در مورد فناوری پوشش تراشه و روشهای آزمایش در یک مقاله بیاموزید

این فرآیند شامل رسوب اتمها یا مولکول های لایه ماده بر اساس لایه بر روی سطح بستر برای تشکیل یک فیلم نازک با خواص و ساختار خاص است ، بنابراین روند رشد آن به طور مستقیم بر ساختار فیلم و همچنین خصوصیات نهایی آن تأثیر می گذارد.

سینتیک رشد اپیتاکسیال فیلم های نازک ، تکامل تغییرات مختلف پویا در فرآیند رشد فیلم های نازک را توصیف می کند ، که شامل پیوندهای کلیدی مختلفی مانند انتشار سطح ، جذب ، دفع و تجمع است. تعامل بین این پیوندها بر ساختار ، مورفولوژی و خواص فیلم تأثیر می گذارد.

هنگامی که اتمها یا مولکول ها در بستر شلیک می شوند ، با سطح بستر برخورد می کنند و باعث می شود یک قسمت منعکس شود و قسمت دیگر روی سطح باقی بماند.

0200-00435 حلقه بالا ، سیلیکون

اتمها و مولکول هایی که روی سطح باقی می مانند تحت تأثیر انرژی خودشان قرار می گیرند و دمای بستر و انتشار سطح و مهاجرت رخ می دهد. برخی از سطح جدا شده اند ، در حالی که برخی دیگر تا حدی توسط سطح در دماهای بالا جذب می شوند تا میعانات تشکیل می دهند. کل فرآیند تراکم شامل مراحلی مانند تشکیل هسته ، تشکیل جزیره ، ادغام و رشد است که به شکل گیری یک فیلم نازک مداوم به اوج می رسد.

فیلم های اپیتاکسیال با کیفیت بالا پایه و اساس ساخت دستگاه های خوب هستند و برای تحقق ساخت دستگاه های با کارایی بالا ، لازم است که هنگام انتخاب فن آوری های رشد ، به طور جامع خواص مواد ، الزامات کاربردی ، شرایط رشد و سایر عوامل را در نظر بگیرید تا به کنترل دقیق و رشد با کیفیت بالا در فیلم ها برسد.

در اینجا چند تکنیک Epitaxy فیلم نازک رایج آورده شده است:

0200-00417 حلقه درج ، سیلیکون 150 میلی متر ، مسطح.

فناوری پراکنده مگنترون

پاشیدن مگنترون یک روش رسوب فیزیکی است. این نوع تجهیزات دارای یک ساختار نسبتاً ساده است ، کنترل رشد فیلم های نازک با تنظیم پارامترها آسان است و برای تهیه مواد فیلم کمی بزرگتر مناسب است و این فناوری به طور گسترده در صنعت و آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

نمودار شماتیک در زیر نشان داده شده است ، به طور عمده از طریق شتاب الکترون ها تحت عمل یک میدان الکتریکی ، ضربه به اتم AR و یونیزه کردن اتم AR به AR+ و الکترون ها.

هنگامی که یون های آرگون با سرعت بالا به هدف برخورد کردند ، اتم های هدف به اندازه کافی حرکت می کنند تا از هدف جدا شوند و روی بستر سقوط کنند تا یک فیلم متراکم تشکیل دهند. فناوری پراکندگی مگنترون به لکه دار شدن DC و لکه گیری فرکانس رادیویی تقسیم می شود. به طور کلی ، هنگامی که هدف ماده ای با هدایت ضعیف است ، مانند نیمه هادی ها و سرامیک ، منبع فعلی متصل به هدف منبع تغذیه فرکانس رادیویی است. هنگامی که هدف AU ، TI و سایر مواد فلزی است ، منبع تغذیه متصل یک منبع DC است.

رسوب بخار شیمیایی ترکیبات ارگانیومیتی

MOCVD یک روش رشد شیمی درمانی است. از دهه 60 قرن بیستم ، این فناوری توسط Manasevit و سایر شرکت های Rockwell در ایالات متحده پیشنهاد شده است و اکنون به فناوری اصلی برای تهیه انبوه فیلم های نازک نیمه هادی تبدیل شده است. با انتقال واکنش دهنده ها از طریق گاز حامل و تحت یک واکنش شیمیایی تحت شرایط مناسب ، تهیه فیلم های GA2O3 به عنوان نمونه گرفته می شود:

منبع فلزی و آلی Triethylgallium (TEGA) است ، از اکسیژن به عنوان گاز واکنش استفاده می شود ، و آرگون گاز بی اثر به عنوان گاز حامل مورد استفاده قرار می گیرد و منبع واکنش فلزی-ارگانیک مورد نیاز برای آزمایش به شکل گاز از طریق گاز حامل منتقل می شود و با اکسیژن در محفظه واکنش بالا مخلوط می شود و در نهایت واکنش شدید TMOCOMES THEMOMPORTOMAL THERCOMPORTOMAL THERTOMAL THERMOMES THERMOMES THERMOMAN فیلم epitaxial پس از کنترل دقیق نسبت گاز.

نمودار جریان واکنش MOCVD به شرح زیر است:

فناوری MOCVD ویژگی های زیر را دارد:

طیف گسترده ای از مواد را می توان تهیه کرد: می توان از آن برای تهیه تقریباً تمام مواد نیمه هادی مرکب مانند سیلیکیدها ، نیتریدها ، اکسیدها و غیره استفاده کرد. بنابراین ، این فناوری به یک فناوری آماده سازی فیلم نازک بسیار مهم در صنعت نیمه هادی تبدیل شده است.

2. نرخ رشد به طور مداوم در طیف گسترده ای قابل تنظیم است و برای رشد لایه های فوق العاده نازک از فیلم های مرکب مناسب است. با تنظیم و کنترل سرعت جریان جریان گاز واکنش دهنده ، پارامترهایی مانند سرعت رشد فیلم و غلظت دوپینگ را می توان در طول استفاده از این فناوری به راحتی تنظیم کرد. علاوه بر این ، از آنجا که گاز واکنش در محفظه واکنش می تواند در هر زمان تغییر یابد ، این فناوری می تواند باعث شود که مواد در طی رشد هتروپیتاکسی ، رابط آشکار ایجاد کنند ، که این امر منجر به تهیه هتروساستورهای پیچیده است.

3. فیلم تهیه شده توسط آن دارای خلوص و یکنواختی خوب ، تکرارپذیری بالا و درجه بالایی از اتوماسیون تجهیزات است که باعث می شود تولید انبوه یک منطقه بزرگ و برای تولید صنعتی مناسب باشد.

4. نظارت بر صحنه ، بیشتر کیفیت و عملکرد فیلم را در طی فرآیند رشد تضمین می کند. فناوری MOCVD با استفاده از مزایا و ویژگی های منحصر به فرد خود ، موقعیت مهمی را در زمینه تهیه فیلم نازک نیمه هادی اشغال می کند و از تحقیقات علمی و کاربردهای صنعتی پشتیبانی جدی می کند.

سیستم اپیتاکس پرتو لیزر

پرتو مولکولی لیزر Epitaxy (LMBE) در دهه 90 از قرن گذشته شروع به توسعه کرد ، یک فناوری جدید ساخت فیلم با دقت بالا است ، LMBE نه تنها مزایای راندمان بالا ، انعطاف پذیری و مناسب برای انواع مواد در آماده سازی PLD را به ارث می برد ، بلکه تنظیم دقیق روند رشد فیلم را با معرفی فرایند رشد به موقع در بخش واقعی می تواند با معرفی فرایند رشد در زمان واقعی در بخش واقعی رشد کند.

این فناوری نظارت بر زمان واقعی ، محققان را قادر می سازد تا وضعیت رشد فیلم را در زمان واقعی رعایت کنند و پارامترهای رشد را به موقع تنظیم کنند تا از کیفیت و عملکرد فیلم در بهترین حالت خود اطمینان حاصل کنند.

با توجه به ویژگی های LMBE ، این فناوری می تواند برای رشد مواد فوق العاده نیمه هادی مورد استفاده قرار گیرد و همچنین برای رشد فیلم های نازک چند عنصر ، ذوب شده و پیچیده مانند ابررسانا ، کریستال های نوری ، فروالکتریک ها ، پیزوالکتریک ها ، فراری ها ، فراری ها و پلیمرهای ارگانیک مناسب است.

علاوه بر این ، این روش همچنین می تواند تحقیقات اساسی را در مورد تعامل مربوط به لیزر مربوطه و فیزیک و شیمی فرآیند فیلم سازی انجام دهد. اصل اساسی LMBE استفاده از لیزر پر انرژی برای ضربه زدن به هدف است ، به طوری که اتمهای موجود در هدف از بین می روند ، به بستر می رسند ، هسته ای را روی سطح بستر قرار می دهند و به جمع می شوند و به تدریج در یک فیلم کامل گسترش می یابند.

نمودار شماتیک سیستم اپیتاکس پرتو مولکولی لیزر در شکل زیر نشان داده شده است.

این روش epitaxial ویژگی های زیر را دارد:

1. وضوح بالای ساختار فیلم نازک: سرعت رشد آهسته است ، به طور کلی حدود یک لایه اتمی در ثانیه ، بنابراین فیلم با استفاده از این روش رشد دارای کیفیت یکنواخت و تبلور عالی است که برای رشد فوق العاده و سایر فیلم های نازک که باید به طور دقیق کنترل شوند ، بسیار مناسب است.

2. فرآیند رشد در شرایط خلاء فوق العاده بالا انجام می شود ، که می تواند به رشد اپیتاکسی با خلوص بالا برسد.

3. فرآیند رشد و نرخ رشد را می توان به شدت کنترل کرد و می توان با استفاده از RHEED کنترل کرد ، بنابراین می توان برای دستیابی به کنترل دقیق ضخامت رشد فیلم ، نظارت در زمان واقعی حاصل شد.

4. تکنیک های توصیف فیلم نازک معمولاً از XRD ، SEM ، TEM ، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) ، طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) و طیف سنجی جذب ماوراء بنفش قابل مشاهده برای تعیین نوع کریستال ، کیفیت کریستال ، شکاف باند ، ویژگی های مورفولوژی ، ترکیب شیمیایی و نقص و همچنین شکل گیری و ساختار ساختار و ساختار باند استفاده می کنند.

(1) پراش سنج اشعه ایکس

XRD ابزاری برای مطالعه ساختار کریستال و تجزیه و تحلیل ترکیب مواد است. اصل اصلی کار استفاده از پرتوی اشعه ایکس برای تابش سطح ساختار کریستال برای اندازه گیری است ، زیرا اشعه ایکس و فاصله سطح در کریستال مشابه هستند ، بنابراین پدیده تداخل رخ می دهد و حاشیه پراش قوی ایجاد می کند. رابطه پراش فرمول پراش Bragg را برآورده می کند:

این روش آزمایش به طور گسترده ای در فیزیک ماده متراکم ، علوم مواد ، کانی شناسی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد زیرا راحت و سریع است و هیچ گونه آسیب به مواد وارد نمی کند.

 

(2) میکروسکوپ نیروی اتمی

AFM می تواند ساختار و زبری سطوح مواد جامد را تجزیه و تحلیل کند. اصل کار AFM عمدتاً استفاده از پروب برای تماس کامل با اتم های روی سطح نمونه برای اندازه گیری و تصویربرداری از تغییر نیروی اتمی بین پروب و اتم های سطح با تجزیه و تحلیل وضوح نانومتر است.

(3) میکروسکوپ الکترونی اسکن

استفاده از SEM در نیمه هادی ها عمدتاً برای مشاهده رشد سطح نمونه ها است و SEM مقطع می تواند وضعیت رشد و تجزیه و تحلیل ضخامت نمونه های چند لایه را مشاهده کند. اصل اساسی استفاده از پرتو الکترون ها برای تولید یک تصویر بزرگ شده از نمونه است ، نمونه را با یک پرتوی متمرکز از الکترون ها اسکن کرده و سپس الکترون های ثانویه/الکترون های پشتی تولید شده بر روی سطح نمونه را برای تصویربرداری بررسی کنید.

(4) میکروسکوپ الکترونی عبوری

TEM در درجه اول برای تصویربرداری با بزرگنمایی بالا از نمونه ها استفاده می شود. اصل اساسی این است که الکترونهای ساطع شده توسط اسلحه الکترون با فشار زیاد شتاب می گیرند ، که در مورد {1}} kV است و سپس توسط یک لنز کندانسور روی نمونه متمرکز شده است. نمونه باید به اندازه کافی نازک باشد تا الکترون ها از آن عبور کنند. الکترونهای منتقل شده یک الگوی پراش را در صفحه کانونی پشت و یک میکروسکوپ بزرگ شده در صفحه تصویر تشکیل می دهند.

با سایر لنزها ، تصاویر میکروسکوپی و الگوهای پراش را می توان برای مشاهده یا مستندات الکتروفوتوگرافی روی صفحه های فسفر پیش بینی کرد. الگوی پراش به دست آمده توسط این روش می تواند اطلاعات ساختاری در مورد نمونه ارائه دهد. در یک میکروسکوپ الکترونی عبوری اسکن (STEM) ، یک پرتو با قطر حدود 0 1 نانومتر برای اسکن نمونه آزمایش استفاده می شود ، و لنزهای عینی الکترونهای حمل شده را در تمام نقاط اسکن شده توسط پرتو تشخیص می دهد و با یک منطقه ثابت در صفحه کانونی پشتی مطابقت دارد.

الکترونهای اولیه موجود در ساقه نیز درست مانند SEM ، الکترونهای ثانویه ، الکترون های پشتی ، اشعه ایکس و نور بالاتر از نمونه را تولید می کنند. از پراکندگی غیرقانونی الکترون های زیر نمونه می توان برای تجزیه و تحلیل از دست دادن انرژی الکترون استفاده کرد. این باعث می شود دستگاه یک میکروسکوپ الکترونی تحلیلی واقعی باشد و TEM با وضوح بالا (HTEM) می تواند اطلاعات ساختاری از ترتیب اتمها را ارائه دهد ، همچنین به عنوان تصویربرداری از شبکه شناخته می شود. این یک وسیله مهم برای تجزیه و تحلیل رابط ، به ویژه در توسعه مدارهای یکپارچه نیمه هادی است.

(5) طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس

XPS یک تکنیک قدرتمند تجزیه و تحلیل سطح است که می تواند برای مطالعه شیمی سطح مواد جامد استفاده شود. هنگامی که اشعه ایکس سطح مواد را تابش می کند ، فوتوالکترون های فرار توسط تجهیزات تشخیص ویژه در سیستم XPS اسیر می شوند. با اندازه گیری انرژی و کمیت این فوتوالکترون ها ، اطلاعات زیادی را می توان در مورد عناصر سطح مواد بدست آورد. به عنوان مثال ، عناصر مختلف دارای انرژی اتصال الکترون های مختلف هستند ، بنابراین با تجزیه و تحلیل توزیع انرژی فوتوالکترون ها ، می توان نوع عنصر موجود در سطح ماده را تعیین کرد. نتایج داده های به دست آمده می تواند به عنوان Abscissa با انرژی اتصال دهنده الکترون به عنوان Abscissa و شدت نسبی به عنوان ترتیب برای ترسیم طیف فوتوالکترون از مواد برای تجزیه و تحلیل اطلاعات عنصر نمونه استفاده شود.

(6) طیف سنجی جذب UV-vis

مولکول یک ماده توانایی جذب امواج الکترومغناطیسی از ماوراء بنفش به منطقه قابل مشاهده (به طور کلی {0} nm) را دارد که منجر به انتقال الکترونهای ظرفیت آن از حالت زمین به حالت هیجان زده می شود ، یعنی می توان طیف جذب قابل مشاهده-قابل مشاهده را به دست آورد. با تجزیه و تحلیل داده ها از طیف UV-vis ، می توان باندهای اصلی جذب ماده را بدست آورد. همراه با فرمول TAUC ، عرض شکاف باند مواد استنباط می شود.