MOCVD知識(shí)大全課件

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-organic

Chemical

Vapor

Deposition

金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀

原理

MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機(jī)化合物和V、Ⅵ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Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ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)（AIXTRONTS系列）2.三層式氣體噴嘴設(shè)計(jì)（AIXTRONG系列）4.雙氣流反應(yīng)腔（日亞）因?yàn)槲覀児局饕a(chǎn)機(jī)臺(tái)為AIXTRONTS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AThermocoupleBTungstenheaterCGasinletDShowerheadEReactorlidFOpticalprobeGShowerheadwatercoolingHDoubleO-ringsealISusceptorJWatercooledchamberKQuartzlinerLSusceptorsupportMExhaustUpperplenum:FeedsthegroupIIIelementsusingmetalorganics

Lowerplenum:FeedsthegroupVelementsusinghydridegasessuchasNH3orAsH3AShowerheadCapBShowerheadBodyCUpperplenumDLowerplenumEWatercoolingShowerheadTemperaturecontrolunitAEurothermcontrollerBThermocoupleinthecenteroftheheatercoils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、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)。S2位4通換向閥N2purifierH2purifierHygrometerGasdosingunitforhydridesourceGasdosingunitforMOsourceMObubblerGassupplyforhydridesourcesGassupplyforrunlinesHydriderunlineHydrideventlineGassupplyforauxiliarygaspipesPurging-reactorsightglassMO1runlineMO1ventlineMOrunbypassMO2runlineMO2ventlineGassupplyforventingGassupplyforMO2sourcesGassupplyforMO1sourcesMOvacuum(forchangingtheMObubblerNH3purifierReactorpurgesSiH4eg:Growthn(-)GaNSi=12Sourceto80Diluteto320Injectto60MOsource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：

3.光色照明：室外景觀照明和室內(nèi)裝飾照明。4.專(zhuān)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(zhuān)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、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GaNMOCVD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30lm～40lm/W，最高可達(dá)47.5lm/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)7mW～8mW，最好為9mW～10mW，芯片成品率為80%，功率LED芯片在350mA下發(fā)射功率為100mW～150mW，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(zhuān)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、GaN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(zhuān)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投資而言顯得“微不足道”，國(guó)內(nèi)企業(yè)容易進(jìn)