確，組分變換要迅速，系統(tǒng)要緊湊等。 一般系統(tǒng)組成： 加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，氣體運(yùn)輸系統(tǒng)及尾氣處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng),二.反應(yīng)腔介紹 由于反應(yīng)腔對(duì)外延生長(zhǎng)非常重要，所以目前市面上主要的反應(yīng)腔設(shè)計(jì)為以下四種： 1.近耦合噴淋設(shè)計(jì)（AIXTRON TS系列,2.三層式

3、氣體噴嘴設(shè)計(jì)（AIXTRON G系列,3.旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)腔（Veeco,注： 旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)腔,是一種帶有旋轉(zhuǎn)盤(pán)的立式反應(yīng)腔。襯底片放置在高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)上并被加熱到合適的生長(zhǎng)溫度，反應(yīng)物在初始階段因高速旋轉(zhuǎn)盤(pán)的牽引力被豎直向下地泵入,然后偏斜形成一個(gè)與襯底片托盤(pán)平行的流動(dòng)區(qū)域，可以使反應(yīng)物獲得最佳的反應(yīng)條件,4.雙氣流反應(yīng)腔（日亞,因?yàn)槲覀児局饕a(chǎn)機(jī)臺(tái)為AIXTRON TS機(jī)臺(tái)和G5機(jī)臺(tái)，所以針對(duì)TS和G5由我和王明軍作一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)腔介紹。 TS 近耦合噴淋反應(yīng)腔,A Thermocouple B Tungsten heater C Gas inlet D Showerhead E Reactor

4、 lid F Optical probe G Showerhead water cooling H Double O-ring seal I Susceptor J Water cooled chamber K Quartz liner L Susceptor support M Exhaust,Upper plenum: Feeds the group III elements using metal organics Lower plenum: Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or AsH3 A Show

5、erhead Cap B Showerhead Body C Upper plenum D Lower plenum E Water cooling,Showerhead,Tungsten heater,Zone A: Center Zone B: Middle Zone C: Outside,Temperature control unit,A Eurotherm controller B Thermocouple in the center of the heater coils,三.TS機(jī)臺(tái)氣體運(yùn)輸系統(tǒng),氣體輸運(yùn)系統(tǒng)的作用為向反應(yīng)室輸送各種反應(yīng)氣體。該系統(tǒng)要能夠精確的控制反應(yīng)氣體的濃度、

6、流量、流速以及不同氣體送入的時(shí)間和前后順序，從而按設(shè)計(jì)好的工藝方案生長(zhǎng)特定組分和結(jié)構(gòu)的外延層。氣體輸運(yùn)系統(tǒng)包括源供給系統(tǒng)，Run/Vent 主管路，吹掃管路，檢漏管路和尾氣處理系統(tǒng),Gas symbols diagram,S2位4通換向閥,N2 purifier,H2 purifier,Hygrometer,Gas dosing unit for hydride source,Gas dosing unit for MO source,MO bubbler,Gas supply for hydride sources,Gas supply for run lines,Hydride run l

7、ine,Hydride vent line,Gas supply for auxiliary gas pipes,Purging - reactor sight glass,MO1 run line,MO1 vent line,MO run bypass,MO2 run line,MO2 vent line,Gas supply for venting,Gas supply for MO2 sources,Gas supply for MO1 sources,MO vacuum (for changing the MO bubbler,NH3 purifier,Reactor purges,H

8、ydride source,SiH4,eg: Growth n(-)GaN Si=12 Source to 80 Dilute to 320 Inject to 60,MO source,主要內(nèi)容,國(guó)內(nèi)LED主要應(yīng)用領(lǐng)域 中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)概況 奧運(yùn)后展望我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè) LED產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)有良好的發(fā)展前景,一、國(guó)內(nèi)LED主要應(yīng)用領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)品除了大量用于各種電器及裝置、儀器儀表、設(shè)備的顯示外，主要集中在,1.大、中、小LED顯示屏：室內(nèi)外廣告牌、體育場(chǎng)記分牌、信息顯示屏等,2.交通信號(hào)燈：全國(guó)各大、中城市的市內(nèi)交通信號(hào)燈、高速公路、鐵路和機(jī)場(chǎng)信號(hào)燈,3.光色照明：室外景觀照明和室內(nèi)裝飾照明

9、,4.專用普通照明：便攜式照明(手電筒、頭燈)、低照度照明(廊燈、門(mén)牌燈、庭用燈)、閱讀照明(飛機(jī)、火車(chē)、汽車(chē)的閱讀燈)、顯微鏡燈、照相機(jī)閃光燈、臺(tái)燈、路燈 ； 5.安全照明：礦燈、防爆燈、應(yīng)急燈、安全指標(biāo)燈 ； 6.特種照明：軍用照明燈(無(wú)紅外輻射)、醫(yī)用手術(shù)燈(無(wú)熱輻射)、醫(yī)用治療燈、農(nóng)作物和花卉專用照明燈,二、中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)概況,1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模 從事LED產(chǎn)業(yè)的人數(shù)達(dá)5萬(wàn)多人，研究機(jī)構(gòu)20多家，企業(yè)4000多家，其中上游企業(yè)50余家，封裝企業(yè)1000余家，下游應(yīng)用企業(yè)3000余家。 在“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”的推動(dòng)下，形成了上海、大連、南昌、廈門(mén)和深圳等國(guó)家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長(zhǎng)三角、

10、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地,2.生產(chǎn)設(shè)備與產(chǎn)品分布 截至2006年12月，我國(guó)有十余家外延芯片廠商已經(jīng)裝備MOCVD，投入生產(chǎn)的總計(jì)數(shù)量為40臺(tái)。按照各廠商的擴(kuò)展計(jì)劃，2007年預(yù)計(jì)有15臺(tái)MOCVD陸續(xù)安裝投入使用，使國(guó)內(nèi)的GaN MOCVD設(shè)備增加到55臺(tái),2006年國(guó)內(nèi)LED芯片市場(chǎng)分布如下圖所示,其中InGaN芯片市值約占據(jù)43%，四元InGaAlP芯片市值約占據(jù)整個(gè)國(guó)內(nèi)LED芯片的15%；其他種類(lèi)LED芯片的市值約占據(jù)42,3.技術(shù)現(xiàn)狀 在產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方面，國(guó)內(nèi)目前已研發(fā)1W的功率LED芯片可產(chǎn)業(yè)化，其發(fā)光效率為30lm40lm/W，最高可達(dá)47.5l

11、m/W，單個(gè)器件發(fā)射功率為150mW，最高可達(dá)189mW。南昌大學(xué)近年來(lái)開(kāi)展在硅襯底上生長(zhǎng)GaN外延材料研究，已研發(fā)的藍(lán)光芯片發(fā)射功率達(dá)7mW8mW，最好為9mW10mW，芯片成品率為80%，功率LED芯片在350mA下發(fā)射功率為100mW150mW，最好可達(dá)150mW。在500mA、1000小時(shí)通電試驗(yàn)下，藍(lán)光的光衰小于5%。該成果取得突破性進(jìn)展，通過(guò)“863”項(xiàng)目驗(yàn)收，并獲得多項(xiàng)有自主產(chǎn)權(quán)的國(guó)際發(fā)明專利,目前國(guó)內(nèi)外延、芯片主要研究機(jī)構(gòu)有北大、清華、南昌大學(xué)、中科院半導(dǎo)體所、物理所、中電13所、華南師大、北京工大、深圳大學(xué)、山東大學(xué)、南京大學(xué)等，在技術(shù)上主要解決硅襯底上生長(zhǎng)GaN外延層、Ga

12、N基藍(lán)光波長(zhǎng)漂移、提高內(nèi)量子效率和出光效率、提高抗光衰能力和功率芯片的散熱水平等等,4.主要企業(yè) 國(guó)內(nèi)LED外延、芯片的主要企業(yè)有：廈門(mén)三安、大連路美、杭州士藍(lán)明芯、上海藍(lán)光、深圳方大、上海藍(lán)寶、山東華光、江西聯(lián)創(chuàng)、深圳世紀(jì)晶源、廣州普光、揚(yáng)州華夏集成等。 國(guó)內(nèi)主要封裝企業(yè)有：佛山國(guó)星光電、廈門(mén)華聯(lián)電子、寧波愛(ài)米達(dá)、江西聯(lián)創(chuàng)光電等； 下游顯示屏行業(yè)主要有：上海三思、西安青松、北京利亞德,三、奧運(yùn)后展望我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),1.奧運(yùn)應(yīng)用LED總體情況 此次奧運(yùn)開(kāi)創(chuàng)了奧運(yùn)歷史上大規(guī)模使用LED照明技術(shù)的先河。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京奧運(yùn)會(huì)36個(gè)比賽場(chǎng)館中（不包括奧運(yùn)村、奧運(yùn)公園等其他公共照明設(shè)施市場(chǎng)）使用

13、LED產(chǎn)品的總值已接近5億元人民幣，采用的LED產(chǎn)品包括：景觀照明、數(shù)字化交通信息顯示、疏導(dǎo)標(biāo)識(shí)、太陽(yáng)能LED、室外全彩顯示屏、應(yīng)急照明燈,2. 2008北京奧運(yùn)，帶動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)亮起來(lái) LED扮靚北京奧運(yùn)會(huì)的同時(shí)，也顯示了巨大的節(jié)能、環(huán)保功效。據(jù)水立方業(yè)主和設(shè)計(jì)單位計(jì)算，僅水立方5萬(wàn)平方米的景觀照明工程全部采用LED，與使用傳統(tǒng)熒光燈相比，全年預(yù)計(jì)可節(jié)電74.5萬(wàn)度，節(jié)能達(dá)70%以上。 據(jù)聯(lián)盟估測(cè)，目前國(guó)內(nèi)已使用的LED照明產(chǎn)品年節(jié)電量已超過(guò)5億度。僅以交通信號(hào)燈（替代白熾燈）為例，每年可節(jié)電2億度。國(guó)內(nèi)封裝的1W功率型LED已經(jīng)在次干道路燈上開(kāi)始示范應(yīng)用，每盞路燈可節(jié)電30%以上，國(guó)產(chǎn)外延片

14、制作的功率型芯片有望在今年進(jìn)入道路照明這一重要的功能性照明領(lǐng)域。另外，半導(dǎo)體照明在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、航空、軍用特種照明、超大功率照明等其它領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷拓展,3.政策大力支持，推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展 而在北京奧運(yùn)上，LED產(chǎn)業(yè)大放異彩與我國(guó)政策逐漸支持LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展有很大的關(guān)系。半導(dǎo)體照明被國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要列為能源領(lǐng)域工業(yè)節(jié)能優(yōu)先主題，還是國(guó)家“十一五”863計(jì)劃“半導(dǎo)體照明工程”重大項(xiàng)目的啟動(dòng)，列入節(jié)能減排科技專項(xiàng)行動(dòng)，這些都印證了半導(dǎo)體照明光輝的發(fā)展前景和深刻的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響,四、LED產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)有良好的發(fā)展前景,1、就技術(shù)而言，LED具有技術(shù)成長(zhǎng)瓶頸高，學(xué)習(xí)門(mén)坎低特性，國(guó)內(nèi)在半導(dǎo)體領(lǐng)域長(zhǎng)期積累的研究資源都可以用得上，具備較好的研究基礎(chǔ)。 2、LED的投資額比較小，初始投資1億就可建廠，國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)入門(mén)檻低，容易實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)發(fā)展，這與集成電路制造及液晶面板制造動(dòng)輒幾十億到上百億人民幣的