第七章-三五族化合物半導體

外延生長外延是在單晶上生長一層同質或異質的薄膜層。1精選課件ppt薄膜制備技術

1．物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，PVD）2．化學氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，CVD）3．氧化法（高壓氧化法）4．電鍍法5．涂敷、沉淀法2精選課件ppt

經過數十年的發(fā)展，CVD已經成為半導體生產過程中最重要的薄膜沉積方法。PVD的應用大都局限在金屬膜的沉積上；而CVD幾乎所有的半導體元件所需要的薄膜，不論是導體，半導體，或者介電材料，都可以沉積。在目前的VLSI及ULSI生產過程中，除了某些材料還在用濺鍍法之外，如鋁硅銅合金及鈦等，所有其他的薄膜均用CVD法來沉積。3精選課件ppt物理氣相淀積(PVD)蒸發(fā)：在真空系統(tǒng)中，金屬原子獲得足夠的能量后便可以脫離金屬表面的束縛成為蒸汽原子，淀積在晶片上。按照能量來源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種濺射：真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在高壓電場作用下，氣體放電形成的離子被強電場加速，轟擊靶材料，使靶原子逸出并被濺射到晶片上4精選課件ppt化學氣相沉積（CVD）也稱為氣相外延（Vapor－phaseepitaxy，VPE），是通過氣體化合物間的化學作用而形成外延層的工藝，CVD工藝包括常壓化學汽相淀積(APCVD)(AtmosphericpressureCVD)低壓化學汽相淀積(LPCVD)等離子增強化學汽相淀積(PECVD)(PlasmaEnhancedCVD)金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）激光化學氣相沉積等化學氣相沉積（CVD）5精選課件pptCVD法的基本原理和過程化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質在一固體材料表面上進行化學反應，生成固態(tài)沉積物的過程。CVD在本質上是一種材料的合成過程，其主要步驟有：（1）反應劑被攜帶氣體進入反應器后，在基體材料表面附近形成邊界后，然后在主氣流中的反應劑越過邊界擴散型材料表面。（2）反應劑被吸附在基體材料表面，并進行化學反應。（3）化學反應生成的固態(tài)物質，即所需要的沉積物，在基體材料表面成核，生長成薄膜。（4）反應后的氣相產物離開基體材料表面，擴散回邊界層，并隨輸運氣體排出反應室。6精選課件pptCVD工藝特點：（1）CVD成膜溫度遠低于體材料的熔點。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺陷生成;設備簡單，重復性好；（2）薄膜的成分精確可控；（3）淀積速率一般高于PVD（如蒸發(fā)、濺射等）（4）淀積膜結構完整、致密，與襯底粘附性好。

（5）極佳的覆蓋能力7精選課件ppt8精選課件pptMOCVD它是利用金屬有機物為原料，在單晶襯底上外延生長各種器件結構材料，如太陽能電池，半導體激光器，發(fā)光管，各種微電子器件，探測器等材料它能生長高質量的具有原子層或近于原子層的突變界面，是分子束外延的竟爭者。9精選課件ppt金屬有機化學汽相淀積（MOCVD）是在汽相外延生長（VPE）的基礎上發(fā)展起來的一種新型汽相外延生長技術。它采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和Ⅴ族元素的氫化物等作為晶體生長原料，以熱分解反應方式在襯底上進行汽相外延，生長各種Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄膜層單晶材料。MOCVD是在常壓或低壓（≈10kPa）下于通H2的冷壁石英反應器中進行，襯底溫度為600-800℃，用射頻加熱石墨支架，H2氣通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機物到生長區(qū)。一般的MOCVD設備都由源供給系統(tǒng)、氣體輸運和流量控制系統(tǒng)、反應室及溫度控制系統(tǒng)、尾氣處理和安全防護及毒氣報警系統(tǒng)構成。

10精選課件ppt與常規(guī)的氯化物輸運外延（VPE）相比，MOCVD具有下列一系列優(yōu)點：

（1）、適用范圍廣泛，幾乎可以生長所有化合物及合金半導體；

（2）、非常適合于生長各種異質結構材料；

（3）、可以生長超薄外延層，并能獲得很陡的界面過渡；

（4）、生長易于控制；

（5）、可以生長純度很高的材料；

（6）、外延層大面積均勻性良好；

（7）、可以進行大規(guī)模生產。

MOCVD與另一種新型外延技術--分子束外延（MBE）相比，不僅具有MBE所能進行的超薄層、陡界面外延生長的能力，而且還具有設備簡單、操作方便、便于大規(guī)模生產等特點，因而比MBE具有更大的實用價值。

11精選課件ppt砷化鎵氣相外延砷化鎵氣相外延又可分為氯化物法、砷烷—鎵源法、金屬有機化合物(MOCVD)法和改進了的MOCVD法－光激勵外延法等。MOCVD工藝主要通過金屬有機化合物在熱分解瞬間實現與有關元素的化合、結晶并形成薄膜。改進的MOCVD法－光激勵外延法，利用水銀燈進行照射，使金屬有機化合物發(fā)生光激勵反應。已被用來制作異質結及超晶格等新型元件。12精選課件ppt液相外延法是由過冷合金液相(或過飽和合金液相)，在晶片表面析出，使之形成外延層。液相外延生長法應用較早，現已逐漸被其他新方法（如MOCVD法及MBE法）所取代。

液相外延法（LPE－LiquidPhaseEpitaxy）13精選課件ppt優(yōu)點生長設備比較簡單；生長速率快；外延材料純度比較高；摻雜劑選擇范圍較廣泛；外延層的位錯密度通常比它賴以生長的襯底要低；成分和厚度都可以比較精確的控制，重復性好；操作安全。缺點當外延層與襯底的晶格失配大于1%時生長困難；由于生長速率較快，難得到納米厚度的外延材料；外延層的表面形貌一般不如氣相外延的好。14精選課件ppt

在超真空（10-6~10-9Pa）容器內蒸發(fā)金屬，獲得金屬分子束，并使之碰撞在基片上進行外延生長。優(yōu)點：生長真空度高、溫度低和生長速度小。不足之處：成本昂貴且不適用于同時多個襯底生長。用途：（1）制備超晶格結構；（2）生長具有多層結構的薄膜外延層---各種異質結。特點:(a)它是個超高真空的物理淀積過程，不考慮化學反應和質量傳輸，膜的組份和雜質濃度因源而調整；(b)它的溫度最低，有效控制自摻雜和襯底熱分解

(c)測試設備先進，生長速度嚴格控制，低達每分鐘幾十納米。分子束外延法(MBE－MolecularBeamEpitaxy)15精選課件ppt化學束外延CBE用氣態(tài)源代替固態(tài)源進行MBE生長，即所謂的氣態(tài)源MBE，稱為化學束外延生長（ChemicalBeamEpitaxy，CBE）16精選課件ppt作業(yè)七寫出下列縮寫的中文全稱

CVD，PVD，VP