Leer in één artikel over dunne filmbereidatietechnologie

LerenAboutThinFilmPherstelTechnologie inONEArticle

Dunne film epitaxiale groei is een belangrijke materiaalbereidingsmethode die op grote schaal wordt gebruikt in halfgeleiderapparaten, opto -elektronica en nanotechnologie.

Dit proces omvat de afzetting van atomen of moleculen van de materiaallaag door laag op het oppervlak van het substraat om een ​​film te vormen met specifieke eigenschappen en structuur, dus het groeiproces beïnvloedt direct de structuur van de film en de uiteindelijke eigenschappen.

In vergelijking met bulkmaterialen hebben dunne films de kenmerken van eenvoudige bereiding, gemakkelijke aanpassing en lage kosten. Tegelijkertijd zijn dunne - film - gebaseerde apparaten kleiner in massa en grootte en zijn gemakkelijker te integreren met Si - gebaseerde CMO's en micro - electro - Mechanical System (Mems) Technologies om hoge integratie te bereiken.

Momenteel omvat de technologie voor het bereiden van dunne films voornamelijk sputterende afzetting, vacuümverdamping, moleculaire bundelpitaxie (MBE), chemische baddepositie (CBD) en andere methoden.

0020-33806 bovenste kamer dps + poly

Vacuümverdampingsmethode

Vacuümverdamping is een methode voor het verwarmen van grondstoffen (ook bekend als doelen) in de verdampercontainer in een vacuümkamer, het sublimeren van hun atomen of moleculen om een ​​dampstroom te vormen, waardoor ze naar het oppervlak van een vast substraat met een lagere temperatuur worden getransporteerd en vervolgens - condenseren en afwijzen in een dunne film. Vacuümverdampingscoatingapparatuur omvat voornamelijk vacuümkamer, verdampingsbron of verdampingsverwarming, substraat, substraatverwarming en thermometer. Normaal gesproken moet het smeltpunt van het materiaal dat wordt afgezet door thermische verdamping onder de 1500 graden zijn en de verdampingssnelheid wordt aangepast door de hoeveelheid verwarmingsstroom tijdens het depositieproces. Om de uniformiteit van de samenstelling en dikte van de verdampte film en de herhaalbaarheid van het verdampingsproces te waarborgen, is het ook noodzakelijk om bovendien de substraat roterende tabel en het Quartz gedeeltelijke filmdikte monitoringsysteem uit te rusten. Vacuümverdampingscoating bestaat uit drie hoofdprocessen, zoals weergegeven in de figuur:

Als een voorbeeld van elektronenstraalverdamping wordt in de eerste plaats het fasedoel van de vaste - omgezet in een dampfase bij hoge temperatuur.

Vervolgens worden de verdampte atomen of moleculen getransporteerd tussen de verdampingsbron en het substraat, en het aantal botsingen tussen het gas - fase -deeltjes en de resterende gasmoleculen in de vacuümkamer tijdens de vlucht worden rechtstreeks aangetast door de afzettingsfase van de Deposities van de Deposities van de Deposities van de Deposities van de Deposities van de Depositie van de Evapored Atoms van de Evapored Atoms van de Evapored Atoms van de Evapored Atoms. Vapor - fase -deeltjes op het oppervlak van het substraat, waarbij belangrijke stappen zoals damp - fasemateriaalcondensatie, vorming van nucleatiecentrum, nucleatiegroei en ten slotte de vorming van een continue film.

Aangezien de substraattemperatuur aanzienlijk lager is dan de doeltemperatuur, zullen het gas - vaste fasedeeltjes een direct gas ondergaan - vaste fase -overgang op het substraatoppervlak. Het is belangrijk om te benadrukken dat alle bovenstaande processtappen moeten worden voltooid in een hoge vacuümomgeving. Als het vacuüm onvoldoende is, zullen de verdampte deeltjes regelmatig botsen met de resterende gasmoleculen, die niet alleen zullen leiden tot de besmetting van de filmlaag door onzuiverheden om oxiden te vormen, maar kan ook moeilijk zijn om een ​​uniforme en dichte filmstructuur te vormen vanwege het verstrooiingseffect van gasmolecules, bij aanvulling, het doel kan ook worden geoxideerd en verbrand bij hoge temperatuur. Vacuümverdamping wordt al tientallen jaren gebruikt om dunne films te produceren en is zeer veelzijdig.

In de afgelopen jaren zijn er veel verbeteringen aangebracht om de chemische reactie tussen filmrondstoffen en containers bij hoge temperaturen te remmen of te vermijden bij hoge temperaturen, zoals:: het gebruik van hoge smeltpuntwarmte - resistente boornitride keramische smeltkroes; Met behulp van een elektronenstraal of laser als verwarmingsbron wordt een klein gebied van het grondstofoppervlak verwarmd zodat het gebied onmiddellijk een hoge temperatuur bereikt.

In reactie op de toenemende vereisten voor functionele filmprestaties, worden multi - bron CO - verdamping en sequentiële verdampingsmethoden gebruikt om composietfilms te fabriceren met complexe composities of multi - lagen composietfilms.

Bovendien hebben onderzoekers een reactie -verdampingsmethode ontwikkeld voor samengestelde films die vatbaar zijn voor componentscheiding tijdens verdamping.

De vacuümverdampingsmethode heeft de voordelen van lage kosten, eenvoudige apparatuur en eenvoudige werking, en het groeimechanisme van de film die door deze methode wordt afgezet, is eenvoudig, de filmzuiverheid is hoog, de filmdikte is nauwkeurig en bestuurbaar en er kan duidelijke afbeeldingen worden verkregen met behulp van de maskerplaat. Het belangrijkste nadeel van deze methode is dat de kinetische energie van het gas - fase -atomen geproduceerd door thermische verdamping lager is dan die van sputterafzetting, en de binding tussen het substraat en het substraat na re - stolling is zwak, die kan worden verbeterd door het substraat te verwarmen.

Sputterdepositiemethode

Sputterdepositietechnologie is een belangrijke tak van de technologie voor fysieke dampafzetting (PVD). Het werkt door radiofrequentie -energie of laserstralen te gebruiken om ijle gassen (AR, O2, N2, enz.) In de vacuümkamer te activeren om hoog - energieplasma te vormen. De ionen in deze plasma's versnellen het bombardement van het doeloppervlak onder de werking van elektrisch veld, en de doelatomen verkrijgen voldoende energie om te breken van de roosterbinding door kinetische energieoverdracht, en migreren vervolgens in gasvormige vorm en af ​​te zetten op het oppervlak van het substraat om een ​​dunne film te vormen.

De sputterdepositietechnologie die momenteel wordt gebruikt, omvat voornamelijk diode sputtering, tripole sputtering, reactief sputtering en magnetronsputteren, waaronder magnetronsputteren de meest gebruikte en meest geïndustrialiseerde dunne film sputtering depositietechnologie, en de apparatuur en principe worden getoond in de figuur.

Deze technologie construeert een gesloten magnetisch veld in een vacuümkamer, en de richting van zijn richting aan het doeloppervlak kan het plasma en secundaire elektronen beperken tot het gebied nabij het doelwit, waardoor de ionisatie -efficiëntie van argon wordt verbeterd. Dit magnetische opsluitingseffect kan tegelijkertijd het aantal hoge - energie -opgeladen deeltjes en hun kinetische energie in het plasma verhogen, waardoor het bombardementseffect van hoge - energiedeeltjes op het oppervlak van het sputteringsdoelstelling aanzienlijk wordt verbeterd en een significante toename van de dunne films van dunne films te bereiken.

Vanwege de hoge filmvormingssnelheid hebben atomen niet genoeg tijd om te migreren naar de laagste energiepositie in het kristalrooster, dus halfgeleiders die worden bereid met magnetronsputteren hebben over het algemeen een hoge defectdichtheid.

Deze techniek kan echter worden gebruikt om grote gebieden met dunne films te deponeren en kan een precieze controle van de filmdikte bereiken via kwartscillatoren van kwarts.

Chemische baddepositiemethode

De vroegste film van loodzoutverbindingen afgezet met behulp van de CBD -methode is PBS, daterend uit het tijdperk van de Tweede Wereldoorlog. In de jaren zestig van de vorige eeuw is deze technologie veel gebruikt om PBSE -films te storten. Het schematische diagram van gemeenschappelijke CBD -reactorapparaten en principes wordt in de figuur getoond:

Onder bepaalde omstandigheden ondergaat de voorloper een hydrolysereactie om PB 2+ en SE2- in de oplossing te produceren, en wanneer de concentratie van deze twee ionen toeneemt om de constante van de oplossingconcentratie te overschrijden, zal PBSE-neerslag worden gegenereerd uit de oplossing om een ​​PBSE-film te vormen.

De bronnen van Pb 2+ zijn meestal PB (NO3) 2 en PB (CH3COO) 2, en de SE2-ionbronnen zijn (NH2) 2CSE en NA2SESO3.

0040-02544 bovenlichaam, DPS-metaal

De kerntechnologie van CBD -technologie voor het afzetten van dunne films is het reguleren van de hydrolysereactie van voorlopers en het regelen van de afzettingssnelheid en filmvormingskwaliteit van PBSE -films door de concentratie van voorlopers, pH, reactietemperatuur, reactietijd en andere procesparameters te regelen.

CBD -proces is de mainstream -methode voor het bereiden van PBSE -films vanwege het eenvoudige apparaat, snelle filmvorming, lage proceskosten en eenvoudige controle van de reactie.

Bovendien reageert het meestal bij temperaturen onder de 100 graden en is het zeer compatibel met substraatmaterialen.