Film hazırlama (MOCVD, magnetron püskürtme, PECVD) teknolojisini anlamak

Film hazırlama (MOCVD, magnetron püskürtme, PECVD) teknolojisini anlamak

Bu makalede ince filmlerin üretimi için birkaç yöntem tanıtılacak.sonra epitaksi (film) işlemi.

Çip üretiminde ince film teknolojisi neden gereklidir?

Örneğin, günlük yaşamda birçok insan krep yemeyi sever. Eğer kare şeklinde bir krep baharatlı ve pişirilmemişse, tadı ve dokusu olmaz.Bazı insanlar tuzlu tadı tercih eder.Bazıları tatlı tadı tercih eder, bu yüzden yüzeyin üzerine bir kat malç şekeri fırçalar.

Sos fırçaladıktan sonra, krep yüzeyindeki tuzlu veya tatlı sos katmanı bir film gibi olur.ve krep kendisinin temeli olarak adlandırılır.

Elbette, çip işleme sırasında, filmler için birçok işlev türü vardır ve film hazırlama yöntemleri de değişir.Film hazırlama yöntemlerinden birkaçını kısaca tanıtacağız., MOCVD, magnetron püskürtürme, PECVD vb. dahil olmak üzere....

Ben.Metal Organik Kimyasal Buhar Depozisyonu (MOCVD)

MOCVD epitaksiyel büyüme sistemi, yüksek kaliteli yarı iletken filmlerin ve nanostructures'in hazırlanmasında önemli bir rol oynayan son derece karmaşık ve sofistike bir cihazdır.

MOCVD sistemi, her biri farklı ancak birbirleriyle bağlantılı işlevleri yerine getiren ve birlikte malzeme büyüme sürecinin verimliliğini ve güvenliğini sağlayan beş temel bileşenden oluşur.

1.1 Gaz taşıma sistemi:Bu alt sistemin ana sorumluluğu, reaksiyon odasına çeşitli reaktanların ulaşımını, reaktanların ölçümü de dahil olmak üzere, hassas bir şekilde kontrol etmektir.Teslimatlarının zamanlaması ve sırası, ve toplam gaz akış hızının düzenlenmesi.

Reaktanları taşımak için gaz tedarik alt sistemi, metal organik (MO) kaynakları sağlamak için tedarik alt sistemi de dahil olmak üzere birkaç alt sistemden oluşur.Hidritlerin tedarik alt sistemiAşağıdaki resimde gösterildiği gibi, MOCVD büyüme sisteminin gaz yolu şemasıdır.

AIXTRON CCS 3 x 2" Araştırma derecesi nitrit MOCVD sistemi

MOCVD sisteminin gaz yolunun şematik şeması

1.2 Reaksiyon odası sistemi:Bu, MOCVD sisteminin temel bileşenidir ve gerçek malzeme büyüme sürecinden sorumludur.

Bu bölüm, substratı desteklemek için bir grafit tabanı, substratı ısıtmak için bir ısıtıcı, büyüme ortamının sıcaklığını izlemek için bir sıcaklık sensörü içerir.optik algılama penceresi, ve altyapıyı taşımak için otomatik bir yükleme ve boşaltma robotu.Aşağıdaki resimde, MOCVD reaktör odasının ısıtma durum şeması gösterilmiştir..

MOCVD'nin oda içi büyüme ilkesinin şematik şeması

1.3 Büyüme Kontrol Sistemi:Programlanabilir bir denetleyici ve bir kontrol bilgisayarından oluşan, tüm MOCVD büyüme sürecinin kesin kontrolünden ve izlenmesinden sorumludur.

Denetleyici, çeşitli sinyallerin toplanmasından, işlenmesinden ve çıkarılmasından sorumludur, kontrol bilgisayarı ise malzeme büyümesinin her aşamasını kaydetmekten ve izlemekten sorumludur.Sürecin istikrarını ve tekrarlanabilirliğini sağlamak.

1.4 In-situ izleme sistemi:Yansıtıcılık düzeltilmiş kızılötesi radyasyon termometrelerinden, yansıtıcılık izleme ekipmanlarından ve warpage izleme cihazlarından oluşur.

Bu sistem, malzeme büyüme sürecinde film kalınlığı ve tekdüzeliği gibi temel parametreleri gerçek zamanlı olarak izleyebilir.Büyüme sürecinin anında ayarlanmasını ve optimize edilmesini sağlar.

1.5 Egzoz gazı arıtma sistemi:Reaksiyon sürecinde üretilen toksik parçacıkları ve gazları ele alma sorumluluğu.

Kraklama veya kimyasal kataliz gibi yöntemlerle, bu zararlı maddeler etkili bir şekilde parçalanabilir ve emilebilir.çalışma ortamının güvenliğini ve çevre koruma standartlarına uygunluğunu sağlamak.

Ayrıca, MOCVD ekipmanları genellikle gelişmiş güvenlik alarm sistemleri, etkili havalandırma cihazları ve sıkı sıcaklık ve nem kontrol sistemleriyle donatılmış son derece temiz odalara monte edilir.Bu yardımcı tesisler ve güvenlik önlemleri sadece operatörlerin güvenliğini sağlamakla kalmaz., aynı zamanda büyüme sürecinin istikrarını ve nihai ürünlerin kalitesini artırır.

MOCVD sisteminin tasarımı ve işleyişi, yarı iletken malzemelerinin üretimi alanında gerekli olan yüksek doğruluk, tekrarlanabilirlik ve güvenlik standartlarını yansıtır.Yüksek performanslı elektronik ve optoelektronik cihazların üretimi için kilit teknolojilerden biridir..

Aygıt odasındaki dikey tip yakın bağlantılı püskürtme başlığı (Closed-Coupled-Showerhead, CCS) MOCVD sistemi, epitaksyal filmlerin büyümesi için kullanılır.

Bu sistem benzersiz bir püskürtme başı yapısı ile tasarlanmıştır.Bu gazlar, püskürtme başındaki birbirine karışan püskürtme deliklerinden reaksiyon odasına enjekte edilir., tam olarak karıştırıldıklarında ve böylece reaksiyonun tekdüzeliğini ve verimliliğini arttırırlar.

püskürtme başı yapısı tasarımı, reaksiyon gazının altındaki substrat üzerine eşit şekilde dağıtılmasını sağlar.Reaksiyon gazı konsantrasyonunun substrat üzerindeki tüm pozisyonlarda tutarlılığını sağlamakBu, tekdüze kalınlıkta bir epitaksyal film oluşturmak için çok önemlidir.

Ayrıca, grafit diskinin döndürülmesi, kimyasal reaksiyon sınır katmanının eşitliğini daha da artırır ve epitaksiyel filmin daha eşit bir büyümesini sağlar.,İnce kimyasal reaksiyonun sınır katmanını azaltarak, yerel konsantrasyon farklılıklarını en aza indirmeye yardımcı olur ve böylece film büyümesinin genel tekdüzeliğini artırır.

(a) Gerçek püskürtme başlığı ve kısmen büyütülmüş fotoğrafı, (b) püskürtme başlığının iç yapısı

II.Magnetron Sputtering

Magnetron püskürtme, genellikle ince film çöküntüsü ve yüzey kaplama için kullanılan fiziksel buhar çöküntü tekniğidir.

Hedef malzemenin atomlarını veya moleküllerini hedef malzemenin yüzeyinden serbest bırakmak için manyetik bir alan kullanır ve daha sonra substrat malzemenin yüzeyinde bir film oluşturur.

Bu teknoloji, yarı iletken cihazların, optik kaplamaların, seramik kaplamaların ve diğer alanların üretiminde yaygın olarak uygulanmaktadır.

Magnetron püskürtme ilkesinin şematik şeması

Magnetron püskürtme prensibi şöyle:

1Hedef malzeme seçimi:Hedef malzeme, substrat malzemesine yatırılacak malzemedir.Hedef malzeme genellikle hedef tabancası olarak adlandırılan bir cihaza sabitlenir..

2Vakum ortamı:Gaz molekülleri ile hedef malzeme arasındaki etkileşimi önlemek için püskürtme işlemi yüksek vakum ortamında yapılmalıdır.Bu, depolanan filmin saflığını ve tekilliğini sağlamak için yardımcı olur..

3İyonlu gaz:Sputtering işlemi sırasında, genellikle bir plazma haline iyonize etmek için inert bir gaz (argon gibi) girilir.Bu "elektron bulutu plazma" olarak adlandırılır..

4Manyetik alan uygulaması:Hedef malzeme ile alt katman malzemesi arasında manyetik alan uygulanır. Bu manyetik alan elektron bulutu plazmalarını hedef malzemenin yüzeyine kısıtlar.böylece yüksek enerji durumunu korur.

5Çöplükleme süreci:Yüksek enerjili bir elektron bulutu plazma uygulayarak, hedef malzemenin atomlarına veya moleküllerine vurulur ve böylece serbest bırakılır.Serbest bırakılan bu atomlar veya moleküller, substrat malzemesinin yüzeyinde buhar şeklinde depolanır., bir film oluşturuyor.

Magnetron püskürtmesinin avantajları şunlardır:

1- Depozit filminin tekilliği:Manyetik alan, iyonların iletilmesini kontrol etmeye yardımcı olabilir ve böylece tek tip bir film çöküşü elde edilebilir.Filmin kalınlığının ve özelliklerinin tüm substrat yüzeyinde tutarlı kalmasını sağlamak.

2Karmaşık alaşımların ve bileşiklerin hazırlanması:Magnetron püskürtmesi, diğer çökme teknikleriyle elde edilmesi daha zor olabilecek karmaşık alaşım ve bileşik filmler üretmek için kullanılabilir.

3Kontrol edilebilir ve değiştirilebilir:Hedef malzemenin bileşimi, gaz basıncı ve çökme hızı gibi parametreleri ayarlayarak, kalınlığı, bileşimi ve mikrostruktur da dahil olmak üzere filmin özellikleri,Kesinlikle kontrol edilebilir..

4Yüksek kaliteli filmler:Magnetron püskürtmesi, tipik olarak mükemmel yapışkanlık ve mekanik özelliklere sahip yüksek kaliteli, yoğun ve tek tip filmler üretebilir.

5Çok fonksiyonel:Metaller, oksitler, nitritler vb. dahil olmak üzere çeşitli malzeme türlerine uygulanabilir. Bu nedenle, farklı alanlarda geniş uygulamalara sahiptir.

6. Düşük sıcaklıkta çökme:Diğer tekniklerle karşılaştırıldığında, magnetron püskürtmesi düşük sıcaklıklarda veya hatta oda sıcaklığında da yapılabilir.Substrat malzemesinin sıcaklığa duyarlı olduğu uygulamalar için uygun hale getirir.

Genel olarak, manyetron püskürtmesi, elektronik cihazlardan optik kaplamalara kadar çok çeşitli uygulama alanlarına uygulanabilen, çok kontrol edilebilir ve esnek ince film imalat teknolojisidir.vb..

III. Plazma Geliştirilmiş Kimyasal Buhar Depozisyonu

Plazma Geliştirilmiş Kimyasal Buhar Depozasyonu (PECVD) teknolojisi çeşitli filmlerin hazırlanmasında (silikon, silikon nitrit ve silikon dioksit gibi) yaygın olarak kullanılır.

PECVD sisteminin yapısal diyagramı aşağıdaki resimde gösterilmiştir.

Plazma ile güçlendirilmiş kimyasal buhar çökme sistemi yapısının şematik şeması

Temel ilke şöyledir: Filmin bileşenlerini içeren gazlı maddeler, depolama odasına sokulur.Gazlı maddeler, plazma üretmek için kimyasal reaksiyonlara maruz kalırlar.Bu plazma substratın üzerine çöktüğünde, bir film malzemesi yetiştirilir.

Parlama boşaltmasını başlatma yöntemleri şunları içerir: radyo frekans uyarısı, sabit akım yüksek voltaj uyarısı, nabız uyarısı ve mikrodalga uyarısı.

PECVD tarafından hazırlanan filmlerin kalınlığı ve bileşimi mükemmel bir tekdüzelik göstermektedir.Bu yöntemle çökmüş filmler güçlü yapışkanlığa sahiptir ve nispeten düşük çökme sıcaklıklarında yüksek çökme oranlarına ulaşabilir..

Genel olarak, ince filmlerin büyümesi esas olarak aşağıdaki üç süreci içerir:

İlk adım, elektromanyetik alanın uyarılması altında reaktif gazın, plazma üretmek için bir parlama boşaltmasına maruz kalmasıdır.

Bu süreç sırasında, elektronlar reaktif gazla çarpışarak, reaktif gazın parçalanmasına ve iyonların ve reaktif grupların üretilmesine yol açan birincil bir reaksiyon başlatır.

İkinci adım, birincil reaksiyondan üretilen çeşitli ürünlerin substratın yanına doğru hareket etmesidir.Çeşitli aktif gruplar ve iyonlar ikincil ürünler oluşturmak için ikincil reaksiyonlara maruz kalırken.

Üçüncü adım, çeşitli birincil ve ikincil ürünlerin substrat yüzeyinde emilişini ve daha sonra yüzeyle reaksiyonlarını içerir.Gazlı moleküler maddelerin salınımı var..

IV. İnce film karakterize etme teknikleri

4.1 X-ışını difraksiyonu (XRD)

XRD (X-ışını difraksiyonu), kristal yapıları analiz etmek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir.

Bu, ızgara parametreleri gibi bilgileri ortaya çıkarır.malzemenin kristal yapısı ve kristal yönelimi, malzemenin içindeki kristal yapıda X-ışınlarının difraksiyon kalıplarını ölçerek.

XRD, malzeme bilimi, katı durum fiziği, kimya ve jeoloji gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılır.

XRD test prensibinin şematik şeması

XRD'nin temel prensibi Bragg yasasına dayanıyor yani bir kristal numunesine düşen ışın ışığı yayıldığında,Eğer kristaldeki atomik veya iyonik ızgara belirli bir düzen içindeyseDifraksiyon açısı ve yoğunluğu kristalin yapısı hakkında bilgi sağlayabilir.

Bruker D8 keşfet X-ışını difraktometre

Enstrüman bileşimi: Tipik bir XRD enstrümanı aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

1. X-ışını kaynağı: X-ışınları üretmek için genellikle volfram veya bakır hedefleri kullanan X-ışınları yayan bir cihaz.

2. Örnek platformu: Örneklerin açısını ayarlamak için döndürülebilen örnek yerleştirme platformu.

3. X-ışını dedektörü: Işığın kırılma yoğunluğunu ve açısını ölçmek için kullanılır.

4Kontrol ve Analiz Sistemi: Bu, X-ışını kaynağını kontrol etmek, veri toplamak, analiz etmek ve yorumlamak için yazılım sistemini içerir.

Uygulama alanları: XRD'nin birçok alanda önemli uygulamalar vardır:

1Kristallografik araştırma: Kristallerin kristal yapısını analiz etmek, ızgara parametrelerini ve kristal yönelimini belirlemek için kullanılır.

2Malzeme Karakterizasyonu: Kristal yapısı, faz bileşimi ve malzemenin kristal kusurları gibi bilgileri analiz etmek.

3Kimyasal Analiz: Organik ve organik bileşiklerin kristal yapılarını tanımlamak ve moleküller arasındaki etkileşimleri incelemek.

4Film analizi: Bu, filmin kristal yapısını, kalınlığını ve ızgara eşleşmesini incelemek için kullanılır.

5Mineralji ve Jeoloji: Minerallerin türlerini ve içeriğini belirlemek ve jeolojik örneklerin bileşimini incelemek için kullanılır.

6İlaç Araştırması: Bir ilacın kristal yapısını analiz etmek, özelliklerini ve etkileşimlerini anlamakta yardımcı olur.

Genel olarak, XRD, bilim insanları ve mühendislerin kristal yapısı ve malzemelerin özellikleri hakkında derin bir anlayış kazanmalarını sağlayan güçlü bir analitik tekniğidir.Böylece malzeme bilimi ve ilgili alanlarda araştırma ve uygulamaları teşvik etmek.

XRD difraktometresi fotoğrafı

4.2 Tarama Elektron Mikroskopu (SEM)

Tarama elektron mikroskobu (SEM), yaygın olarak kullanılan bir mikroskop türüdür. Örneği aydınlatmak için ışık ışını yerine bir elektron ışını kullanır.yüzeyin ve morfolojinin yüksek çözünürlükte gözlemlenmesini sağlayan.

SEM, malzeme bilimi, biyoloji ve jeoloji gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

SEM'in temel çalışma prensibi şöyledir:

SEM, bir elektron ışını üretmek için bir elektron tabancası kullanır.Elektron ışını bir kolimasyon sisteminden geçer.Elektron ışınını odaklamak ve hizalandırmak için bir dizi elektron merceğinden oluşan, ışının istikrarını ve odaklanmasını sağlayan.Elektron ışını numunenin yüzeyini tarar..

Elektron ışınının konumu kesin bir şekilde kontrol edilebilir, böylece numune üzerinde tarama pikselleri üretilir.

Örnek, SEM'in örnekleme aşamasına yerleştirilir. Örnek iletken olmalıdır çünkü SEM'de, elektron ışınının ikincil elektronlar üretmek için örnekleme yüzeyiyle etkileşime girmesi gerekir.vb.Yüksek enerjili elektron ışınları numune yüzeyine çarptığında, numune içindeki atomlar ve moleküllerle etkileşime girerler.Çeşitli sinyalleri üretenSEM algılama, esas olarak ikincil elektronlar (SE) ve geri dağılan elektronlar (BSE) dahil olmak üzere örnek yüzeyinden üretilen çeşitli sinyalleri analiz eder.

Bu sinyaller numunenin yüzey morfolojisi, yapısı ve bileşimi hakkında bilgi sağlar.SEM örnek yüzeyinin piksel bilgisini alabilirBu bilgi, bir bilgisayar tarafından işlenir ve görüntülenir ve örnek yüzeyinin yüksek çözünürlüklü görüntülerini oluşturur.

SEM fiziksel görüntüsü

4.3 Atomik Kuvvet Mikroskopu (AFM)

Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), esas olarak numunelerin atomik ve nanomikal özelliklerini gözlemlemek için kullanılan yüksek çözünürlüklü bir mikroskopik tekniğidir.Çalışma prensibi, prob ile örnek yüzeyi arasındaki etkileşime dayanır.Sonda pozisyon değişimlerini ölçerek, örnek yüzeyinin topografisi ve topolojik bilgilerini alabilir.

AFM'de, genellikle silikon veya nano ölçekli bir ucu olan diğer malzemelerden yapılmış çok ince bir sonda kullanılır.probun ucunun örnek yüzeyine yakın olmasıSonda numune yüzeyine yakın olduğunda, elektrostatik kuvvetler, van der Waals kuvvetleri,ve kimyasal bağ etkileşimleri, vb. Kantilever veya piezoelektrik aygıtın hareketi, sonda ucu ile numune yüzeyi arasında belirli bir kuvvetin korunması için kontrol edilir.

AFM, sondayla numune arasında sabit bir kuvvet sağlamak için bir geri bildirim sistemi kullanır.Geri bildirim sistemi, kuvveti sabit tutmak için kantilever pozisyonunu otomatik olarak ayarlar.Sonda ve örnek birbirine göre hareket eder, genellikle iki boyutlu bir ızgara üzerinde, bir tarama oluşturur.Örnek yüzeyinin eşitsizliği, sonda ucunun konumunun değişmesine neden olur.Sonda pozisyon değişimini ölçerek, örnek yüzeyinin topolojik bilgileri elde edilebilir.Toplanan veriler, örnek yüzeyinin yüksek çözünürlüklü bir topolojik görüntüsünü oluşturmak için işlenir..

AFM'nin birçok alanda geniş uygulamaları vardır. Malzeme bilimi, biyoloji ve nanoteknoloji gibi alanlarda kullanılır.Araştırmacıların yüzey morfolojisini ve malzemelerin yapısını daha iyi anlamalarına yardımcı olmak, ve hatta nano ölçekli yapıların manipüle edilmesini mümkün kılıyor.

AFM'nin avantajları arasında yüksek çözünürlük, yıkıcı olmayanlık ve çoklu çalışma modları bulunur ve bu da onu nanoskalada gözlem ve araştırma yapmak için güçlü bir araç haline getirir.

AFM fiziksel görüntüsü

Atomik kuvvet mikroskopunun ölçüm prensibinin ve çalışma modunun şematik şeması

Sonuçlar

ZMSH, MOCVD, Magnetron Sputtering ve PECVD de dahil olmak üzere gelişmiş ince film çökme teknolojilerinde uzmanlaşmış, yarı iletken, optoelektronik,ve işlevsel kaplama uygulamaları. Hizmetlerimiz, özelleştirilmiş sistem tasarımını, parametre optimizasyonunu ve yüksek saflıklı film büyümesini, R&D ve endüstriyel üretim ihtiyaçlarını karşılamak için hassas deposlama ekipmanlarının satışlarını kapsar.

İşte ZMSH tarafından önerilen SiC ürünleri:

* Lütfen herhangi bir telif hakkı sorunu için bizimle iletişime geçin, ve biz derhal bunları ele alacağız.