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关于MOCVD

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【概要描述】MOCVD 设备的制造技术被国外少数几个公司所掌握,如德国的AIXTRON、英国的Thomas Swan 与EMF、美国的Veeco、日本的Nishia、Nippon Sanso 和NissinElectric 等,还有一些公司在生产过程中采用自己独特的MOCVD 设备。

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【概要描述】MOCVD 设备的制造技术被国外少数几个公司所掌握,如德国的AIXTRON、英国的Thomas Swan 与EMF、美国的Veeco、日本的Nishia、Nippon Sanso 和NissinElectric 等,还有一些公司在生产过程中采用自己独特的MOCVD 设备。

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MOCVD 概述

  MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,金属有机物化学气相沉积) 技术,又称OMVPE、MOVPE 等,是1968 年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单薄膜的新技术。MOCVD 方法是将稀释于载气中的金属有机化合物与Ⅴ族或Ⅵ族元素的氢化物在被加热的外延衬底上进行分解并发生反应,反应后的生成物沉积到外延衬底上从而形成外延薄膜的一种技术,利用这种技术可以生长出纳米级的高质量薄膜,正是由于这个特点使得MOCVD 技术广泛的应用到半导体器件的生产与制造中[1]。这种技术现在已经成为III-V、II-VI 族化合物半导体高质量器件多层结构生长的最灵活、成本最低、效率最高的技术,近几十年以半导体技术的进步为驱动力的IT 产业的快速发展,特别是新型半导体光电器件和微波器件的迅猛发展,巨大的市场需求以及MOCVD 技术的不断进步,使MOCVD成为了需求巨大的半导体制造关键核心设备,也是光电子行业中最有发展前途的专用设备之一。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机等多学科为一体,是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备[2]。目前MOCVD 设备已广泛应用于GaN(氮化镓)系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HFET)、太阳能电池、场效应管(FET)以及光学探测器等半导体器件的制造与研究中,可见MOCVD 在半导体行业中具有着举足轻重的地位。

国外研究概况

  MOCVD 设备的制造技术被国外少数几个公司所掌握,如德国的AIXTRON、英国的Thomas Swan 与EMF、美国的Veeco、日本的Nishia、Nippon Sanso 和NissinElectric 等,还有一些公司在生产过程中采用自己独特的MOCVD 设备。

MOCVD 设备原理简介:

  MOCVD 设备主要包括气路系统、加热系统、反应室和检测及控制系统等四个部分。气路系统主要实现气源的运输、气体流量的精确控制、阀门的准确快速切换以及废气的处理;加热系统主要是对反应发生的衬底进行加热,提供反应发生所需要的温度,并满足加热均匀、升温降温速度快、温度稳定时间短等要求;反应室是整个设备的核心部分,反应气体在经过输运系统进入反应室之后,在反应室中和加热的衬底表面分别发生气相化学反应和表面化学反应,经过扩散、吸附、反应和解吸附等几个复杂的步骤之后在衬底上均匀的外延生长出同质或异质的晶体薄膜;检测及控制系统主要在线检测反应室内的温度场、薄膜厚度和均匀性等参数,并对气路与加热系统等部分进行控制。

  MOCVD 的加热系统有两个功能,一个是为装载有机源钢瓶的恒温水浴槽提供温度控制,另一个就是为反应室提供外延生长所需要的温度,在反应室中的主要温度控制设备就是石墨载片台下面的加热电炉,通过改变加热电炉的功率来对反应室的温度进行调节,以满足外延生长的需要。加热系统设计的核心就是加热电炉的设计,MOCVD 设备在生长过程中一般需要1500℃左右的加热温度,那么加热电炉的发热体则至少需要能够承受2000℃以上的高温,我们选择的发热体材料必须能够承受这种高温,而且在这种高温下材料的性质要很稳定,这样才能保证电炉的长时间稳定加热。目前适用于这种情况的材料主要有铼、钨以及钨铼合金这几种。

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随着科学技术的飞速发展,机械制造业在生产中起着越来越重要的作用。而机械零件表面的腐蚀问题,对机械制造行业来说是一个重大的问题。因此,如何提高零件表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能是机械制造业的一大关键。在零件表面涂覆涂层是提高其性能最常用的方法之一,但是涂层技术有很多缺点,例如:涂层的结合力差,易脱落;涂层与基体材料之间有较大的热膨胀系数差异,涂层易开裂等。这些缺点限制了它在实际生产中的应用。目前,国内外研究和开发出了多种方法来解决上述问题。其中利用物理气相沉积法(PVD)是一种很有发展前途的技术,而真空离子镀膜技术则是其中一种新型的技术。
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蒸发镀膜是PVD真空镀膜方式的一种,其特点是在真空条件下,材料蒸发并在玻璃表面上凝结成膜,再经高温热处理后,在玻璃表面形成附着力很强的膜层。溅射镀膜和蒸发镀膜是目前最主流的两种 PVD 镀膜方式。溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制,可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜,所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点,已成为制备薄膜材料的主要技术之一。
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真空镀膜材料及技术系列二《高品质溅射靶材有哪些特点?》
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真空镀膜技术主要涉及用不同的真空镀膜设备和工艺方式,将镀膜材料生成在特定的基材表面,以制备各种具有特定功能的薄膜材料。真空镀膜技术应用领域包括平板显示、半导体、太阳能电池、光磁记录媒体、光学元器件、节能玻璃、LED、工具改性、高档装饰用品等。薄膜材料生长于基板材料(如屏显玻璃、光学玻璃等)之上,一般由金属、非金属、合金或化合物等材料(统称镀膜材料)经过镀膜后形成,具有增透、吸收、截止、分光、反射、滤光、干涉、保护、防水防污、防静电、导电、导磁、绝缘、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、装饰和复合等功能,并能够提高产品质量、环保、节能、延长产品寿命、改善原有性能等。由于薄膜材料就是镀膜材料转移至基板之后形成的,所以薄膜品质的好坏高低与镀膜材料的品质优劣是直接相关的关系。目前,薄膜材料制备技术主要包括:物理气相沉积(PVD)技术和化学气相沉积(CVD)技术。物理气相沉积(PVD)技术主要包含真空溅射镀膜、真空蒸发镀膜、真空离子镀膜三种方式。
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球形粉末的应用与制备方法
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球形粉末因其具有良好的流动性和高振实密度在众多领域得到越来越广泛的应用。在热喷涂领域,球形粉末因其良好的流动性,使所制得的涂层更均匀、致密,因而涂层具有更好的耐磨性;在粉末冶金领域,采用球形粉末制备的成形件密度高,烧结过程中成形件收缩均匀,因而获得的制品精度高、性能好,在注射成形、凝胶注模成形及增材制造(如3D打印技术)等先进粉末冶金成形技术应用中具有明显的优势。
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