MOCVD设备结构及维护

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1、MOCVD设备结构设备结构目录目录一一.MOCVD.MOCVD简介简介二二.反应腔介绍反应腔介绍三三.TS.TS 机台的气体运输系统机台的气体运输系统四四.TS.TS机台运行检查及维护保养机台运行检查及维护保养 MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。Metal-organic Chemical Vapor Deposition 金属有机化合物化学气相沉淀原理原理MOCVD是以族、族元素的有机化合物和V、族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种-V族、-族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOC

2、VD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200,用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方),H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。一一.MOCVD.MOCVD简介简介系统组成系统组成 因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。一般系统组成：加热系统，冷却系统，气体运输系统及尾气处理系统，控制系统。二二.反应腔介绍反应腔介绍由于

3、反应腔对外延生长非常重要，所以目由于反应腔对外延生长非常重要，所以目前市面上主要的反应腔设计为以下四种：前市面上主要的反应腔设计为以下四种：1.1.近耦合喷淋设计（近耦合喷淋设计（AIXTRON TSAIXTRON TS系列）系列）2.2.三层式气体喷嘴设计（三层式气体喷嘴设计（AIXTRON GAIXTRON G系列）系列）3.3.旋转式反应腔（旋转式反应腔（VeecoVeeco）注：注：旋转式反应腔,是一种带有旋转盘的立式反应腔。衬底片放置在高速旋转的盘上并被加热到合适的生长温度，反应物在初始阶段因高速旋转盘的牵引力被竖直向下地泵入,然后偏斜形成一个与衬底片托盘平行的流动区域，可以使反应物

4、获得最佳的反应条件。4.4.双气流反应腔（日亚）双气流反应腔（日亚）因为我们公司主要生产机台为因为我们公司主要生产机台为AIXTRON AIXTRON TSTS机台和机台和G5G5机台，所以针对机台，所以针对TSTS和和G5G5由我和王由我和王明军作一个简单的反应腔介绍。明军作一个简单的反应腔介绍。TS TS 近耦合喷淋反应腔近耦合喷淋反应腔A ThermocoupleA ThermocoupleB Tungsten heaterB Tungsten heaterC Gas inletC Gas inletD ShowerheadD ShowerheadE Reactor lidE React

5、or lidF Optical probeF Optical probeG Showerhead water coolingG Showerhead water coolingH Double O-ring sealH Double O-ring sealI SusceptorI SusceptorJ Water cooled chamberJ Water cooled chamberK Quartz linerK Quartz linerL Susceptor supportL Susceptor supportM ExhaustM Exhaust Upper plenum:Upper pl

6、enum:Feeds the group III elements using metal organicsFeeds the group III elements using metal organics Lower plenum:Lower plenum:Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or AsH3AsH3A Showerhead CapA Showerhead CapB Show

7、erhead BodyB Showerhead BodyC Upper plenumC Upper plenumD Lower plenumD Lower plenumE Water coolingE Water coolingShowerheadShowerheadTungsten heaterTungsten heater Zone A:Center Zone B:Middle Zone C:OutsideTemperature control unitTemperature control unitA Eurotherm controllerA Eurotherm controllerB

8、 Thermocouple in the center of the heater coilsB Thermocouple in the center of the heater coils三三.TS.TS机台气体运输系统机台气体运输系统 气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的时间和前后顺序，从而按设计好的工艺方案生长特定组分和结构的时间和前后顺序，从而按设计好的工艺方案生长特定组分和结构的外延层。气体输运系统

9、包括源供给系统，外延层。气体输运系统包括源供给系统，Run/Vent Run/Vent 主管路，吹扫管主管路，吹扫管路，检漏管路和尾气处理系统。路，检漏管路和尾气处理系统。GasGas symbols diagramsymbols diagramS S2 2位位4 4通换向阀通换向阀N2 purifierN2 purifierH2 purifier H2 purifier HygrometerHygrometerGas dosing unit for Gas dosing unit for hydride sourcehydride sourceGas dosing unit for MO s

10、ourceGas dosing unit for MO sourceMO bubblerMO bubblerGas supply Gas supply for hydride for hydride sourcessourcesGas supply Gas supply for run for run lineslinesHydride run lineHydride run lineHydride vent lineHydride vent lineGas supply Gas supply for auxiliary for auxiliary gas pipesgas pipesPurg

11、ing-Purging-reactor reactor sight glasssight glassMO1 run lineMO1 run lineMO1 vent lineMO1 vent lineMO run bypassMO run bypassMO2 run lineMO2 run lineMO2 vent lineMO2 vent lineGas Gas supply supply for for ventingventingGas supply for Gas supply for MO2 sourcesMO2 sourcesGas Gas supply supply for MO1 for MO1 sourcessourcesMO vacuum(for MO vacuum(for changing the MO changing the MO bubblerbubblerNH3 purifierNH3 purifierReactor purgesReactor purgesHydride sourceHydride sourceSiH4SiH4eg:Growth n(-)GaNSi=12Source to 80Dilute to 320Inject to 60MO sourceMO source