MOCVD气源输送系统概述

MOCVD 气源输送系统概述1 背景金 属 有 机 化 合 物 气 相 沉 积 ， 即MOCVD, 有 时 也 称 作MOVPE(motelOrgnicVaporPhaseEpitaxy)即金属有机物相外延生长，是一种制备化合物半导体薄层单晶的方法。MOCVD 生长所用的源材料均为气体，对于 III 族或 II 族，采用其金属有机化合物；对于 V 族或 W 族，采用其烷类化合物。MOCVD就是以金属化合物(三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)等)和烷类(ASH3，PH3，NH3 等)为原料进行化学气相沉积生长单晶薄膜的技术，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延。金属有机物大多是具有高蒸气压的液体，通过氢气、氮气或其他惰性气体作为载气，将其携带出与烷类混合，再共同进入高温高压反应室。其技术基础：在一定温度下，金属有机物和烷类发生热分解，并在一定晶向的衬底表面上吸附、化合、成核、生长。MOCVD 生长使用的源材料通常是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超导层异质材料，故其系统设计通常要求系统气密性良好，流量、温度控制精确，组分变换迅速等。一般来说，MOCVD 设备是由气体运输系统、反应室和加热系统、尾气处理和控制系统等组成，如图 1-1 所示图 1-1MOCVD 设备的基本工作原理2MOCVD 气源运输系统在 GaN 系列的 MOCVD 设备中气源输运系统的主要功能是将各种反应气体输送到反应腔体中进行反应，反应气体包括 III 族的金属有机化合物和 V 族源的NH3,P 型掺杂源 CP2Mg，Si 型掺杂源 SiH4，以及载气和吹扫气体 H2和 N2，气源输运系统如图 2-1 所示。供应管蹄■J… 供应管路■_J1）2・1MO 源供给系统图 2-2 为液态 MO 源可控蒸发输送系统简图，工作过程中，液态源通过液体质量流量控制器定量送入混合阀，同时，载气也通过气体质量流量控制器定量送2.2 输出浓度计算假设鼓泡装置内 MO 源的饱和蒸气压（一定温度下）是均衡的，输出浓度也是稳定的，则蒸气压浓度％=Pa/PbX100%式中 Pa为 MO 源的饱和蒸气压，Pb是载气压力，由于载气对鼓泡装置内的附加影响是各组分气体分压总和，根据道尔顿定律，有载五菽源纯化管戟气源五族。图 2-1 气源运输系统结入混合阀，混合后的气液混合物进入蒸发器，蒸发器通过控制温度完成气液混合物的完全汽化并通入反应室。其特点是（1）精度高；（2）响应快；（3）应用范围广；（4）液态源可采用集中供液；（5）安全性高。图 2-2 液态 MO ...