Metall-organik birikmalar58

2.5. Metall-organik birikmalar58
gaz fazasidan epitaksial cho'kma
Gaz fazadan kimyoviy cho'ktirish yarimo'tkazgichli epitaksial qatlamlarni hosil qilishda qo'llaniladigan usullardan biri bo'lib, u orqali monokristalli substratdan yupqa, muntazam, monokristal qatlam olinadi.Bu vaqtda yupqa qatlam materiali dan kiritiladi. gaz fazasi.Gaz muhiti kristallangan materialning bug'idan yoki gazsimon reagentlardan iborat bo'lishi mumkin.
Yupqa plyonkalarni yotqizish odatda quyi oqim kameralarida amalga oshiriladi.Bu kameralarda qizdirilgan monokristalli substrat ustida mos reagentlar bilan tashuvchi gaz chiqariladi.
Substratning harorati va kimyoviy tarkibi, gaz bosimi asosiy parametrlar bo'lib, cho'kish jarayonini va uning sifatini nazorat qilish imkonini beradi.
Birinchi gaz holatida reaktiv sifatida metall-organik birikmalardan foydalanish mukammal panjaralar hosil qilishda juda yaxshi natijalar beradi.Shu bilan birga, panjara chegaralari juda aniq bo'lib, qalinligi bir qatlamgacha bo'lishi mumkin. metall-organik birikma katta birikmalar guruhini o'z ichiga oladi. ) shaklida bo'ladi. Amalda ko'pchilik metallar metildir (CH3)vəetil(C2H5)qrup-Masalan, Ga(CH3)3 (trimetilgalyum) yoki Ga(C2H5)3 (trietilgallium) manba sifatida ishlatiladi.
Xona haroratida metall-organik birikmalarning ko'pchiligi etim shaklida bo'ladi.Ularning bir qismi yuqori haroratda ham barqaror bo'lib qoladi.2.1-jadvalda ayrim birikmalarning parametrlari keltirilgan.
Cədvəl 2.1.
Metal və yarımkeçiricilərin qaz fazadan çökdürülməsi üçün istifadə olunan üzvi–metal biləşmələr
Element
|
Kimyəvi birləşmə
|
Ərimə tempera- turu, C
|
Qaynama tempera- turu, C
|
Kimyəvi formulu
|
Adı
|
Zn
|
(CH3)2Zn
|
dimetil sink
|
29,2
|
44,0
|
Zn
|
(C2H5)2Zn
|
dietilsink
|
30,0
|
117,6
|
Cd
|
(CH3)2Cd
|
dimetilkadmium
|
4,5
|
105,5
|
Al
|
(CH3)3Al
|
trimetilalüminium
|
15,4
|
126,1
|
Al
|
(C2H5)3Al
|
trietilalüminium
|
52,5
|
185,6
|
Al
|
(C4H9)3Al
|
triizobutilalüminium
|
4,3
|
––
|
Ga
|
(CH3)3Ga
|
trimetilqallium
|
15,8
|
55,7
|
Ga
|
(C2H5)3Ga
|
trietil qallium
|
83,2
|
142,8
|
İn
|
(CH3)3İn
|
trimetilindium
|
88,4
|
135,8
|
İn
|
(C2H5)3İn
|
trietilindium
|
32,0
|
144,0
|
İn
|
(C3H7)3İn
|
tripropilindium
|
51,0
|
178,0
|
Si
|
(CH3)4Si
|
tetrametilsilisium
|
99,1
|
23,6
|
Si
|
(C2H5)4Si
|
tetraetilsilisium
|
–
|
153,7
|
Ge
|
(CH3)4Ge
|
tetrametilgermanium
|
88,0
|
43,6
|
Ge
|
(C2H5)4Ge
|
tetraetilgermanium
|
90
|
163,5
|
As
|
(CH3)3As
|
tetrametilarsin
|
–
|
51,9
|
As
|
(C2H5)3As
|
trietilarsin
|
–
|
140,0
|
As
|
(CH3)4As2
|
trietilarsin
|
–
|
170,0
|
As
|
(C4H9)4As
|
tetrabutilarsin
|
–
|
––
|
Te
|
(CH3)2Te
|
dimetiltellur
|
10,0
|
82,0
|
Te
|
(C2H5)2Te
|
dietiltellur
|
–
|
137,5
|
Fe
|
Fe(CO4)5
|
dəmirpentakarbonil
|
21
|
102,8
|
Fe
|
(C2H5)2Fe
|
ferrasens
|
17,0C–də bərk hala
keçir; 179C–də sublimasiya edir
|
Bu moddalarning bug' bosimi yuqori bo'lib, ular tashuvchi gaz yordamida reaksiya kamerasiga va reaksiya zonasiga oson kiritilishi mumkin
metall-organik birikma orqali o'tadigan, uning bug'i bilan to'yingan va keyin reaksiya kamerasiga kiradi.
Beshinchi guruh elementi odatda angidridlar tarkibiga kiradi.Boshqa keng tarqalgan angidridlar 2.2-jadvalda keltirilgan.
Yarimo'tkazgichlarni gaz fazasidan kimyoviy yotqizish uchun ishlatiladigan gidridlar.
.
Cədvəl 2.2.
Element
|
Birləşmə
|
Temperatur, 0C
|
Kimyəvi
formulu
|
Adı
|
ərimə
|
qaynama
|
Parça
lanma
|
Si
|
SiH4
|
silan
|
185,0
|
111,9
|
450,0
|
Si2H6
|
disilan
|
132,5
|
14,5
|
––
|
Si3H8
|
trisilan
|
117,4
|
52,9
|
––
|
Si4H10
|
tetrasilan
|
108,0
|
84,3
|
––
|
Ge
|
GeH4
|
german
|
165,0
|
88,5
|
350,0
|
Ge2H6
|
digerman
|
109,0
|
29,0
|
215,0
|
Ge3H8
|
trugerman
|
105,6
|
110,5
|
195,0
|
P
|
PH3
|
fosfin
|
133,0
|
87,8
|
––
|
As
|
AsH3
|
arsin
|
116,0
|
62,5
|
––
|
S
|
H2S
|
hidrogensu lfid
|
85,5
|
59,6
|
––
|
Se
|
H2Se
|
hidrogense
lenid
|
65,7
|
41,3
|
––
|
Cho’ktirish atmosfera bosimida ham, kameradagi gaz aralashmasining past bosimida ham amalga oshirilishi mumkin.Metal-organik birikmani kimyoviy cho’ktirish qurilmasining sxemasi 2.3-rasmda keltirilgan.Metal-organik va gidrid. komponentlar gaz fazada aralashadi va tashuvchi gazda pirolizga uchraydi..Piroliz (600÷800)0C haroratda sodir bo'ladi.Adigas fazadan yog'ingarchilik paytida.
agar reaktorning butun ichki hajmi qizdirilsa, metall-organik birikmalar bo'lsa, faqat pastki qismini isitish kifoya qiladi
Şəkil 2.3 Devorlari sovutilgan ochiq turdagi gorizontal reaktor sxemasi.
Altlıq və böyüyən nazik təbəqə adətən yüksəktezlikli
generator vasitəsilə 450 kHs–də qızdırılır. Birləşmənin göyər-
1 – kvarts korpusi, 2 – bazanisitishuchun yuqori chastotali generatorning o‘rashlari, 3 – isitish bloki, 4 – tayanchlar, 5 – suyuq sovutish (kirish), 6 – suyuq sovutish (chiqish) Diagrammada sxematik ham ko‘rsatilgan. tayanch yaqinidagi diffuziya qatlamidagi gaz oqimidagi tezliklar va haroratlarning taqsimlanishi
qazib olish jarayonida gazaralashmasining bosimini pasaytirib, u geterostrukturadagi asosiy komponentlar va qo'shimchalarning kontsentratsiya gradientini nazorat qiladi.Kam bosimlarda ekstraktsiya atmosfera bosimiga qaraganda gaz oqimining yuqori tezliklarida sodir bo'ladi, bu esa olish uchun sharoit yaratadi. bir hil qatlamlar.Qatlam yuzasi yaqinida o'tish qismi mavjud bo'lib, u asta-sekin tepalik qiymatlaridan sirt qatlamining parametrlariga mos keladigan qiymatlarga o'zgaradi.
–əbə-rabərolur.Qazqarışığınıntempetaturuvəonuntərkibisərhəd
qatlamdagi o'sish sirtgacha bo'lgan masofa bilan bog'liq. Konveksiya zonasida gaz harorati qizdirish haroratidan past bo`lib, gaz fazasining tarkibi o`zgarmaydi.Ko`p hollarda cho`kilayotgan qatlamlarning elektr va kristallografik xossalari chegara qatlamining tabiatiga bog`liq bo`ladi.
Texnologik jarayonning xarakteristikalari kristallning o'sish tezligini, sifatini va tozaligini, uning elektr va optik xususiyatlarini, tarkibining imkoniyatlarini belgilaydi.
Ko'pgina A3B5 yarimo'tkazgichli birikmalar uchun reaktsiya quyidagicha yoziladi:
A3 (CH3)3+B5H3 H2 A3B5+3CH4
700
Masalan, GaAs va AlxGa1-xAs yarimo'tkazgich birikmalarini o'rganishni ko'rib chiqamiz.Gaz fazasidan standart epitaksiya jarayonida Ga(CH3)3-trimetilgaliy yoki Ga(C2H5)3-trietilgalliy manba sifatida, AsH3 esa ishlatiladi. - manba sifatida arsin ishlatiladi.
Bu erda trimetilgalyum va mishyak gidrid o'rtasidagi kimyoviy reaksiyadan foydalaniladi.Bu geteroepitaksiya uchun ideal usuldir.
H2
Ga (CH 3) 3+AsH 3
700
GaAs+3CH4
Xuddi shunday reaktsiyalar boshqa qo'sh, uch va to'rtta birikmalar tayyorlashda qo'llaniladi. Masalan, AlxGa1-xAs quyidagi reaksiya natijasida olinadi:
H2
(1–x)[(CH 3) 3Ga] + x[(CH 3) 3Al] + AsH 3
700
AlxGa1-xAs +
+3CH 2
Bunda alyuminiyning AlxGa1-xAs tarkibidagi atom konsentratsiyasi trimetilgalyum va trimetilalyuminiyning gaz fazadagi nisbiy parsial bosimlari bilan aniqlanadi.Zn yoki Cd kabi qabul qiluvchilar alkillar tarkibida gaz (reaktsiya) kamerasiga alohida beriladi. , Si, S, Se va gidridlar kabi donorlar.3-guruh nitridlarning yarim oʻtkazgichli donalarini choʻktirish uchun azot manbai sifatida ammoniy ishlatiladi.(NH3) ishlatiladi.
Yuqori va o'ta yuqori chastotali elektron va optik elektron qurilmalarni yaratish uchun monokristalli Si, GaAs va boshqa A3B5 birikmalarining nano varaqlarini o'z ichiga olgan ko'p qatlamli tuzilmalar ishlab chiqiladi.Ko'p hollarda qatlam chegaralarining aniqligi, boshqacha aytganda, substrat yoki qatlam-qatlam chegaralarining keskinlashishi, qo'shimchalarning tarkibi yoki konsentratsiyasining o'zgarishi . 10nm– Lekin organik-metall birikmalarning gaz fazasidan tipik epitaksiya usullari talablarga javob bera olmaydi.Qattiq fazada qo'shimchalarning tarqalishi natijasida qo'shilish geterochegarada profillanadi.Bundan tashqari, vaqti-vaqti bilan o'zgartirib turish kerak. ko'p qatlamli tuzilmalarni olish uchun cho'kma moddalar va qo'shimchalarning tarkibi. Buning uchun reaksiya kamerasidagi gaz aralashmasining tarkibi o'zgarishi kerak.Bu o'zgarish vaqtida reaksiya kamerasidagi umumiy gaz oqimi o'zgarmasligi kerak.Ammo bunday o'zgarish ma'lum vaqtni talab qiladi..
A3B5 birikmalarining yupqa qatlamlarini hosil qilishda gaz aralashmasi bosimini pasaytirish aralashmalarning konsentratsiya gradientini ham, asosiy tarkibdagi siljish gradientini ham samarali boshqarish imkonini beradi.Profilning tarqalishini kamaytirishning ikki yo'li mavjud. gaz aralashmasining past bosimlari:
- keyingi qatlamni yoqish uchun zarur bo'lgan yangi gaz aralashmasi kiritilgunga qadar yonish jarayonini to'xtatish;
- gaz tezligini oshirish va gaz aralashmasini juda qisqa vaqt ichida o'zgartirish.
Bu usul yordamida bir siklda ko‘p qatlamli, ko‘p komponentli epitaksial tuzilmalar ishlab chiqarilishi mumkin, chunki reaktorga bir vaqtning o‘zida bir nechta moddiy manbalarni ulash va reaktordagi gaz aralashmasi tarkibini o‘zgartirish mumkin. bu usul yordamida alohida qatlamlardan, kvant nuqta va qalinligi (5÷6) kvant nuqtalardan yasalgan yuqori sifatli konstruksiyalarni olish mumkin.Kafeslarni olish bo‘yicha o‘tkazilgan tajriba – avtomatlashtirilgan tizimlardan foydalangan holda buning imkoni borligini ko‘rsatadi. ba'zi hollarda 1,5 nm dan 0,7 nm gacha bo'lgan qatlam qalinligi bilan mukammal tuzilgan ultralattikalarni yaratish. Tarkibning o'zgarishi amalda bir qatlamda sodir bo'ladi.
Metall-organik birikmalarning gaz fazali epitaksisi GaAs-AlxGa1-xAssistemin-ekstremal panjaralarni, shuningdek molekulyar nurli epitaksiyani yaratish uchun samarali..Prosesböyük
Ularni hajmda olib borish mumkin.Bu katta maydonli epitaksial tuzilmani olish imkonini beradi.Shu bilan birga, yirik hajmdagi qurilmalarni ommaviy ishlab chiqarish mumkin.
Hozirgi vaqtda tavsifga muvofiq quyidagi tuzilmalar yaratilgan:
-selektiv birlashtirilgan GaAs/AlxGa1-xAsheterostrukturalari va ular asosidagi dala tranzistorlari;
– GaAs/AlxGa1-xAsheterostrukturalari asosidagi inyeksiya lazerlari;
- 1,3 mkm to'lqin uzunligida ishlaydigan, juda kichik chegara oqimi bilan ishlaydigan in'ektsiya lazerlari;
– GaxIn1-xAs/InP tuzilmalari kvant quduqlari va boshqalar. Gaz fazasidan metall-organik birikmalarning kimyoviy cho'kishi
Bundan tashqari, u barcha A3B5, ikkilik, uchlik va to'rtlamchi yarim o'tkazgich birikmalarining yupqa plyonkalarini ishlab chiqarishni ta'minlaydi va stexiometrik tarkibi juda yuqori aniqlik bilan kutiladi.Bu usul boshqa yarim o'tkazgichlarning yupqa plyonkalarini cho'ktirish uchun ham qo'llaniladi. A2B6 birikmalari, shuningdek, oksidlar.Bu usul faqat epitaksiyadir.Kvant simlari va kvant nuqtalari hamda quyi tuzilmalarni hosil qilish mumkin..
Bu usul turli elektron qurilmalarda qo‘llaniladigan nanotubalarni ommaviy ishlab chiqarishning istiqbolli usullaridan biri hisoblanadi.Usul substratda nanotubalarni olish imkonini beradi.Bundan tashqari, usul substratning ma’lum qismlarida uglerod nanotubalarini hosil qilish va bu jarayonni boshqarish imkonini beradi. ..
|