有機金屬化學氣相沉積法

有機金屬化學氣相沉積法（MOVPE），也稱為有機金屬氣相外延（OMVPE）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD），是一種化學氣相沉積方法，用于生產單晶或多晶薄膜。 這是一種生長結晶層以創建復雜的半導體多層結構的工藝。 與分子束外延 (MBE) 相比，晶體的生長是通過化學反應而不是物理沉積。 這不是在真空中發生的，而是在中等壓力（10 至 760 托）下的氣相中發生的。 因此，該技術是制造包含熱力學亞穩態合金的器件的首選技術，并且它已成為制造光電子產品（例如發光二極管）的主要工藝。

在 MOCVD 中，將超純前體氣體注入反應器，通常使用非反應性載氣。 對于 III-V 族半導體，金屬有機物可用作第 III 族前體，氫化物可用作第 V 族前體。 例如，磷化銦可以與三甲基銦 ((CH3)3In) 和磷化氫 (PH3) 前體一起生長。

當前體接近半導體晶圓時，它們會發生熱解，亞種會吸收到半導體晶圓表面。 前體亞種的表面反應導致元素結合到半導體晶格的新外延層中。 在 MOCVD 反應器通常運行的質量傳輸限制生長機制中，生長是由氣相中化學物質的過飽和驅動的。 MOCVD 可以生長含有 III 族和 V 族、II 族和 VI 族、IV 族組合的薄膜。

所需的熱解溫度隨著前體化學鍵強度的增加而增加。 與中心金屬原子相連的碳原子越多，鍵越弱。 原子在襯底表面的擴散受表面原子臺階的影響。

III 族金屬有機源的蒸氣壓是 MOCVD 生長的重要控制參數，因為它決定了傳質限制區域的生長速率。

在金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 技術中，反應氣體在升高的溫度下在反應器中結合以引起化學相互作用，從而導致材料沉積在基板上。

反應器是由不與所用化學品發生反應的材料制成的腔室。 它還必須承受高溫。 該腔室由反應器壁、襯里、基座、氣體注入單元和溫度控制單元組成。 通常，反應器壁由不銹鋼或石英制成。 陶瓷或特殊玻璃，例如石英，通常用作反應器壁和基座之間的反應器室中的襯里。 為防止過熱，冷卻水必須流過反應器壁內的通道。 襯底位于處于受控溫度下的基座上。 基座由耐高溫和耐金屬有機化合物的材料制成，通常由石墨加工而成。 為了生長氮化物和相關材料，需要在石墨基座上涂上一層特殊的涂層，通常是氮化硅或碳化鉭，以防止被氨氣 (NH3) 腐蝕。

一種用于進行 MOCVD 的反應器是冷壁反應器。 在冷壁反應器中，基板由基座支撐，基座也充當基座。 基座/基座是反應室中熱能的主要來源。 只有基座被加熱，因此氣體在到達熱晶圓表面之前不會發生反應。 基座/接受器由諸如碳的輻射吸收材料制成。 相比之下，冷壁反應器中反應室的壁通常由石英制成，石英對電磁輻射基本上是透明的。

然而，冷壁反應器中的反應室壁可通過從熱的基座/基座輻射的熱量間接加熱，但將保持比基座/基座和基座/基座支撐的襯底更冷。

在熱壁 CVD 中，整個腔室都被加熱。 這對于某些氣體在到達晶圓表面之前進行預裂解以允許它們粘附在晶圓上可能是必要的。

氣體通過稱為“起泡器”的裝置引入。 在起泡器中，載氣（通常是砷化物和磷化物生長中的氫氣或氮化物生長中的氮氣）鼓泡通過金屬有機液體，它吸收一些金屬有機蒸氣并將其輸送到反應器。 輸送的金屬有機蒸氣量取決于載氣流速和起泡器溫度，通常由 u 自動和最準確地控制。