Trosolwg Cynhwysfawr o Dechnegau Dyddodiad Ffilm Denau: MOCVD, Ysbeiddio Magnetron, a PECVD

Mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, er mai ffotolithograffeg ac ysgythru yw'r prosesau a grybwyllir amlaf, mae technegau dyddodiad ffilm denau neu epitacsial yr un mor hanfodol. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno sawl dull dyddodiad ffilm denau cyffredin a ddefnyddir wrth gynhyrchu sglodion, gan gynnwysMOCVD, chwistrellu magnetron, aPECVD.

Pam Mae Prosesau Ffilm Denau yn Hanfodol mewn Gweithgynhyrchu Sglodion?

I ddangos hyn, dychmygwch fara fflat plaen wedi'i bobi. Ar ei ben ei hun, efallai y bydd yn blasu'n ddiflas. Fodd bynnag, trwy frwsio'r wyneb gyda sawsiau gwahanol—fel past ffa sawrus neu surop brag melys—gallwch chi drawsnewid ei flas yn llwyr. Mae'r haenau hyn sy'n gwella blas yn debyg iffilmiau tenaumewn prosesau lled-ddargludyddion, tra bod y bara fflat ei hun yn cynrychioli'rswbstrad.

Wrth weithgynhyrchu sglodion, mae ffilmiau tenau yn cyflawni nifer o rolau swyddogaethol—inswleiddio, dargludedd, goddefoli, amsugno golau, ac ati—ac mae pob swyddogaeth yn gofyn am dechneg dyddodiad benodol.

1. Dyddodiad Anwedd Cemegol Metel-Organig (MOCVD)

Mae MOCVD yn dechneg hynod ddatblygedig a manwl gywir a ddefnyddir ar gyfer dyddodi ffilmiau tenau a nanostrwythurau lled-ddargludyddion o ansawdd uchel. Mae'n chwarae rhan hanfodol wrth gynhyrchu dyfeisiau fel LEDs, laserau ac electroneg pŵer.

Cydrannau Allweddol System MOCVD:

• System Cyflenwi Nwy
  Yn gyfrifol am gyflwyno adweithyddion yn fanwl gywir i'r siambr adwaith. Mae hyn yn cynnwys rheoli llif:

• Nwyon cludwr

• Rhagflaenwyr metel-organig

• Nwyon hydrid
  Mae'r system yn cynnwys falfiau aml-ffordd ar gyfer newid rhwng dulliau twf a phurgio.

• Siambr Adwaith
  Calon y system lle mae twf deunydd gwirioneddol yn digwydd. Mae'r cydrannau'n cynnwys:

  • Daliwr graffit (deiliad swbstrad)

  • Synwyryddion gwresogydd a thymheredd

  • Porthladdoedd optegol ar gyfer monitro yn y fan a'r lle

  • Breichiau robotig ar gyfer llwytho/dadlwytho wafers awtomataidd

• System Rheoli Twf
  Yn cynnwys rheolyddion rhesymeg rhaglenadwy a chyfrifiadur gwesteiwr. Mae'r rhain yn sicrhau monitro manwl gywir ac ailadroddadwyedd drwy gydol y broses ddyddodi.

• Monitro yn y fan a'r lle
  Mae offer fel pyrometers ac adlewyrchyddion yn mesur:

  • Trwch ffilm

  • Tymheredd arwyneb

  • Crwmedd y swbstrad
    Mae'r rhain yn galluogi adborth ac addasiad amser real.

• System Trin Gwacáu
  Yn trin sgil-gynhyrchion gwenwynig gan ddefnyddio dadelfennu thermol neu gatalyddu cemegol i sicrhau diogelwch a chydymffurfiaeth amgylcheddol.

Ffurfweddiad Pen Cawod Cyplysedig Caeedig (CCS):

Mewn adweithyddion MOCVD fertigol, mae'r dyluniad CCS yn caniatáu i nwyon gael eu chwistrellu'n unffurf trwy ffroenellau bob yn ail mewn strwythur pen cawod. Mae hyn yn lleihau adweithiau cynamserol ac yn gwella cymysgu unffurf.

• Yatalydd graffit cylchdroiyn helpu ymhellach i homogeneiddio'r haen ffin o nwyon, gan wella unffurfiaeth y ffilm ar draws y wafer.

2. Chwistrellu Magnetron

Mae chwistrellu magnetron yn ddull dyddodiad anwedd ffisegol (PVD) a ddefnyddir yn helaeth ar gyfer dyddodi ffilmiau tenau a haenau, yn enwedig mewn electroneg, opteg a cherameg.

Egwyddor Gweithio:

1. Deunydd Targed
   Mae'r deunydd ffynhonnell i'w ddyddodi—metel, ocsid, nitrid, ac ati—wedi'i osod ar gatod.

2. Siambr Gwactod
   Perfformir y broses o dan wactod uchel i osgoi halogiad.

3. Cynhyrchu Plasma
   Mae nwy anadweithiol, argon fel arfer, yn cael ei ïoneiddio i ffurfio plasma.

4. Cymhwysiad Maes Magnetig
   Mae maes magnetig yn cyfyngu electronau ger y targed i wella effeithlonrwydd ïoneiddio.

5. Proses Chwistrellu
   Mae ïonau'n bomio'r targed, gan ddadleoli atomau sy'n teithio trwy'r siambr ac yn dyddodi ar y swbstrad.

Manteision Chwistrellu Magnetron:

• Dyddodiad Ffilm Unffurfar draws ardaloedd mawr.

• Gallu i Adneuo Cyfansoddion Cymhleth, gan gynnwys aloion a cherameg.

• Paramedrau Proses Addasadwyar gyfer rheolaeth fanwl gywir o drwch, cyfansoddiad a microstrwythur.

• Ansawdd Ffilm Uchelgyda adlyniad cryf a chryfder mecanyddol.

• Cydnawsedd Deunyddiau Eang, o fetelau i ocsidau a nitridau.

• Gweithrediad Tymheredd Isel, addas ar gyfer swbstradau sy'n sensitif i dymheredd.

3. Dyddodiad Anwedd Cemegol wedi'i Wella gan Plasma (PECVD)

Defnyddir PECVD yn helaeth ar gyfer dyddodiad ffilmiau tenau fel silicon nitrid (SiNx), silicon deuocsid (SiO₂), a silicon amorffaidd.

Egwyddor:

Mewn system PECVD, cyflwynir nwyon rhagflaenol i siambr gwactod lle mae aplasma rhyddhau tywynnuyn cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio:

• cyffro RF

• foltedd uchel DC

• Ffynonellau microdon neu bylsiadau

Mae'r plasma yn actifadu'r adweithiau cyfnod nwy, gan gynhyrchu rhywogaethau adweithiol sy'n dyddodi ar y swbstrad i ffurfio ffilm denau.

Camau Dyddodiad:

1. Ffurfiant Plasma
   Wedi'u cyffroi gan feysydd electromagnetig, mae nwyon rhagflaenol yn ïoneiddio i ffurfio radicalau ac ïonau adweithiol.

2. Adwaith a Thrafnidiaeth
   Mae'r rhywogaethau hyn yn cael adweithiau eilaidd wrth iddynt symud tuag at y swbstrad.

3. Adwaith Arwyneb
   Ar ôl cyrraedd y swbstrad, maent yn amsugno, yn adweithio, ac yn ffurfio ffilm solet. Mae rhai sgil-gynhyrchion yn cael eu rhyddhau fel nwyon.

Manteision PECVD:

• Unffurfiaeth Rhagorolo ran cyfansoddiad a thrwch y ffilm.

• Gludiad Cryfhyd yn oed ar dymheredd dyddodiad cymharol isel.

• Cyfraddau Dyddodiad Uchel, gan ei gwneud yn addas ar gyfer cynhyrchu ar raddfa ddiwydiannol.

4. Technegau Nodweddu Ffilm Denau

Mae deall priodweddau ffilmiau tenau yn hanfodol ar gyfer rheoli ansawdd. Mae technegau cyffredin yn cynnwys:

(1) Diffractiad Pelydr-X (XRD)

• DibenDadansoddi strwythurau crisial, cysonion dellt, a chyfeiriadau.

• EgwyddorYn seiliedig ar Gyfraith Bragg, yn mesur sut mae pelydrau-X yn diffractio trwy ddeunydd crisialog.

• CymwysiadauCrisialograffi, dadansoddi cyfnodau, mesur straen, a gwerthuso ffilm denau.

(2) Microsgopeg Electron Sganio (SEM)

• DibenArsylwch forffoleg a microstrwythur yr arwyneb.

• EgwyddorYn defnyddio trawst electron i sganio wyneb y sampl. Mae signalau a ganfyddir (e.e. electronau eilaidd ac electronau wedi'u gwasgaru'n ôl) yn datgelu manylion yr wyneb.

• CymwysiadauGwyddor deunyddiau, nanotechnoleg, bioleg, a dadansoddi methiannau.

(3) Microsgopeg Grym Atomig (AFM)

• DibenArwynebau delwedd ar benderfyniad atomig neu nanometr.

• EgwyddorMae chwiliedydd miniog yn sganio'r wyneb wrth gynnal grym rhyngweithio cyson; mae dadleoliadau fertigol yn cynhyrchu topograffeg 3D.

• CymwysiadauYmchwil nanostrwythur, mesur garwedd arwyneb, astudiaethau biofoleciwlaidd.