MOCVD的沉積過程是在氣相中進(jìn)行,前驅(qū)體必須處于氣態(tài),才能在反應(yīng)室內(nèi)與其他氣體反應(yīng)生成所需的薄膜。大多數(shù)前驅(qū)體是液態(tài)或固態(tài),那么怎么讓這些前驅(qū)體實(shí)現(xiàn)相的轉(zhuǎn)化呢? 今天我們就以三種常見的氣化方式為例進(jìn)行講解:氣泡法(Bubbler),液體注射法(Liquid Injection),固態(tài)升華法(Sublimation)。其中前兩種方法用于液態(tài)前驅(qū)體,最后一種方法用在粉末前驅(qū)體中。
氣泡法(Bubbler)
氣泡法原理
氫氣,氮?dú)饣蚨栊詺怏w,被引入一個(gè)裝有液態(tài)前驅(qū)體的氣泡瓶。載氣通過液態(tài)前驅(qū)體時(shí),它會(huì)產(chǎn)生氣泡,這些氣泡在通過液體上升的過程中帶走前驅(qū)體分子。載氣與前驅(qū)體分子混合,被傳送到反應(yīng)腔室中。可以控制氣泡瓶的溫度與壓力,來控制前驅(qū)體的氣化率和混合氣中的前驅(qū)體濃度。
氣泡瓶長(zhǎng)什么樣?
氣泡瓶類似于我們?cè)诔踔凶龌瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的集氣瓶,一般是電解拋光的不銹鋼材質(zhì)。有進(jìn)口管與出口管,進(jìn)口管較低,出口管較高。而氣泡瓶的容量根據(jù)MOCVD的類型從 150 毫升到 3000 毫升不等。為了避免氣泡瓶或管道中出現(xiàn)前驅(qū)體冷凝,一般會(huì)有加熱裝置。
液體注射法(Liquid Injection) 原理 液態(tài)前驅(qū)體存儲(chǔ)在一個(gè)容器中,通過精確控制的注射泵定量推送到蒸發(fā)器中。注入的液態(tài)前驅(qū)體在蒸發(fā)器中被加熱,迅速被蒸發(fā)為氣體。蒸發(fā)后的前驅(qū)體以氣態(tài)形式進(jìn)入反應(yīng)室,在那里發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成所需的薄膜。
優(yōu)點(diǎn)
1,通過控制注射泵的流速和注射時(shí)間,可以精確控制送入反應(yīng)室的前驅(qū)體量。 2,適用于各種液態(tài)前驅(qū)體,包括那些在常溫下不易蒸發(fā)的前驅(qū)體。
固態(tài)升華法(Sublimation) 固態(tài)前驅(qū)體在加熱容器中被加熱至其升華點(diǎn),從固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。升華后的前驅(qū)體以氣態(tài)形式通過載氣輸送到反應(yīng)室即可參與反應(yīng)。
優(yōu)點(diǎn)
1,由于前驅(qū)體直接從固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),使其具有高純度。 2,通過調(diào)節(jié)加熱溫度和載氣流量,可以精確控制前驅(qū)體的供應(yīng)量。
反應(yīng)腔室的前驅(qū)體濃度怎么檢測(cè)?
前驅(qū)體濃度的監(jiān)控對(duì)于薄膜質(zhì)量十分關(guān)鍵。MOCVD可以集成基于非色散紅外(NDIR)技術(shù)的氣體濃度監(jiān)測(cè)器,在線測(cè)量前驅(qū)體濃度,再根據(jù)總壓力和氣體的摩爾分?jǐn)?shù),可以計(jì)算出前驅(qū)體的分壓。
非色散紅外(NDIR)技術(shù),全稱Non-Dispersive Infrared。原理是紅外光源發(fā)射的紅外光,穿過含有被測(cè)氣態(tài)前驅(qū)體的反應(yīng)室,被測(cè)氣體分子吸收特定波長(zhǎng)的紅外光,再檢測(cè)通過反應(yīng)室后未被吸收的紅外光,最后根據(jù)被吸收的光強(qiáng)度計(jì)算氣體濃度。
編輯:黃飛
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原文標(biāo)題:MOCVD前驅(qū)體常見氣化方式
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