Film meheen bidezko deposizio tekniken ikuspegi orokorra: MOCVD, magnetron sputtering-a eta PECVD

Erdieroaleen fabrikazioan, fotolitografia eta grabatzea dira gehien aipatzen diren prozesuak, baina epitaxial edo film meheen deposizio teknikak ere funtsezkoak dira. Artikulu honek txipen fabrikazioan erabiltzen diren film meheen deposizio metodo ohikoenak aurkezten ditu, besteak beste.MOCVD, magnetron ihinztadura, etaPECVD.

Zergatik dira ezinbestekoak film meheko prozesuak txiparen fabrikazioan?

Ilustratzeko, imajinatu labean egindako ogi zapal soil bat. Bere kabuz, zaporegabea izan daiteke. Hala ere, gainazala saltsa ezberdinekin igurtziz gero —adibidez, babarrun-pasta gazi batekin edo malta-jarabe gozo batekin—, zaporea erabat eraldatu dezakezu. Zaporea hobetzen duten estaldura hauek antzekoak dira...film meheakerdieroaleen prozesuetan, ogi zapalak berak ordezkatzen duen bitarteansubstratu.

Txip fabrikazioan, film meheek hainbat funtzio betetzen dituzte —isolamendua, eroankortasuna, pasibazioa, argiaren xurgapena, etab.— eta funtzio bakoitzak deposizio teknika espezifiko bat behar du.

1. Metal-Organiko Kimikoen Lurrun Deposizioa (MOCVD)

MOCVD teknika oso aurreratu eta zehatza da, kalitate handiko erdieroaleen film meheak eta nanoegiturak metatzeko erabiltzen dena. Garrantzitsua da LEDak, laserrak eta potentzia elektronika bezalako gailuen fabrikazioan.

MOCVD sistema baten osagai nagusiak:

• Gas banaketa sistema
  Erreaktiboak erreakzio-ganberan zehaztasunez sartzeaz arduratzen da. Honek honako hauen fluxu-kontrola barne hartzen du:

• Gas garraiatzaileak

• Aitzindari metal-organikoak

• Hidruro gasak
  Sistemak bide anitzeko balbulak ditu hazkuntza eta purgatze moduen artean aldatzeko.

• Erreakzio Ganbera
  Sistemaren bihotza, non materialaren benetako hazkundea gertatzen den. Osagaien artean hauek daude:

  • Grafitoaren suszeptorea (substratuaren euskarria)

  • Berogailu eta tenperatura sentsoreak

  • In situ monitorizaziorako ataka optikoak

  • Beso robotikoak obleak automatikoki kargatzeko/deskargatzeko

• Hazkunde Kontrol Sistema
  Logika programagarriko kontrolatzailez eta ordenagailu nagusi batez osatuta dago. Hauek zehaztasun handiko monitorizazioa eta errepikagarritasuna bermatzen dituzte gordailu-prozesu osoan zehar.

• In situ monitorizazioa
  Pirometro eta erreflektometro bezalako tresnek neurtzen dute:

  • Filmaren lodiera

  • Gainazaleko tenperatura

  • Substratuaren kurbadura
    Hauek denbora errealeko feedbacka eta doikuntza ahalbidetzen dituzte.

• Ihes-tratamendu sistema
  Segurtasuna eta ingurumen-betetzea bermatzeko, azpiproduktu toxikoak deskonposizio termikoa edo katalisi kimikoa erabiliz tratatzen ditu.

Dutxa-buru itxiaren (CCS) konfigurazioa:

MOCVD erreaktore bertikaletan, CCS diseinuak gasak dutxa-buruaren egituran txandakatzen diren toberen bidez uniformeki injektatzea ahalbidetzen du. Horrek erreakzio goiztiarrak minimizatzen ditu eta nahasketa uniformea ​​hobetzen du.

• Thebiraka ari den grafito suszeptoreagasen muga-geruza homogeneizatzen laguntzen du, oblea osoan zehar filmaren uniformetasuna hobetuz.

2. Magnetron bidezko ihinztadura

Magnetron sputtering-a lurrun bidezko deposizio fisiko (PVD) metodo bat da, film meheak eta estaldurak gordailutzeko asko erabiltzen dena, batez ere elektronikan, optikan eta zeramikan.

Lan-printzipioa:

1. Helburuko materiala
   Gordailuan jarri beharreko jatorrizko materiala —metala, oxidoa, nitruroa, etab.— katodo batean finkatzen da.

2. Hutsean Ganbera
   Prozesua hutsean egiten da kutsadura saihesteko.

3. Plasma Sorkuntza
   Gas geldo bat, normalean argona, ionizatzen da plasma osatzeko.

4. Eremu magnetikoaren aplikazioa
   Eremu magnetiko batek elektroiak jomugara hurbiltzen ditu ionizazio-eraginkortasuna hobetzeko.

5. Sputtering prozesua
   Ioiek helburua bonbardatzen dute, ganberan zehar bidaiatzen duten atomoak askatu eta substratuan metatzen direnak.

Magnetron sputtering-aren abantailak:

• Filmaren deposizio uniformeaeremu zabaletan zehar.

• Konposatu konplexuak gordailutzeko gaitasuna, aleazioak eta zeramikak barne.

• Prozesu Parametro Egokigarriaklodiera, konposizioa eta mikroegituraren kontrol zehatza lortzeko.

• Filmaren kalitate handiaatxikimendu sendoarekin eta erresistentzia mekanikoarekin.

• Materialen bateragarritasun zabala, metaletatik oxido eta nitruroetara.

• Tenperatura baxuko funtzionamendua, tenperaturarekiko sentikorrak diren substratuetarako egokia.

3. Plasma bidezko lurrun-deposizio kimiko hobetua (PECVD)

PECVD oso erabilia da silizio nitruroa (SiNx), silizio dioxidoa (SiO₂) eta silizio amorfoa bezalako film meheak depositatzeko.

Printzipioa:

PECVD sistema batean, aitzindari gasak huts-ganbera batera sartzen dira, nonplasma distiratsu deskargatuaerabiliz sortzen da:

• RF kitzikapena

• Korronte zuzeneko tentsio altua

• Mikrouhin-iturriak edo pultsu-iturriak

Plasmak gas-faseko erreakzioak aktibatzen ditu, substratuan metatzen diren espezie erreaktiboak sortuz film mehe bat eratuz.

Deposizio urratsak:

1. Plasmaren eraketa
   Eremu elektromagnetikoek kitzikatuta, aitzindari gasak ionizatu egiten dira erradikal eta ioi erreaktiboak eratzeko.

2. Erreakzioa eta Garraioa
   Espezie hauek bigarren mailako erreakzioak jasaten dituzte substraturantz mugitzen diren heinean.

3. Gainazaleko erreakzioa
   Substratura iristean, adsorbatu, erreakzionatu eta film solido bat eratzen dute. Azpiproduktu batzuk gas gisa askatzen dira.

PECVDren onurak:

• Uniformetasun bikainafilmaren konposizioan eta lodieran.

• Itsaspen sendoadeposizio-tenperatura nahiko baxuetan ere.

• Deposizio-tasa altuak, eskala industrialeko ekoizpenerako egokia bihurtuz.

4. Film meheen karakterizazio teknikak

Kalitate-kontrolerako ezinbestekoa da film meheen propietateak ulertzea. Teknika ohikoenen artean hauek daude:

(1) X izpien difrakzioa (XRD)

• HelburuaKristal-egiturak, sare-konstanteak eta orientazioak aztertu.

• PrintzipioaBragg-en legean oinarrituta, X izpiek material kristalino batean nola difraktatzen diren neurtzen du.

• AplikazioakKristalografia, fase-analisia, deformazio-neurketa eta film meheen ebaluazioa.

(2) Eskaneatze Mikroskopia Elektronikoa (SEM)

• Helburua: Behatu gainazalaren morfologia eta mikroegitura.

• Printzipioa: Elektroi-izpi bat erabiltzen du laginaren gainazala eskaneatzeko. Detektatutako seinaleek (adibidez, bigarren mailako eta atzerantz barreiatutako elektroiak) gainazaleko xehetasunak agerian uzten dituzte.

• AplikazioakMaterialen zientzia, nanoteknologia, biologia eta akatsen analisia.

(3) Indar Atomikoko Mikroskopia (AFM)

• HelburuaIrudi-gainazalak bereizmen atomiko edo nanometrikoan.

• PrintzipioaZunda zorrotz batek gainazala eskaneatzen du interakzio-indar konstantea mantenduz; desplazamendu bertikalek 3D topografia sortzen dute.

• AplikazioakNanoegituren ikerketa, gainazalaren zimurtasunaren neurketa, biomolekulen azterketak.