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微电子工程学 第8章 微电子工程前沿课题 ----能带工程与深亚微米技术 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 8.1.2 MOCVD生长过程及参数控制 8.1.3 对于源的讨论 8.2 分子束外延（MBE）技术简介 8.3 超晶格与量子阱材料 8.3.1 半导体超晶格研究的主要内容 8.3.2 半导体超晶格的分类 8.4 超晶格材料制作的器件 8.4.1 光学器件 8.4.2 高速电子器件及其它器件 8.5 深亚微米技术的发展与光计算机 8.5.1 深亚微米技术的发展 8.5.2 光学器件与光计算机 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 金属有机化合物的制备起源于1939年。 1957年美国化学学会（ACS）召开了一次有机金属化合物的学术会议. 用金属有机化合物制备半导体材料始于60年代末。 1968年H.M.Manasevit第一次成功地在Al2O3上生长了GaAs以后，陆续有人研究用这种方法制备半导体膜并用来制造器件。 1975至1980年间，人们对同质外延进行了广泛研究，并用来制造发光器件及其它有希望的器件。在此基础上，分别于1981年、1984年召开了两次国际会议讨论电子材料制备中的金属有机化合物汽相淀积技术，涉及了迄今为止所发现的III－Ⅴ族、Ⅱ－Ⅵ族、Ⅳ－Ⅵ族等化合物半导体材料制备技术。 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 从目前研究的进展来看，对MOCVD技术中存在的问题有了比较明确的认识，归纳起来有以下几点： （1）在同质外延中最大的问题是源材料的纯度； （2）在异质外延中最大的问题是衬底引起的自掺杂； （3）晶体生长的取向及完整性也存在着某些问题。 尽管有这些问题，但由于MOCVD技术的突出优点及所展示出的可能的应用前景，它已经成为令人关注的重要研究课题。 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 MOCVD通常可以写成如下反应： Ⅲ族元素烷基（或烃基）化合物 ＋Ⅴ族元素氢化物 →Ⅲ－Ⅴ族化合物＋气体碳化物 生成的Ⅲ－Ⅴ族化合物可以淀积在半导体衬底材料上，也可以淀积在绝缘氧化物衬底上。 MOCVD的主要优点是：装置相对简单、操作容易，淀积温度低，因而可以降低杂质沾污及减少晶体缺陷；反应过程中无卤素原子，因而避免了由卤素原子引起的腐蚀等严重问题；可以在不同衬底材料上进行同质及异质外延；淀积面积大、质量好，可控杂质浓度可低至1016cm-3，因而可降低成本、提高生产率。 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 表8－1列出了目前常用的半导体薄膜制备方法，并列出了各自的优缺点及应用限制。从表中可以看出，MOCVD和Cl－CVD是化学方法，而LPE和MBE则属于物理方法。 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 图8－1给出了GaAs材料的MOCVD系统示意图。可见MOCVD系统有以下几个主要组成部分： 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 （1）加热装置 通常由射频感应加热，加热用的石墨基座外面包覆SiC，基座下面有支撑杆，以便使基座转动。 （2）反应器 反应器由气炼石英管制作，可以是卧式的，也可以是立式的。图8－2示出几种反应器的设计。 （3）进气系统 由质量流量计控制各种气体流量，因为各种源均用高纯氢气作载气，因此必须配备氢气净化装置（如钯扩散管）。除了原料气体以外，还有掺杂源，以便在生长过程中掺杂。 （4）冷阱及安全装置 由于金属有机物剧毒、易爆，且有较高的蒸汽压，因此应该存放于特制的密闭冷阱中，并有泄漏监视及温度控制传感装置，以保证操作时的安全。 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.1 MOCVD技术的一般特点 第8章 微电子工程前沿课题 8.1 金属有机物化学汽相淀积（MOCVD）技术概况 8.1.2 MOCVD生长过程及参数控制 在MOCVD技术中，影响质量的参数主要有生长温度、气流速度及气流方式，衬底表面处源材料纯度及掺杂控制等。 1. 温度 由三甲基镓和砷