stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
דיודה
סוגי דיודות

בנוסף לדיודת PN שתוארה לעיל, ישנם עוד סוגים רבים של דיודות:
דיודה פולטת אור (בראשי תיבות: דפ"א) – דיודה זו ידועה גם בשם LED (ראשי תיבות של Light Emitting Diode). דיודה זו עושה שימוש בתהליכי הרקומבינציה שמתרחשים בחומרים מוליכים למחצה, שבמהלכם נפלטים פוטונים. בשונה משאר הדיודות, אורך הגל של הפוטונים הנפלטים מדיודות אלו נמצא בתחום הנראה. ניתן לתכנן דיודות מחומרים שונים כך שיפלטו אור בצבע שונה. לדיודות אלו שימושים רבים כמו נורות בקרה על מכשירים, כאמצעי להעברת מידע בשלט רחוק, לחיישני תנועה (לדוגמה בעכבר מחשב אופטי), ליצירת לייזר דיודה ולאחרונה אף החל שימוש בלדים לתאורה מלאכותית.
דיודת זנר ודיודת מפולת – דיודות אלו מתוכננות כך שתהליך הפריצה יתרחש בהן בצורה מבוקרת. הן נקראות על שם מנגנון הפריצה שלהן – פריצת זנר (על שמו של קלרנס זנר) ופריצת מפולת. הזרם האחורי שהן מעבירות לאחר הפריצה לא משתנה כמעט עם המתח ולכן משתמשים בהן כדי להשיג זרם יציב. לעיתים מתבלבלים בין דיודות אלו בגלל השימושים הדומים שלהן אולם הפריצה מתרחשת מסיבות שונות.
פוטודיודה – זוהי דיודה שהאופיין שלה משתנה בעקבות חשיפה לאור, וחוזר למצבו הרגיל עם תום החשיפה. דיודות כאלה משמשות לייצור גלאי אור ולוחות סולאריים המשמשים ליצירת אנרגיה סולארית.
דיודת וריקאפ – היא דיודה שמשמשת כקבל בעל קיבול המבוקר על ידי מתח, תפקודה כדיודה הוא משני. דיודות בממתח אחורי הן בעלות קיבול התלוי במתח העבודה. בעזרת שינוי המתח המופעל על הדיודה ניתן לשנות את הקיבול של הרכיב וזה בתורו משנה את תדר התהודה של המעגל בו מותקנת הדיודה. דיודה זו משחקת תפקיד חשוב במקלטי רדיו לברירת תחנות, איפנון ושחזור אותות אך גם במגברים ובמיתוג.
דיודת שוטקי – זוהי דיודה הנוצרת ממגע חשמלי בין מתכת ומוליך למחצה הפועלת על עיקרון מתחי זליגה בקיטובים הפוכים. דיודה זו מציגה תכונות קצת שונות מדיודות אחרות, בעיקר מתח הפעלה נמוך יותר וזמן תגובה קצר יותר, אשר שימושי ברכיבים דיגיטליים.
דיודת מנהור – דיודה העושה שימוש בעיקרון הקוונטי של מנהור (Tunneling) כדי להשיג התנגדות דיפרנציאלית שלילית (כלומר זרם הקטן עם הגדלת המתח). בעבר השתמשו בדיודות כאלה ליצירת מתנדים אולם, עם התקדמות הטכנולוגיה, התקבלו ביצועים טובים יותר עם דיודות רגילות. יתרון חשוב של דיודה זו הוא עמידותה היחסית לקרינה מייננת, מה שהופך אותה למתאימה יותר לסביבות מסוימות (כגון החלל).
ראו גם

גשר דיודות
לייזר דיודה
למעלה, דיודה בממתח קדמי – הדיוה תעביר זרם. למטה, דיודה בממתח אחורי – הדיודה לא תעביר זרם
אופיין מתח-זרם של דיודה
שפופרת דיודה
דיודת PN, מורכבת מחיבור מוליכים למחצה בעלי אילוח שונה
אפיטקסיה מפאזת אדים אורגנומתכתיים

תיאור סכמתי של תהליך הגידול בשיטת MOVPE. אטומי אינדיום מתוארים באמצעות עיגולים שחורים גדולים; אטומי זרחן - בעיגולים מנוקדים גדולים; אטומי פחמן - בעיגולים מקווקווים בינוניים; ואטומי מימן - עיגולים ריקים קטנים. אדי ה-TMIn והפוספין המוזרמים לריאקטור עוברים פירוליזה מזורזת (קטליטית) על המצע, ליצירת אינדיום וזרחן, המגיבים ומצטרפים לשכבה הגדלה, ולרדיקלים מתיליים ואטומי מימן היוצרים מתאן שמסולק מהריאקטור.
אפיטקסיה מפאזת אדים אורגנומתכתיים, המוכרת בראשי התיבות MOVPE (מאנגלית: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy), או OMVPE (מאנגלית: Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy), או MOCVD (מאנגלית: Metalorganic Chemical Vapor Deposition), היא שיטת אפיטקסיה לגידול שכבות דקות חד-גבישיות (אנ') של יסודות או תרכובות, בעיקר מוליכים למחצה (מל"מ), מהתרכובות האורגנו-מתכתיות של המרכיבים שלהם. מגוון החומרים הניתנים לגידול באפיטקסיה מהמצב הגזי מוגבלת בדרך כלל על ידי האפשרות להביא את חומרי המוצא למצב צבירה זה. הנדיפות הגבוהה של התרכובות האורגנו-מתכתיות, מאפשרת לגדל באמצעות MOVPE שכבות אפיטקסיאליות של חומרים רבים. יש לה חשיבות תעשייתית רבה בייצור מוליכים למחצה ממשפחת החומרים III-V (אנ') בעיקר לגידול מל"מ מבוססי גליום ניטריד (GaN), שחשיבותם רבה כחומרי הבסיס ליצור דיודות פולטות אור (LED) כחול, ירוק ולבן.
היסטוריה > פעילות MOVPE בישראל

בשנות ה-80 וה-90 של המאה העשרים והעשור הראשון של המאה ה-21 התקיימה בטכניון פעילות מחקר בגידול MOVPE להתקנים מבוססי מוליכים למחצה ממשפחת III-As וממשפחת III-N, וכן בגידול CdTe (אנ'). במקביל התקיימה במרכז למחקר הגרעיני שורק פעילות בגידול HgCdTe ו-CdTe בשיטה, ואחר כך בגידולים של תרכובות III-V כולל גידול InSb ונקודות קוונטיות שלו. פעילות חצי תעשייתית ב-MOVPE התקיימה בסייאופטיקס ביוקנעם עילית בגידול התקני InGaAs (אנ') על InP במערכת MOVPE תעשייתית Aixtron 2400G3 של חברת אקסטרון (אנ') הגרמנית. בעשורים השני והשלישי של המאה ה-21 מתקיימת פעילות מחקר ב-MOVPE במקומות הבאים:
במחלקה למדע והנדסה של חומרים, הפקולטה להנדסה, אוניברסיטת תל אביב: גידול חומרים שכבתיים (אנ') של קלקגונידים (אנ').
במרכז למחקר גרעיני שורק: גידול חומרים ממשפחת החומרים III-V (ארסנידים ואנטימונידים)
במרכז הישראלי לפוטוניקה מתקדמת, יבנה: גידול חומרים משפחת החומרים III-V (ארסנידים, פוספידים וניטרידים).
עקרונות השיטה > תיאור כולל של התהליך

לתוך ריאקטור הגידול, שבתוכו מצוי מצע או מצעים מחוממים (נייחים או מסובבים), מזרימים את האדים של חומרי המוצא (הקרויים: פרוקרסרים). למשל, לגידול אינדיום פוספיד (באיור העליון) מזרימים טרימתיל-אינדיום (TMIn) – In(CH3)3, ופוספין (PH3). כאשר הגזים האלו פוגשים את המצע הם חווים פירוליזה קטליטית: ה-TMIn מתפרק לאטומי In ולרדיקלים מתיליים (CH3), והפוספין – לזרחן ולרדיקלים של מימן. האטומים של In הספוחים, אך ניידים על פני השטח של המצע, מצטרפים לגביש באתר מועדף (למשל, שפת מדרגה או שפה של אי). מולקולות הפוספין, המצויות בדרך כלל בעודף, מגיבות עם אינדיום שהצטרף לגביש, תוך שחרור רדיקלים של מימן. אלו לוכדים את הרדיקלים המתיליים ליצירת מולקולות מתאן (CH4) המופרשות (desorb) מפני השטח, ונסחפות עם הגז הנושא (בדרך כלל מימן) למערכת הניטרול (אנ') (סקרבר). הגז הנושא לוקח למערכת הנטרול גם חומרי המוצא שלא הגיבו.
עקרונות השיטה > חומרי המוצא (ההזנה)

ב-MOVPE מגדלים שכבות אפיטקסיאליות של תרכובות המכילות בדרך כלל מתכות. מאחר שאי אפשר ליצור את האדים שלהן בטמפרטורות נמוכות (קרוב, ורצוי מתחת, לטמפרטורת החדר), כדי להסיעם בצנרת של מערכת הגידול, משתמשים בתרכובות האורגניות שלהן. את האל-מתכות שבתרכובות שמגדלים מספקים בצורת ההידרידים שלהם, או גם כן כתרכבות אורגניות.
למשל, לגידול GaAs מזרימים טרימתיל גליום (אנ') (TMGa) – Ga(CH3)3, ואַרְסִין (אנ') (AsH3) או כתרכובת אורגנית של ארסן, למשל טרצבוטילארסין [AsH2(CH3)3 או tBuAsH2 או TBA]. כדי לגדל סגסוגות, למשל AlGaAs (אנ'), מזינים לריאקטור גם טרימתיל אלומיניום (TMAl) – Al(CH3)3. דוגמה אחרת היא גידול InAlP מטרימתיל אלומיניום וטרימתיל אינדיום (TMIn) – In(CH3)3 המוזנים לריאקטור בקו המתכות, ופוספין (PH3), המוזן בקו האל-מתכות. לצורך סימום (אילוח) מזרימים גם כמויות קטנות של אדים או גזים של יסוד המסמם. למשל, לסימום סוג p של התרכובות או הסגסוגות ממשפחת III-V אפשר להוסיף לתערובת הגזים שמוזרמת בקו המתכות דיאתיל אבץ (אנ') (DEZn); ולצורך סימום בסוג n, אפשר להזרים בקו האל-מתכות סִילַן (SiH4).
המטלו-אורגניים (MOs) הם בדרך כלל נוזלים, וכדי להסיעם לריאקטור מזרימים גז נושא (בדרך כלל מימן) דרך הנוזל, באמצעות מבעבע (אנ'), הטבול באמבט מקורר לטמפרטורה נשלטת קבועה. הטמפרטורה של האמבט קובעת את לחץ האדים של ה-MO הספציפי ( P_{MO}), ולכן את קצב הזרימה המולרי שלו ( f_{MO} במולים לדקה):  f_{MO}=f_{tot}{{P}_{MO} \over {(22,400scc/mol)}\cdot {{P}_{STP}}}, היכן ש- f_{tot} הוא קצב הזרימה של הגז הנושא (בסמ"ק סטנדרטיים לדקה, sccm (אנ')), ו- P_{STP} – הלחץ בתנאי STP.
עקרונות השיטה > התהליכים המתרחשים במהלך הגידול

הגידול האפיטקסיאלי הוא תוצאה של תגובה כימית כוללת, למשל:
{\ce {(CH3)3In + P{}H3 -> In{P}+ 3 CH4}}
אבל זו מתרחשת במספר שלבים. ראשית המגיבים מוסעים אל הריאקטור באמצעות גז נושא (על פי רוב מימן) בדרך כלל בשני קווים נפרדים: אחד לתרכובות האורגנו-מתכתיות (TMIn בדוגמה) והשני להידרידים של האל-מתכות (פוספין). הסיבה לקווים הנפרדים היא הרצון למנוע תגובה כלשהי בין המגיבים בטרם הגיעם למצע. בהיכנסם לריאקטור, מפעפעים המרכיבים דרך הפאזה הגזית אל המצע, שעליו הם עוברים פירוליזה קטלטית. תוצרי הפירוק של ה-MO [הרדיקלים In, In(CH3), In(CH3)2], הספוחים על פני השטח, מפעפעים עליו עד הגיעם לאתר סריגי מועדף, ונלכדים בו. רדיקלי הזרחן (או פוספין ישירות מהפאזה הגזית) מגיבים עם הרדיקלים המתכתיים, ליצירת התרכובת (InP) במבנה הגבישי המלא; ורדיקלי המימן שהשתחררו מהפוספין מגיבים עם הרדיקלים המתיליים ליצירת מולקולות מתאן (CH4) המופרשות מפני השטח. במקביל מתקיימות גם תגובות (בלתי רצויות) ליצירת InP בפאזה הגזית ועל קירות הריאקטור. תוצרי כל הריאקציות הללו, והמגיבים שלא הגיבו מורחקים באמצעות הגז הנושא מהריאקטור אל יחידת הנטרול.
על פני השטח של המצע והשכבה הגדלה ספוחים רדיקלים מתיליים רבים. האיור הראשון למעלה מציג נקודת מבט אופטימית, שבה כל הרדיקלים הללו מגיבים עם אטומי מימן ומסולקים מפני השטח. אבל למעשה, הרדיקלים המתיליים יכולים להמשיך להתפרק, והפחמן שיתקבל יוחדר לשכבה האפיטקסיאלית הַגְּדֵלָה. פחמן, כיסוד מטור IV (קבוצה 14 (אנ')) בטבלה המחזורית, הנוטה לשבת באתר שריגי V (קבוצה 15 (אנ')) במוליכים למחצה III-V, יסמם, אם כן, את השכבה באקספטורים (יתקבל מוליך למחצה סוג p) בצורה בלתי רצויה ובלתי מבוקרת. מה שמונע זאת הם רדיקלי המימן המאוד ראקטיביים שמשחרר ההידריד האלמתכתי (הפוספין בדוגמה). זו הסיבה לשימוש בהידרידים, למרות הרעילות הגבוהה מאוד שלהם. רדיקלי המימן הראקטיבים הללו (וכל מולקולת פוספין מכילה שלושה מהם) לוכדים את הרדיקלים המתיליים הנעים על פני השטח, ומאלצים אותם להתנדף כמולקולות של מתאן.
כדי להקטין את רמת הסיכון יש המתמשים באורגנו-מטליים מיוחדים של זרחן וארסן המשחררים, ביעילות יחסית, רדיקלי מימן. למשל, טרצ-בוטילפוספין:  {\ce {(CH3)2{}CPH2}}, שנכתבת גם:  {\ce {{t}BuPH2}} או בפשטות: TBP (ובדומה, טרצ-בוטילארסין: TBA). חומר זה נוזלי בטמפרטורת החדר ורעיל פחות מההידריד. הוא מוסע לריאקטור באותה צורה כמו האורגנו-מתכות (בעבוע של הגז הנושא דרך הנוזל המקורר לטמפרטורה הרצויה), אך דרך קו האל-מתכות.
קצב הגידול

בדרך כלל מגדלים ב-MOVPE (בדומה לטכניקות אפיטקסיה אחרות מהפאזה הגזית) בתנאים בהם המקור המספק את אטומי האל-מתכת הוא בעודף. אטומים אלו יותר נדיפים (בדרך כלל) מאטומי המתכת, כך שעודף שלהם מונע פירוק של המצע או השכבה הגדלה, בעוד הם עצמם אינם נוטים להצטבר על פני השטח, כטיפות או גבישונים, כפי שקורה כשאטומי המתכת הם בעודף. יש לכך השפעה על ההתנהגות של קצב הגידול.
בבואנו לבחון את התלות של קצב הגידול ב-MOVPE בפרמטרים שונים, נזכור שהתהליך האיטי מבין התהליכים המתרחשים בו-זמנית הוא זה אשר יקבע את קצב הגידול הכולל. את ההשפעה של הטמפרטורה רואים באיור המתאר את התלות של קצב הגידול (בסקלה לוגריתמית) בהופכי הטמפרטורה. ניתן להבחין בשלושה תחומים שונים: בטמפרטורות נמוכות (בצד הימני של הציר של הופכי הטמפרטורה) יש תלות אקספוננציאלית של קצב הגידול ב-T-1. עובדה זו מצביעה על כך שלתהליך קובע המהירות (האיטי) יש שפעול (אקטיבציה) תרמית. זה יכול להיות הפירוליזה של הפרוקורסרים או התגובה הכימית על פני השטח. משיפוע הקו הישר ניתן לקבל את אנרגיית השפעול של התגובה קובעת המהירות בתחום טמפרטורה זה. התהליך בתחום טמפרטורות זה מוגבל, אם כן, קינטית ולפיכך נקרא kinetically limited growth. בתחום זה הפאזה הגזית מספקת לפני שטח הגידול מגיבים (ריאקטנטים) בעודף.
כשמעלים את הטמפרטורה (נעים שמאלה על ציר ה-T-1) גָּדֵל קצב הגידול, עד אשר הוא מפסיק להשתנות. בשלב זה קצב הפירוק של הפרקורסרים והקצב של הריאקציות המשטחיות מהירים יותר מקצב ההסעה של המקורות אל ממשק הגידול (אנ'). מאחר שהדיפוזיה בפאזה הגזית תלויה בצורה חלשה בלבד בטמפרטורה, קרוי תחום זה mass transport limited growth. הסעת המסה בתחום הזה תלויה בקצב אספקת הגזים לריאקטור, ובגאומטריה של הריאקטור עצמו. עבור גידול תרכובות III-V המכילות ארסן וזרחן, למשל, התחום המוגבל הסעת מסה הוא בין 500°C לבין 800°C (או T = 0.0009 – 0.0013 K-1), ואילו אלו שמכילות חנקן – מעל 1000°C.
בטמפרטורות גבוהות עוד יותר, קָטֵן קצב הגידול בגלל דסורפציה (אנ') מוגברת מממשק הגידול, ומפני שיקוע פרזיטי על קירות הריאקטור, כך שנוצר מחסור במגיבים בפאזה הגזית.
גידול ה-MOVPE מתבצע בדרך כלל בתחום טמפרטורות הביניים המוגבל הסעת מסה, שכן בתחום זה לשינויים בשדה הטמפרטורה (במרחב ובזמן) יש רק השפעה שולית על קצב הגידול. כך מתאפשרת שליטה טובה יותר בקצב הגידול, בהרכב הסגסוגת, ברמת הסימום ובמישוריות הממשקים בשכבה. קצב הגידול בתחום זה תלוי ליניארית בקצב אספקת המקור המתכתי, שכן, כאמור, יש אספקה בעודף של המקורות של האל-מתכות. למשל עבור גידול מוליך למחצה III-V מתקיים:  GR={K}{}P_{MIII}{\sqrt {({v}{/}P_{tot})}}, היכן ש-GR הוא קצב הגידול,  {v} - מהירות הזרימה במערכת, PMIII ו-Ptot - הם הלחץ החלקי של התרכובת האורגנו-מתכתית של היסוד III והלחץ הכללי במערכת, בהתאמה, ו-K הוא קבוע. קצב הגידול קבוע בזמן, מה שמקל על השליטה בגידול, בניגוד, למשל למצב בגידול בשיטת ה-LPE: עובי השכבה המגודלת ב-MOVPE הוא פשוט הקצב מוכפל בזמן הגידול.
קצב הגידול נקבע בעיקר על ידי הריכוז המרבי האפשרי של המגיבים בגז הנושא. זה מצדו נקבע על ידי לחץ האדים של התרכובת הארגנו-מתכתית הספציפית בטמפרטורת העבודה של המבעבע (בדרך כלל מתחת לטמפרטורת החדר, אחרת יש לדאוג שקווי ההזנה, הארוכים יחסית, יהיו מחוממים, למניעת שיקוע המגיב חזרה על הדפנות הקרים של הצינורות). קצב גידול אופייני ב-MOVPE הוא כמיקרון עד עשרות מיקרונים בשעה. גבוה יותר מאשר בשיטות VPE אחרות, כמו MBE, אך נמוך יותר מאשר ב-LPE.
מבנה המערכת

מערכת הגידול מורכב משלושה חלקים ראשיים: תת-מערכת הזנת החומרים, הריאקטור, ותת-מערכת שאיבה וניטרול הגזים.
מאחר שמזרימים לריאקטור תערובת של הרבה גזים, יחידה חשובה במערכת היא סעפת הגזים שבתת-מערכת הזנת החומרים. היא כוללת את קו הזרמת ההידרידים ואת קו הזרמת האורגנו-מתכות. באחרון מוזרם הגז הנושא (בדרך כלל מימן, אבל לעיתים גז אינרטי כמו חנקן) דרך המבעבעים של המקורות השונים. המבעבעים מקוררים על ידי אמבטי קירור לטמפרטורה קבועה (הקובעת את לחץ האדים של התרכבות האורגנו-מתכתית שבמבעבע). מכוונים טמפרטורה זו לערך נמוך מטמפרטורת הסביבה כדי למנוע את הצורך לחמם את כל קווי הגזים, למניעת שיקוע של האורגנו-מתכות עליהם. מערכת הבקרה שולטת בקצבי הזרימה של כל המרכיבים, כדי לייצב את קצב הגידול והרכב הגביש המגודל לערכים הרצויים. לשם כך היא מצוידת במדי לחץ ובמדי ספיקת מסות (אנ').
תערובת הגזים מוזרמת לריאקטור בשני קווים נפרדים. קו אחד לגזים המכילים את התרכובות של המתכות (הקטיונים בתרכבות שתגודל), וקו שני לגזים המכילים את התרכובות של האל-מתכות (האניונים בשכבה שתגודל). הסיבה לשני קווים נפרדים אלו היא למנוע משני סוגי הגזים לפגוש אחד את השני בטרם הגיעו למצע ולהגיב ביניהם.
מערכת השאיבה מסיעה את הגז הנושא מן הראקטור ועמו את תוצרי התגובה, והמגיבים שלא הגיבו, אל מערכת הנטרול (סקרבר (אנ')) של הגזים המסוכנים. מערכת השאיבה כוללת גם יחידת בקרה לשליטה בלחץ שבמערכת. מערכות הנטרול הקיימות מתחלקות לשני סוגים: נוזליות ומוצקות. הנוזליות כוללות תמיסות של חומצות ובסיסים ייעודיים (בתאים נפרדים) היוצרים מלחים בלתי נדיפים עם המגיבים (הידרידים ואורגנו-מתכות) ועם תוצרי הריאקציה. המוצקים מכילים בדרך כלל פחם פעיל הסופח את כל החומרים שנישאים על ידי הגז הנושא. אחת לתקופה מחמצנים את הגזים הספוחים לתחמוצות מוצקות על ידי הזרמה מבוקרת של אוויר דרך מטען הפחם הפעיל הרווי שבסקרבר.
מבנה המערכת > הריאקטור

בהדגמות הראשונות של השיטה שימש כריאקטור צינור קווארץ אנכי, כמו על ידי מנסביט, או אופקי, ריאקטור באס (Bass). בריאקטורים בנויים עצמית כאלו מונח המצע על מחזיק (סוספטור) עשוי גרפיט. סוספטור הגרפיט מחומם על ידי גלי רדיו (RF) באמצעות סליל שמקיף את הריאקטור, או באמצעות מנורות קווארץ שממוקמות מתחת לסוספטור. קירות הריאקטור מקוררים על ידי הזרמת גז או מים כדי למזער תגובות ושיקוע על המשטחים הללו. הריאקטור מופעל בלחץ אטמוספירי או תת-אטמוספירי (בדרך כלל עשירית אטמוספירה). הפחתת הלחץ מגבירה את קצב הזרימה של הגז בריאקטור, ועל ידי כך מתגברת על הבעיה של מערבולות בגלל זרימות קונבקציה הנובעות מהמשטחים החמים של הסוספטור והמצע. כך מתקבלת זרימה למינרית בריאקטור.
בתנאי גידול מוגבלי הסעת מסה קצב הגידול מוגבל על ידי מהירות הדיפוזיה של המגיבים מזרם הגז הלמינרי בריאקטור אל פני שטח המצע דרך שכבת הגבול. מאחר שעוביה של שכבת הגבול גדל במורד זרם הגזים מקצה לקצה של המצע, משתנה קצב הגידול (ועמו עובי השכבה והריכוזים בה) באותו כיוון. כדי להתגבר על בעיה זו בריאקטורים האופקיים הראשונים, הניחו את המצעים בהטיה כלפי כיוון הזרימה כך שהצד שבמורד הזרימה היה גבוה יותר. זה גורם לשטח החתך הפנוי לזרימת הגז לִקְטוֹן, ומאלץ אותו לזרום מהר יותר. כדי להתגבר על בעיית חוסר האחידות בקצב הזרימה, כמו גם על בעיית חוסר האחידות בשדה החימום יושמו בהמשך שיטות שונות לסיבוב המצעים.
חקר התכן של הריאקטורים ב-MOVPE זכה לתשומת לב רבה במשך השנים כדי להשיג שכבות אפיטקסיאליות אחידות (בהרכבן ובעוביין) שיש בהן ריכוז מזהמים נמוך, ושריכוז הפגמים בגלל הצטברות חלקיקים עליהן נמוך. כל זאת מבלי להזדקק לזרימות גז גבוהות, הגורמות לבזבוז ניכר של חומר. מחקרים אלו הובילו למספר משפחות של ריאקטורים רב-פרוסתיים (multi-wafer reactors) ייצוריים הניתנים לְגִמְלוּן (scale-up) בקלות:
ריאקטור אופקי פלנטרי (planetary reactor) – המצעים מונחים בסוספטרים קטנים המסודרים בצורה מעגלית על הסוספטור הראשי. באמצעות הזרמת גז מלמטה, מסתובב הסוספטור הראשי סביב עצמו, והסוספטורים הקטנים מסתובבים באותה עת כל אחד סביב עצמו (כך מתקבל הסיבוב הפלנטרי של המצעים). הסיבוב העצמי של כל מצע מפצה על הירידה הצפויה בקצב הגידול בכיוון הזרימה של הגז, ומביא לקצב גידול אחיד על פני כל המצע.
ריאקטור אנכי עם ראש מקלחת צמוד (close-coupled showerhead - CCS) – האחידות מושגת על ידי קיום מזריקי גז רבים של האורגנו-מתכות וההידרידים זה ליד זה בראש המקלחת המצוי קרוב למצעים.
ריאקטור אנכי עם דיסקה מסתובבת (rotating-disk reactor - RDR), הידוע גם בשמו המסחרי TurboDisk. – מחזיק המצעים מסתובב במהירות גבוהה מאוד הגורמת לזרימת הגז להשתנות מאנכית לאופקית תוך כדי יצירת שכבת גבול דקה מאוד.
יתרונות וחסרונות של השיטה

אחד היתרונות בגידול בשיטת ה-MOVPE, יחסית ל-MBE, הוא קצב הגידול הגבוה יותר בה, (מיקרון עד עשרות מיקרון לשעה). זה מאפשר תפוקה גבוהה יותר בייצור. בנוסף, מפני שמערכות ה-MOVPE עובדות בלחץ מופחת בלבד (בין 10 ל-760 טור), הטיפול בהן קל ומהיר יותר, בהשוואה ל-MBE, והגמלון שלהן פשוט. MOVPE (כמו גם MBE) פועלת בתנאים רחוקים משיווי משקל תרמודינמי. זה מעניק לה יתרון על פני LPE, הפועלת קרוב לשיווי משקל, בגידול סגסוגות הנוטות להיפרדות לפאזות.
עם זאת, החומרים המשמשים לגידול מסוכנים ברמה גבוהה ביותר (רעילים ודליקים). זה מצריך מערכות סילוק ונטרול של הגזים, ויישום מערכות בקרה, שליטה והגנה בטיחותיות. מערכות אלו מייקרות במידה ניכרת את הפעילות סביב האפיטקסיה ב-MOVPE. בעיה הצורך בגז נושא אינרטי מהווה פעמים רבות בעיה בטיחותית נוספת, שכן בדרך כלל משתמשים במימן לצורך זה. זה מחייב התמודדות עם גילוי עקבות של מימן וסילוקו המהיר מאולם הגידול למניעת פיצוץ. אף על פי כן מעדיפים להשתמש במימן על פני גזים בטוחים יותר (כמו חנקן או ארגון), שכן הוא ניתן לגילוי ברמות נמוכות ביותר, הרבה לפני הגעתו לרמה מסוכנת. כך אם קיימת דליפה מהמערכת היא תזוהה מידית על ידי גלאי המימן לפני שהשתחררה כמות מסוכנת של אחד הגזים המגיבים הרעילים.
חיסרון נוסף של שיטת ה-MOVPE הוא האפשרות לזיהום השכבות המגודלות בפחמן, אם לא מצליחים לסלק את כל שאריות הפחמימנים מהתרכובות המטלו-אורגניות (כאמור, על ידי מגיבים המשחררים כמות מספקת של רדיקלים של מימן). עוד חסרון של השיטה הוא ביתרונה: אף שניתן לגדל ב-MOCVD גם בקצב איטי יחסית, החלפת הגזים אורכת זמן סופי, ולכן אי אפשר לקבל ממשקים חדים מאוד כמו ב-MBE.
ראו גם

קריסטלוגרפיה
גידול גבישים
אפיטקסיה
כימיה אורגנו-מתכתית
לקריאה נוספת

G.B. Stringfellow, Organometallic vapor-phase epitaxy - Theory and practice, Academic, Boston, MA, 1989, מסת"ב 0-12-673840-8
M. Razeghi, The MOCVD Challenge: A survey of GaInAsP-InP and GaInAsP-GaAs for photonic and electronic device applications, CRC Press,Boca Raton, FL 2011, 2nd Ed., 2011 מסת"ב 13: 978-1-4398-0700-2
S. Irvine and P. Capper (Eds.), Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) - Growth, Materials Properties, and Applications, John Wiley & Sons, Hobokon, NJ 2020 מסת"ב 9781119313045
ביומסה (מקור אנרגיה)

ביומסה היא חומר אורגני המצוי בטבע, שמקורו בבעלי חיים וצמחים ומשמש להפקת אנרגיה. ניתן להשתמש בביומסה ממקור מתחדש וכזה שאינו מתחדש. חומרי הגלם העיקריים מהם ניתן להפיק אנרגיה הם מסה חקלאית (גזם עצים), סוגי פסולת שונים כמו פסולת ביתית ועירונית, פרש בעלי חיים וביוב.
ניתן להפיק מביומסה אנרגיה בדרך ישירה או עקיפה. הדרך הנפוצה ביותר היא שרפה ישירה של ביומסה, לייצור חום או המרה לחשמל. דרך נוספת היא הפיכת הביומסה לביוגז, על ידי תהליכי עיכול אנאירובי (אנ'), גזיפיקציה (אנ') ופירוליזה. את הביוגז ניתן להמיר לדלק ביולוגי, כתחליף לדלקים הקונבנציונליים.
עיכול אנאירובי אינו תהליך מאוד יעיל להפקת אנרגיה, מהסיבה שנותר חומר אורגני לא מנוצל. מ-100 טונות פסולת ניתן להפיק ביוגז השווה ל-1 מגה ואט. לעומת זאת, בשיטות תרמיות של שרפה או מיחזור ניתן להפיק אנרגיה בצורת חום. את האנרגיה הזו ניתן להמיר לביו-דלקים. בשיטות תרמיות ניתן להפיק פי שלושה יותר אנרגיה לכל טון חומר מאשר בתהליך עיכול אנאירובי. מלבד זאת, בשיטות תרמיות נפלטת כמות קטנה יותר של אפר כתוצר לוואי.
ביומסה בעולם

על פי משרד האנרגיה האמריקאי, השימוש בביומסה כמקור לאנרגיה מתחדשת, מהווה כ-4% מכלל האנרגיה בעולם. בשנת 2019 הביומסה סיפקה כ-5% מכלל השימוש באנרגיה ראשונית בארצות הברית. מתוך 5% אלו, כ-46% מהאנרגיה שמקורה בעץ, 46% מאנרגיה שמקורה בדלקים ביולוגיים ו-8% נוספים שמקורם בפסולת אורגנית עירונית.
באסיה ובאפריקה השימוש הביתי בביומסה הוא הגבוה ביותר. יבשות אלו מהוות חלק גדול באספקה מקומית של ביומסה, עקב השימוש המוגבר בפחם ובעץ בעירה לצורך חימום ובישול. לעומת זאת, ארצות הברית וברזיל מובילות בייצור של דלקים ביולוגיים נוזליים, בשל ייצור גבוה של ביו-אתנול מתירס בארצות הברית וקני סוכר בברזיל. ארצות אלו יחד מהוות יותר מ-70% מכלל אספקת הדלקים הביולוגיים העולמית. בנוסף לכך, אירופה היא ספקית הביוגז הגדולה ביותר בעולם, ומהווה יותר מ-50% מאספקת הביוגז העולמית. נוסף לכך תחנת כוח ביומסה לא מזהמת את הסביבה.
בעקבות גילוי עתודות הגז והנפט, אשר עשויות להוות כמקור לדלקים בשנים הקרובות, בארצות הברית מפנים את תשומת הלב לייצור דלק מימן מביומסה (ומנגד, הפחתה בייצור דלקים חלופיים באמצעות הביומסה). העיקרון בייצור דלק מימן מביומסה מתבצע על ידי המרת הביומסה לגז או נוזל, והפרדתו משאר המולקולות. דלק מימן עשוי לשמש כדלק עתידי נקי יותר. ניתן להשתמש בו בתאי דלק או במנועי בעירה פנימית.
ביומסה בעולם > הפקת אנרגיה מפסולת אורגנית עירונית

ברחבי העולם נעשה שימוש בפסולת אורגנית עירונית כמקור לאנרגיה, בעיקר להפקת חשמל וחום. פסולת אורגנית זו, משמשת כמקור ליצירת אנרגיה על ידי תהליכים שונים, ביניהם, עיכול אנאירובי או שימוש במשרפות. תהליך הפקת האנרגיה מפסולת זו מתבצע על ידי הפרדת הפסולת לשני זרמים: זרם "רטוב", הכולל בעיקר שאריות של מזון, וזרם "יבש", שמכיל פלסטיק, נייר, אריזות וזכוכית. השימוש בפסולת אורגנית עירונית להפקת אנרגיה נפוץ מאוד במדינות אירופה. כ-15% מן הפסולת הביתית בשוודיה עובר תהליך של עיכול אנאירובי להפקת ביוגז ודשן מוצק. לעומת זאת, 51% מהפסולת האורגנית העירונית מנוצלת לצורכי הפקת אנרגיה במשרפות. באסיה נפוץ מאוד השימוש במעכלים אנאירוביים, לצורכי הפקת אנרגיה לחימום, חשמל ובישול.
ביומסה בעולם > הפקת אנרגיה ממסה חקלאית

ענף החקלאות מהווה פחות מ-10% מאספקת הביומסה העולמית לצורך הפקה של ביואנרגיה. שימושים עיקריים ביבולים חקלאיים להפקת אנרגיה מתבססים על ייצור של ביוגז ודלקים ביולוגיים. בנוסף יש שימוש ישיר לצורכי חימום ובישול. גידולים מקובלים לצרכים אלו הם התירס וקני סוכר, המשמשים להפקת דלק ביולוגי. כמו כן, קיים פוטנציאל להפקת אנרגיה מקליפת אורז וחיטה. השימוש בגידולים החקלאיים כביומסה לצורך הפקה של ביואנרגיה הוא קטן ביחס לשימושם לצורך ייצור של מזון.
ביומסה בעולם > הפקת אנרגיה ליצירת דלקים ביולוגיים

נכון לשנת 2017, הופקו ברחבי העולם כ-138 מיליארד ליטרים של דלק ביולוגי. דלק זה כלל בתוכו ביואתנול, ביו-דיזל ושמנים צמחיים. הביואתנול שמיוצר מקנה סוכר ותירס היווה 62% מייצור הדלק הביולוגי העולמי באותה השנה. ארצות הברית וברזיל אחראיות על כ-87% מהייצור העולמי של הביואתנול, כאשר אירופה ואסיה ייצרו כל אחת כ-6%–7%. ניתן לייצר ביו-דיזל בין השאר מגידולים של פולי סויה. בשנת 2017 הייתה אירופה היצרנית המובילה ביותר של הביו-דיזל, עם כ-44% מסה"כ הייצור העולמי, ואחריה דרום אמריקה שייצרה כ-37% באותה השנה.
ביומסה בעולם > הפקת אנרגיה ליצירת חשמל וחימום

באירופה קיימות תחנות כוח מסוג קוגנרציה המשתמשות בביומסה כחומר דלק לצורכי הפקת חשמל וחום. עקב האקלים הקר השורר במדינות אירופה, תחנות כוח אלו יכולות להוות יתרון משמעותי, משום שבנוסף לייצור החשמל הן מספקות חום למשקי הבית. בצורה זו, החום הנוצר בתחנות הכוח הללו אינו מתבזבז. בתחנות כוח אלו נעשה שימוש בתעשיית העצים, כחומר גלם איכותי, כמו גם, בפסולת חקלאית (קש). בתחנות כוח אלו ישנה פליטה מופחתת של גזי חממה, ובפרט, פליטה מופחתת של פחמן, בהשוואה לתחנות כוח הפועלות על פחם או מזוט, אך הן מזהמות יותר מתחנות כוח הפועלות על גז טבעי או בטכנולוגיה של גזיפיקציה.
בישראל

בישראל מיוצרים מדי שנה כ-5 מיליון טונות של פסולת עירונית, מתוכן כ-1.8 מיליון טונות פסולת אורגנית עירונית, שמהם ניתן להפיק אנרגיה. לפי תחזיות המשרד להגנת הסביבה משנת 2014, קצב הגידול השנתי של פסולת אורגנית נע בין 3%–5%, כך שעד שנת 2025 ייווצרו מדי שנה כ-5.5 מיליון טונות של פסולת אורגנית עירונית. על פי ההערכות, מכמות פסולת זו ניתן לייצר כ-4% מכלל החשמל המיוצר בישראל. בשנת 2015 התקבלה החלטה ממשלתית לפיה הוגדרו יעדים להפקת חשמל מאנרגיה מתחדשת – 13% מהיקף הייצור עד שנת 2025, וכ-17% עד סוף שנת 2030.
בישראל > הפקת אנרגיה ממקורות פסולת > הפקת אנרגיה משפכים

בישראל פסולת השפכים נעמדת מדי שנה ב-500 מיליון קוב, למרות הכמויות הגדולות של פסולת זו, אין כדאיות כלכלית להפיק ממנה אנרגיה כביוגז בגלל עלויות גבוהות הנובעות מכך ששפכים מימיים מכילים כמות מועטה של חומר אורגני, כיוון שהם מהולים במים למטרות שינוע. עיקר הפקת האנרגיה משפכים מימיים בישראל מתמקדת בהפקת בוצה (120 אלף טונות בוצה יבשה ו-600 אלף טונות בוצה רטובה). מבוצה זו ניתן לייצר מדי שנה כ-0.2 מיליון טונות דשן מוצק בתהליך עיכול אנאירובי רטוב. נכון לשנת 2013 59% מהבוצה בישראל הופנתה ליצירת קומפוסט לחקלאות, 3% הוטמנה ו-38% הוזרמה לים מהשפד"ן.