MOCVD

La epitaxia de fase de vapor Metal-orgánica (MOVPE), también conocida como epitaxia de fase de vapor de tipo organometálico (OMVPE) o deposición de vapor químico metal - orgánica (MOCVD), es un método de deposición de vapor químico utilizado para producir películas delgadas simples o policristalinas. Es un proceso extremadamente complejo para el crecimiento de capas cristalinas para crear estructuras complejas de múltiples capas de semiconductores. A diferencia de la epitaxia de haz molecular (MBE), el crecimiento cristalino ocurre por reacción química y no por deposición física. Esto no sucede en el vacío, sino en la fase gaseosa a presiones moderadas (de 10 A 760 Torr). Como tal, esta técnica es preferida para la formación de dispositivos que incorporan aleaciones termodinámicamente metaestables, y se ha convertido en un proceso importante en la producción de optoelectrónica. Fue inventado en 1968 en el North Science Aviation Center (Más tarde Rockwell International) por Harold M. Manasevit.

En MOCVD los gases ultrapuros se inyectan en un reactor y se dosifican finamente para depositar una capa muy delgada de átomos en una oblea semiconductora. La reacción superficial de compuestos orgánicos o metalorgánicos e hidruros que contienen los elementos químicos necesarios crea las condiciones para el crecimiento cristalino: epitaxia de materiales y semiconductores compuestos. A diferencia de los semiconductores de silicio tradicionales, estos semiconductores pueden contener combinaciones de Grupo III y Grupo V, Grupo II y Grupo VI, Grupo IV o Grupo IV, elementos V y VI. Por ejemplo, el fosfuro de indio podría cultivarse en un reactor sobre un sustrato calentado introduciendo trimetilindio ((CH 3) 3 In) y fosfina (PH 3) en un primer paso. Las moléculas orgánicas precursoras calentadas se descomponen en ausencia de oxígeno (pirólisis). La segunda pirólisis deja los átomos en la superficie del sustrato. Los átomos se unen a la superficie del sustrato, y en el último paso se cultiva una nueva capa cristalina. La formación de esta capa epitaxial se produce en la superficie del sustrato. La temperatura de pirólisis requerida aumenta con el aumento del precursor. Cuantos más átomos de carbono estén unidos al átomo metálico central, más débil será el enlace. La difusión de los átomos en la superficie del sustrato está influenciada por los pasos atómicos en la superficie. La presión de vapor de la fuente de metal orgánico es una consideración importante en MOCVD, ya que determina la concentración del material fuente en la reacción y la velocidad de deposición.

En la técnica de deposición química en fase metálica orgánica (MOCVD), los gases reactivos se combinan a altas temperaturas en el reactor para causar una interacción química, lo que resulta en la deposición de materiales en el sustrato. Un reactor es una cámara hecha de un material que no reacciona con los productos químicos utilizados. También debe soportar altas temperaturas. Esta cámara consta de paredes del reactor, Revestimiento, un captador, unidad de inyección de gas y unidad de control de temperatura. Por lo general, las paredes del reactor están hechas de acero inoxidable o cuarzo. El vidrio cerámico o especial, como el cuarzo, se usa a menudo como revestimiento en la cámara del reactor entre la pared del reactor y el captador. Para evitar el sobrecalentamiento, el agua de refrigeración debe fluir a través de los canales dentro de las paredes del reactor. Un sustrato se encuentra en un captador con temperatura controlada. El susceptor está hecho de un material resistente a los compuestos metalorgánicos utilizados; a veces se usa grafito. Para el crecimiento de nitruros y materiales relacionados, se requiere un recubrimiento especial, típicamente nitruro de silicio, en el susceptor de grafito para evitar la corrosión por amoníaco (NH 3). Un tipo de reactor utilizado para hacer funcionar el MOCVD es un reactor de pared fría. En un reactor de pared fría, el sustrato está soportado por un pedestal, que también actúa como un subsector. El pedestal / suscriptor es la fuente primaria de energía térmica en la cámara de reacción. Solo se calienta el captador, por lo que los gases no reaccionan antes de llegar a la superficie de la oblea caliente. El pedestal / sustentador está hecho de material que absorbe la radiación, como el carbono. En contraste, las paredes de la cámara de reacción en un reactor de pared fría están típicamente hechas de cuarzo Que es en gran parte transparente a la radiación electromagnética. Las paredes de la cámara de reacción en un reactor de pared fría, sin embargo, pueden ser calentadas indirectamente por irradiación de calor desde el pedestal / captador caliente, pero permanecerán más frías que el pedestal / captador y el sustrato soportado por el pedestal / captador. En el CVD de paredes calientes, toda la cámara se calienta. Esto puede ser necesario para que algunos gases se agrieten antes de llegar a la superficie de la oblea para permitir que se adhieran a la oblea. El gas se introduce a través de dispositivos conocidos como "bubblers" . En un burbujeador, un gas de transporte (generalmente hidrógeno en el crecimiento de arseniuro y fosfuro o nitrógeno para el crecimiento de nitruro) se burbujea a través del compuesto metalorgánico líquido, que recoge algo de vapor organometálico y lo transporta al reactor. La cantidad de vapor metallorgánico transportado depende de la velocidad del flujo de gas de transporte y la temperatura del burbujeador; la temperatura generalmente se controla automáticamente y con mucha precisión utilizando un sistema de control de concentración de gas de retroalimentación ultrasónica. Es necesario tomar en cuenta el vapor saturado. Gas de escape y sistema de limpieza. Los desechos tóxicos deben convertirse en desechos líquidos o sólidos para ser reciclados (preferiblemente) o eliminados. Idealmente, los procesos se diseñarán para minimizar la producción de desechos.

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