GaN MOCVD(6片机)的压力操控技能

2018-09-05 19:10 作者:产业新闻 来源:尊龙用现金娱乐一下

  GaN MOCVD(6片机)的压力操控技能

  国产MOCVD的一个介绍,仍是有点参阅价值。究竟人家老外没说得那末详尽,哈哈。

  1 导言

  从生产型MOCVD设备的视点来看,成长的均匀性、重复性、可靠性方针比薄膜质量更为重要。为满意生产型GaN MOCVD(6片机)设备所要求的薄膜质量、均匀性和重复性,有必要留意几个要害的要素:压力、流量、温度场、层状气流和死区。其间,压力操控技能触及MOCVD设备的各个部分,包含反响室、MO源带着、气体输运、抽排气和气体纯化等,首要技能手段有压力闭环操控、气体切换主动补偿、差压操控、MO源压力操控、载气压力操控等。

  2 反响室压力操控

  GaN低压成长的阻滞边界层模型理论以为:反响压力影响反响粒子的搬迁间隔,在其它条件相同的前提下,压力增减会使阻滞层厚度发生改动,影响成长速率以及外延层的平坦性。在GaN MOCVD成长工艺进程中,衬底高速旋转,各路MO源快速切换,揭秘月入十万的暴利灰产:色情垃,加上温度高达1200℃对气流发生的热浮力等,都会对反响室压力发生影响;而压力的改动有可能会发生严峻的湍流,损坏GaN成长所要求的层流环境。怎么确保在成长进程反响室的压力在0~133.32 kPa规模内恣意设置点坚持操控安稳,是GaN MOCVD设备中的要害技能之一。

  2.1 高精度闭环操控

  反响室的压力选用压力传感器(薄膜规)实时收集,经过操控器改动执行器(碟阀)的开度来调理反响室的压力,当反响室实践压力高于方针压力时,操控器增大执行器的开度;当反响室实践压力底于方针压力时,操控器减小执行器的开度,经过调理,将其操控为一个安稳的值。执行器的开度与流量的改动并非线性的,在接近于全关(开度为0)时,开度的细小改动将激烈影响流量的改动;而在接近于全开(开度为100%)时,开度的改动对流量的影响很小。这种非线性调理将对反响压力发生扰动,解决办法是选用余弦算法来补偿这种非线性,改进压力调理的安稳性。别的,为了确保反响室压力操控安稳,设备中选用了高精度闭环操控外表和传感器,并选用PID调理,经过RS-232串行接口或模拟量对外表进行实时监控。值得留意的是,压力传感器的装置方位对压力操控有很大的影响:假如接近喷淋头方位,则能够检测到反响实在压力,但因为执行器在泵口,对反响压力的调整有必定的滞后;假如接近泵口,则能够确保对检测点的压力操控安稳,但与反响实在压力有必定的差异。挑选适宜的装置方位和抽气管道通径,可使反响压力在6.66~106.65 kPa规模内安稳度达±33.33 Pa。

  2.2 主动补偿

  主动补偿的原理:若有某必定量的气体切换进入Reactor(反响室),就有等量的载气流量从进入Reactor切换到进入Bypass(旁路),始终坚持进入反响室的总气量安稳,减小因气流量增减所形成的扰动。主动补偿的原理看上去很简单,但完成起来非常复杂。首要,从气路规划上有必要添加两条补偿管路,其量程大于一切需求切换的MO源最大流量之和,并留有必定的扩展余量。其次,因为各种气体的黏滞系数不同,要完成真实的等量,在核算时有必要考虑到气体的黏滞系数。别的,在进行工艺修正时,有必要考虑主载气与NH3总流量的安稳。在工艺进程中,首要扫描整个工艺进程,核算切换进入反响室的最大流量值M;然后依据每一步中各路MO源是否进入反响室,结合上一步与下一步的流向,核算出进入Reactor的总流量开端值与方针值,进而核算出当前步中两路补偿流量的开端值和方针值。不论当前步是正常步仍是斜率步,补偿流量(补偿1或补偿2)总是从开端值斜率改动到方针值。假如补偿1开端流量、补偿1方针流量、补偿2开端流量和补偿2方针流量等4个流量值完全相同,则阐明上一步、当前步和下一步进入Reactor的流量完全共同,但补偿1和补偿2仍有必要切换。因为恣意两个工艺步之间的补偿流量核算彼此相关,因而在工艺运转进程中,假如需求在线修正工艺参数,有必要留意:制止在当前步之前刺进或删去任何步,制止在循环体中刺进或删去任何步,否则会形成补偿流量核算上的紊乱,形成压力骤变,影响反响室内的压力状况。w66利来国际

  2.3 MO源输运压力操控

  反响物的浓度,尤其是TMGa的浓度对成长速度的影响显着。坚持MO源瓶温度和载气压力安稳,是确保MO源带着量安稳、可重复的要害条件之一。MO源的蒸汽压对温度极为灵敏,因而恒温槽的控温精度直接影响MO源的带着量。恒温槽的控温精度要求在±0.1℃或更高。别的,为了避免载气压力的改动影响MO源的带着量,在MO源瓶出口与Bypass/Reactor切换阀之间添加电子压力操控器(操控进口压力安稳),以确保源瓶压力安稳。在工艺进程中,为了避免载气刚开端通入源瓶时MO源蒸汽压不安稳,一般选用提早5~10 min通入载气,将其预先通入Bypass:比及电子压力操控器读数安稳、MO源带着量安稳后再经过微死区组合阀切换到Reactor。虽然在必定程度上糟蹋了MO源,但能够确保对反响压力无扰动,到达工艺重复、界面峻峭的要求。

  2.4 差压操控

  在成长多量子阱结构时,因为阱层和垒层材料成份不一样,要求在多种MO源之间进行切换,每一层的厚度为几十纳米乃至只要几个纳米。假如在MO源切换进程中Bypass与Reactor的压力不共同,切换的瞬间Bypass与Reactor管道连通,对反响室的气流场和压力场形成扰动,影响量子阱的界面峻峭成长和组份的精确性,并直接影响发光功率和波长。为了削减气体切换时对反响室气流场和压力的冲击,任何一路MO源从Bypass切换到Reactor之前,有必要尽可能使Bypass和Reactor之间的压力坚持平衡。因而在III族主载气管道与Bypass管道之间,添加差压检测。经过差压检测信号对Bypass流量进行实时调理,完成闭环主动操控,能够将Bypass与Reactor。之间的差压操控在±19.99 Pa以内。理论上,III/V族气体均需求进行差压操控。但考虑到NH3的作用是在成长GaN时供给氮源,并坚持富N气氛,从成长的最开端就根本坚持大流量;SiH4的用量很少,相对于大流量的NH3与载气来说,简直能够忽略不计,因而,V族气体不必要进行差压操控,可下降设备本钱。差压调理能够考虑选用软件PID操控的办法:当检测到Reactor与Bypass压力有差异时,选用PID算法核算出一个调理量,减小/添加Bypass流量,使得Reactor与Bypass的压力趋于共同:因为Bypass出口与干式泵之间受针阀操控,使得少数的Bypass流量就能够与很多的Reactor载气压力平衡。一般情况下,调整针阀开度,可使在整个工艺进程中,Bypass的流量操控在恰当规模以内:过大则糟蹋载气,过小则影响精度。需求留意的是,因为从检测差压到调理输出有一个滞后时刻,因而在压力改动速度比较快的情况下,调理有可能呈现显着的滞后现象;别的,PID参数的选取比较要害,应避免自激振荡:在差压改动量很小的时分,因本身调理量的改动引起的差压改动。现在尚无相关材料参阅,只能依据体系的特征以及经验值进行探索。选用硬件操控能够满意实时性要求,但进口闭环差压操控体系价格昂贵,相应添加了设备本钱。

  3 其它压力操控

  作为生产型设备,有必要考虑到载气(N2和H2)的压力动摇对成长发生影响。GaN MOCVD的载气纯度要求在8 N以上,一般均需装备专用的大流量纯化器。H2的纯度直接对LED的亮度发生影响,有条件的能够装备钯管。N2的压力一般应比H2高,避免H2向N2管道中分散,一起确保在紧迫状况下用N2冲刷管道。别的,在纯化器选型时,额外流量要求比工艺流量大l~2个标准,以满意载气切换时的突发流量和压力要求。

  4 影响压力操控精度的其它要素

  温度场、反响气体管径和光洁度,乃至气体进入反响室前的管道长度、干式泵前级过滤器、压力传感器的装置方法等都有可能对反响室的压力安稳发生影响。针对这些要素不断优化GaN MOCVD设备的规划,进一步进步设备的可靠性和可维护性,下降设备本钱等将是下一步产业化作业的要点。

  本文来自光电博客jiangwei68的博文,原文:http://blog.ofweek.com/jiangwei68/DiaryDetail.do?diaryid=5220e90fb9ab85cf

  

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