通过质量流量和压力控制改进 MOCVD

化学气相沉积 ( CVD ) 描述了使用挥发性气相化合物创建功能涂层的各种方法。CVD 有许多不同类型,包括但不限于 MOCVD、ALD、CVI 和 PECVD。

金属有机化学气相沉积 ( MOCVD ) 描述了使用具有有机配体的金属络合物作为前体的 CVD。与其他 CVD 方法一样,MOCVD 会随着这些挥发性化合物在加热的基材表面(通常加热温度在 400°C – 1300°C 之间)上分解而形成涂层。这些系统的工作压力通常在 10-100 托之间的真空中运行。正如我们将讨论的,许多 MOCVD 系统还利用起泡器来蒸发前体,从而确定前体浓度、生长时间和生长速率。蒸发后,前体通过诸如N 2或H 2的载气移动到主生长室,在那里它们与加热的衬底相互作用,如上所述。

MOCVD用于生产各种类型的粉末、纤维、薄膜和厚膜、薄膜异质结构、单晶、玻璃及其结构品种(非晶材料、不同微观结构的多晶材料等)。MOCVD 是生产 GaN 和 GaAs 基光电器件最常用的系统,例如发光二极管 (LED)、激光二极管、异质双极结晶体管 (HBT)、高电子迁移率晶体管 (HEMT)、太阳能电池和光电探测器。

优化 MOCVD 系统效率的好处

MOCVD 的一个主要优点是可以在远低于其典型熔点的温度下由高温氧化物和难熔金属(例如铱和铂)形成致密涂层。这些类型的涂料非常适合各种制造工艺,包括制造内燃机、喷气式燃气轮机叶片和高温化学加工。此类涂层被认为利润极高,占价值数十亿美元的航空业所有航空零部件的 35%。

艾里卡特的质量流量和压力控制器非常适合用于 MOVCD 系统,因为必须仔细控制捕获的前体气体和载气的流量和压力,以达到最大运行效率。在这里,我们将讨论几种 MOCVD 系统设计选项,其中 Alicat 设备为重要的 MOVCD 变量(如气流、压力等)提供可重复、快速、闭环控制。

设置 1:气体质量流量和压力控制

典型的 MOCVD 设置中,位于单独溶液室中的液态金属有机前驱体根据需要进行温和加热,喷射或鼓泡以溶解前驱体气体,并通过高纯度载气(通常是氮气或氢气)通过温度控制输送到 MOCVD 反应器中。受控闪蒸器。该输送管线的温度受到精确控制,以避免前体在引入 MOCVD 反应器之前发生冷凝或过早反应。前驱体与高纯度反应气体一起流过特殊的孔口歧管,该孔口歧管旨在在加热的基材上提供均匀的沉积和厚度。

在此配置中,载气流速的高精度至关重要。艾里卡特的质量流量控制器按照以下规格重复、准确地调节载气流量:

  • 控制气体流量从 0.5 SCCM 到 5,000 SLPM
  • 精度为读数的 ±0.5% 或满量程的 ±0.05%(以较大者为准)
  • 0.01-100% 的宽控制范围(10,000:1 调节比)

这确保了正确数量的前体气体被鼓泡/喷射并流入化学沉积室。

此外,Alicat 的压力控制器提供背压室控制,可在30 毫秒内达到压力设定点,NIST 可追踪精度达到满量程的 ±0.125%,从而使化学沉积室能够保持 10-100 托之间的恒定真空。此外,由于载气必须保持纯净才能成功反应,因此低泄漏率是限制环境气体污染的理想选择。Alicat 的压力和流量控制器均具有低泄漏率,低至仅 10e -9 atm-cc/sec,极大地限制了不需要的气体混合条件。

设置 2:液体质量流量和压力控制

作为上述设置的替代方案,可以使用液体流量控制器(例如 Alicat 的CODA KC 系列)与气体质量流量控制器和压力控制器相结合来更精确地优化 MOVCD。液体流量控制器(例如 Alicat 的 CODA KC 系列)不是像之前的程序那样喷射前体,而是将精确量的前体液体输送到闪蒸器。此时,正如之前的过程一样,前体与载气(仍由气体质量流量控制器控制)结合,并在真空压力下流入主化学沉积室,与加热的基板发生反应。

该方法的成功运行取决于在非常低的流速下可重复且精确的液体前体流量控制。Alicat 的 CODA KC 系列具有以下规格:

  • 将低流量前体流体控制至 0.8 g/h(满量程 40 g/h,控制范围为 2-100%)
  • 对于前体,NIST 可追踪的液体流量精度为读数的 ±0.2%满量程的 ±0.05%(以较大者为准),即使成分发生变化或未知
  • 重复性为读数的 ±0.05%满量程的 ±0.025%(以较大者为准)

正如之前的 MOCVD 配置一样,Alicat 的气体质量流量控制器可准确提供反应所需的适量载气,同时 Alicat 的压力控制器可调节腔室真空背压。此外,Alicat 的流量控制器还提供连续的温度测量,以进一步监控操作条件。

附加信息

此外,与计算机或 PLC相结合, Alicat 的气体质量流量控制器和 CODA KC 系列液体流量控制器可以轻松地对前体液体和气体混合物进行累加和批量处理。

无论您的工艺需要精密度、可重复性、准确度还是自动化,Alicat 的液体和气体质量流量和压力控制器都能为所有 MOCVD 应用提供最新的技术、最独特的功能和最快的结果。

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