有机金属化学气相沉积法

有机金属化学气相沉积法（MOVPE），也称为有机金属气相外延（OMVPE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD），是一种化学气相沉积方法，用于生产单晶或多晶薄膜。 这是一种生长结晶层以创建复杂的半导体多层结构的工艺。 与分子束外延 (MBE) 相比，晶体的生长是通过化学反应而不是物理沉积。 这不是在真空中发生的，而是在中等压力（10 至 760 托）下的气相中发生的。 因此，该技术是制造包含热力学亚稳态合金的器件的首选技术，并且它已成为制造光电子产品（例如发光二极管）的主要工艺。

在 MOCVD 中，将超纯前体气体注入反应器，通常使用非反应性载气。 对于 III-V 族半导体，金属有机物可用作第 III 族前体，氢化物可用作第 V 族前体。 例如，磷化铟可以与三甲基铟 ((CH3)3In) 和磷化氢 (PH3) 前体一起生长。

当前体接近半导体晶圆时，它们会发生热解，亚种会吸收到半导体晶圆表面。 前体亚种的表面反应导致元素结合到半导体晶格的新外延层中。 在 MOCVD 反应器通常运行的质量传输限制生长机制中，生长是由气相中化学物质的过饱和驱动的。 MOCVD 可以生长含有 III 族和 V 族、II 族和 VI 族、IV 族组合的薄膜。

所需的热解温度随着前体化学键强度的增加而增加。 与中心金属原子相连的碳原子越多，键越弱。 原子在衬底表面的扩散受表面原子台阶的影响。

III 族金属有机源的蒸气压是 MOCVD 生长的重要控制参数，因为它决定了传质限制区域的生长速率。

在金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 技术中，反应气体在升高的温度下在反应器中结合以引起化学相互作用，从而导致材料沉积在基板上。

反应器是由不与所用化学品发生反应的材料制成的腔室。 它还必须承受高温。 该腔室由反应器壁、衬里、基座、气体注入单元和温度控制单元组成。 通常，反应器壁由不锈钢或石英制成。 陶瓷或特殊玻璃，例如石英，通常用作反应器壁和基座之间的反应器室中的衬里。 为防止过热，冷却水必须流过反应器壁内的通道。 衬底位于处于受控温度下的基座上。 基座由耐高温和耐金属有机化合物的材料制成，通常由石墨加工而成。 为了生长氮化物和相关材料，需要在石墨基座上涂上一层特殊的涂层，通常是氮化硅或碳化钽，以防止被氨气 (NH3) 腐蚀。

一种用于进行 MOCVD 的反应器是冷壁反应器。 在冷壁反应器中，基板由基座支撑，基座也充当基座。 基座/基座是反应室中热能的主要来源。 只有基座被加热，因此气体在到达热晶圆表面之前不会发生反应。 基座/接受器由诸如碳的辐射吸收材料制成。 相比之下，冷壁反应器中反应室的壁通常由石英制成，石英对电磁辐射基本上是透明的。

然而，冷壁反应器中的反应室壁可通过从热的基座/基座辐射的热量间接加热，但将保持比基座/基座和基座/基座支撑的衬底更冷。

在热壁 CVD 中，整个腔室都被加热。 这对于某些气体在到达晶圆表面之前进行预裂解以允许它们粘附在晶圆上可能是必要的。

气体通过称为“起泡器”的装置引入。 在起泡器中，载气（通常是砷化物和磷化物生长中的氢气或氮化物生长中的氮气）鼓泡通过金属有机液体，它吸收一些金属有机蒸气并将其输送到反应器。 输送的金属有机蒸气量取决于载气流速和起泡器温度，通常由 u 自动和最准确地控制。