Renseignez-vous sur la technologie de préparation des couches minces dans un article

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La croissance épitaxiale à couches minces est une méthode clé de préparation des matériaux qui est largement utilisée dans les dispositifs semi-conducteurs, l'optoélectronique et la nanotechnologie.

Ce processus implique le dépôt d'atomes ou de molécules de la couche de matériau par couche à la surface du substrat pour former un film avec des propriétés et une structure spécifiques, donc son processus de croissance affecte directement la structure du film et ses propriétés finales.

Par rapport aux matériaux en vrac, les films minces ont les caractéristiques d'une préparation facile, d'une modification facile et d'un faible coût. En même temps, les appareils basés sur le film mince - - sont plus petits en masse et en taille, et sont plus faciles à intégrer avec SI - CMOS et Micro - Electro - Système mécanique (MEMS) pour atteindre une grande intégration.

À l'heure actuelle, la technologie de préparation des films minces comprend principalement le dépôt de pulvérisation, l'évaporation du vide, l'épitaxie du faisceau moléculaire (MBE), le dépôt de bain chimique (CBD) et d'autres méthodes.

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Méthode d'évaporation de l'aspirateur

L'évaporation sous vide est une méthode de chauffage des matières premières (également connues sous le nom de cibles) dans le conteneur de l'évaporateur dans une chambre à vide, sublimant leurs atomes ou molécules pour former un flux de vapeur, les transportant à la surface d'un substrat solide avec une température plus basse, puis re- condensation et en leur déposant dans un film mince. L'équipement de revêtement d'évaporation sous vide comprend principalement la chambre à vide, la source d'évaporation ou le radiateur d'évaporation, le substrat, le réchauffeur de substrat et le thermomètre. Normalement, le point de fusion du matériau déposé par évaporation thermique doit être inférieur à 1500 degrés, et le taux d'évaporation est ajusté par la quantité de courant de chauffage pendant le processus de dépôt. Afin d'assurer l'uniformité de la composition et de l'épaisseur du film évaporé et de la répétabilité du processus d'évaporation, il est également nécessaire d'équiper en outre la table rotative du substrat et le système de surveillance partiel d'épaisseur de film partiel en quartz. Le revêtement d'évaporation sous vide se compose de trois processus principaux, comme le montre la figure:

Prendre l'évaporation du faisceau d'électrons comme exemple, premièrement, la cible de phase solide - est transformée en phase de vapeur à haute température.

Ensuite, les atomes ou les molécules vaporisés sont transportés entre la source d'évaporation et le substrat, et le nombre de collisions entre les particules de phase de gaz - et les molécules de gaz résiduelles dans la chambre à vide pendant le vol, la dépôt moyen de la voie libre de l'évapo Les particules de phase de vapeur - à la surface du substrat, qui impliquent des étapes clés telles que la condensation du matériau de phase de vapeur -, la formation du centre de nucléation, la croissance de la nucléation et enfin la formation d'un film continu.

Étant donné que la température du substrat est significativement inférieure à la température cible, les particules de phase solide de gaz - subiront une transition de phase solide à gaz direct - sur la surface du substrat. Il est important de souligner que toutes les étapes de processus ci-dessus doivent être effectuées dans un environnement à vide élevé. Si le vide est insuffisant, les particules évaporées entrent en collision fréquemment avec les molécules de gaz résiduelles, ce qui entraînera non seulement la contamination de la couche de film par des impuretés pour former des oxydes, mais peut également être difficile de former une structure de film uniforme et dense en raison de l'effet de diffusion des températures de gaz. L'évaporation sous vide est utilisée pour fabriquer des films minces depuis des décennies et est très polyvalent.

Ces dernières années, afin d'inhiber ou d'éviter la réaction chimique entre les matières premières du film et les conteneurs à des températures élevées, de nombreuses améliorations ont été apportées aux creusets et à des méthodes de chauffage, telles que: en utilisant des crucibles en céramique de nitrure de bore résistant au nitrure résistant au nitrure; À l'aide d'un faisceau d'électrons ou d'un laser comme source de chauffage, une petite zone de la surface de la matière première est chauffée de sorte que la zone atteint une température élevée instantanément.

En réponse aux exigences croissantes pour les performances du film fonctionnel, la source multi - Source Co - et les méthodes d'évaporation séquentielle sont utilisées pour fabriquer des films composites avec des compositions complexes ou des films composites multi -.

De plus, les chercheurs ont développé une méthode d'évaporation de réaction pour les films composés sujets à la ségrégation des composants pendant l'évaporation.

La méthode d'évaporation du vide présente les avantages d'un faible coût, d'un équipement simple et d'un fonctionnement facile, et le mécanisme de croissance du film déposé par cette méthode est simple, la pureté du film est élevée, l'épaisseur du film est précise et contrôlable, et des graphiques clairs peuvent être obtenus en utilisant la plaque de masque. Le principal inconvénient de cette méthode est que l'énergie cinétique des atomes de phase de gaz - produite par évaporation thermique est inférieure à celle du dépôt de pulvérisation, et la liaison entre le substrat et le substrat après le ré - est faible, ce qui peut être amélioré en chauffant le substrat.

Méthode de dépôt de pulvérisation

La technologie de dépôt de pulvérisation est une branche importante de la technologie de dépôt physique de vapeur (PVD). Il fonctionne en utilisant l'énergie radiofréquence ou les faisceaux laser pour activer les gaz raréfiés (AR, O2, N2, etc.) dans la chambre à vide pour former un plasma d'énergie élevé -. Les ions de ces plasmas accélèrent le bombardement de la surface cible sous l'action du champ électrique, et les atomes cibles obtiennent une énergie suffisante pour se détacher de l'esclavage du réseau par le transfert d'énergie cinétique, puis migrer sous forme gazeuse et déposer à la surface du substrat pour former un film mince.

La technologie de dépôt de pulvérisation actuellement utilisée comprend principalement la pulvérisation des diodes, la pulvérisation des tripoles, la pulvérisation réactive et la pulvérisation du magnétron, parmi lesquelles la pulvérisation de magnétron est la technologie de dépôt de pulvérisation à couches minces la plus largement utilisée et la plus industrialisée, et son équipement et son principe sont montrés sur la figure.

Cette technologie construit un champ magnétique fermé dans une chambre à vide, et sa direction parallèle à la surface cible peut limiter le plasma et les électrons secondaires à la zone près de la cible, améliorant l'efficacité d'ionisation de l'argon. Cet effet de confinement magnétique peut augmenter simultanément le nombre de particules chargées d'énergie - élevées et leur énergie cinétique dans le plasma, améliorant ainsi considérablement l'effet de bombardement de particules d'énergie élevées - à la surface de la cible de la pulvérisation et atteignant une augmentation significative du taux de dépôt des films minces.

En raison du taux de formation de film élevé, les atomes n'ont pas assez de temps pour migrer vers la position énergétique la plus faible dans le réseau cristallin, de sorte que les films semi-conducteurs préparés à l'aide de la pulvérisation du magnétron ont généralement une densité de défauts élevée.

Cependant, cette technique peut être utilisée pour déposer de grandes zones de films minces et peut obtenir un contrôle précis de l'épaisseur du film à travers des oscillateurs de cristal de quartz.

Méthode de dépôt de bain chimique

Le premier film de composés de sel de plomb déposé à l'aide de la méthode CBD est le PBS, datant de l'ère de la Seconde Guerre mondiale. Dans les années 60 du siècle dernier, cette technologie a été largement utilisée pour déposer des films PBSE. Le diagramme schématique des dispositifs et principes des réacteurs CBD communs est illustré sur la figure:

Dans certaines conditions, le précurseur subit une réaction d'hydrolyse pour produire du PB 2+ et SE2- dans la solution, et lorsque la concentration de ces deux ions augmente pour dépasser le produit de concentration de solution constant, les précipitations PBSE seront générées à partir de la solution pour former un film PBSE.

Les sources PB 2+ sont généralement PB (NO3) 2 et PB (CH3COO) 2, et les sources SE2- ION sont (NH2) 2CSE et NA2SESO3.

0040-02544 Haut de corps, métal DPS

La technologie principale de la technologie CBD pour le dépôt de films minces est de réguler la réaction d'hydrolyse des précurseurs, et de contrôler le taux de dépôt et la qualité de la formation du film des films PBSE en contrôlant la concentration des précurseurs, du pH, de la température de réaction, du temps de réaction et d'autres paramètres de processus.

Le processus CBD est la méthode grand public pour préparer des films PBSE en raison de son appareil simple, de sa formation de films rapide, de son faible coût de processus et du contrôle facile de la réaction.

De plus, il réagit généralement à des températures inférieures à 100 degrés et est très compatible avec les matériaux de substrat.