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MOCVD中不可替代的“铼”加热器件

MOCVD中不可替代的“铼”加热器件

  • 分类:应用技术
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  • 发布时间:2020-06-29
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【概要描述】金属有机物化学气相沉积MetalOrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)是制备混合半导体器件、金属及金属氧化物、金属氮化物薄膜材料的一种芯片外延技术。MOCVD系统中,晶体生长多在常压或低压状态下(10-100Torr),衬底温度为500~1200℃,为了能够生长出纯净、界面陡峭、一致性好的薄膜材料,MOCVD设备需要为化学反应提供合适的环境。加热系统是MOC

MOCVD中不可替代的“铼”加热器件

【概要描述】金属有机物化学气相沉积MetalOrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)是制备混合半导体器件、金属及金属氧化物、金属氮化物薄膜材料的一种芯片外延技术。MOCVD系统中,晶体生长多在常压或低压状态下(10-100Torr),衬底温度为500~1200℃,为了能够生长出纯净、界面陡峭、一致性好的薄膜材料,MOCVD设备需要为化学反应提供合适的环境。加热系统是MOC

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金属有机物化学气相沉积Metal Organic Chemical Vapor Deposition,简称 MOCVD)是制备混合半导体器件、金属及金属氧化物、金属氮化物薄膜材料的一种芯片外延技术。MOCVD系统中,晶体生长多在常压或低压状态下(10-100Torr),衬底温度为500~1200℃,为了能够生长出纯净、界面陡峭、一致性好的薄膜材料, MOCVD设备需要为化学反应提供合适的环境。加热系统是 MOCVD 设备的重要组成部分,它能否快速、均匀的加热衬底,直接影响着薄膜沉积的质量、厚度一致性,以及芯片的性能。

 

01

 

MOCVD加热器的工况非常苛刻:连续工作时间长,温度高、热流密度大和反复的升降温。电阻片是加热器的核心部分,在通以一定的电流后电阻片发热,成为整个设备的热源。用于放置衬底的石墨盘表面温度为1350K的时候,电阻片的温度高达2000K,升温过程中电阻加热器的温度可以达到2500℃以上,所以选用的材料必须有熔点高、高温强度好、化学稳定性高等特性。以生长 GaN 的 MOCVD 设备为例,其最佳生长温度在 1000~1200℃ 左右。加热器发热元件的温度1500~2000℃ 左右。生长 GaN 的工艺中,要求外延衬底快速升温升温速率达到 3-10℃ /s)和降温。

 

01

 

根据MOCVD设备的工艺要求,加热圈的性能必须满足:1. 实现大尺寸石墨托盘的均匀加热,有效面积比例尽量覆盖整个盘面;2. 现升降温速率快、稳定时间短;3. 升降温动态过程中保持温度均匀;4. 对于不同的气体流动环境,都能实现均匀加热;5、在反复升降温使用过程中,结构稳定可靠,寿命长。

根据MOCVD的工作特点,选用金属电阻加热元件是最合理,而根据实际需要满足的温度条件,仅有钨,铼等少数难熔金属才能满足使用需求。

性能名称 纯钨 纯铼
熔点/℃ 3410 3170
密度/g/cm3) 19.3 21.02
  电阻率μΩ·cm 20℃ 5.5 19.8
1000℃ 36.2 62
1500℃ 52 82
2000℃ 66 150
显微硬度/MPa 加工态 3423-3923 4903-7845
1000℃退火 834 2256-2452
  抗拉强度/MPa 加工态 1950 1600
1400℃退火 1650 1400
1600℃退火 1200 1400
1800℃退火 850 1400
  延伸率/% 加工态 1-2 1-2
1400℃退火 1-2 20-25
1600℃退火 1-2 18-20
1800℃退火 1-2 10-15
再结晶温度 1100℃ 1500℃

钨加热器件经高温使用发生再结晶以后会变脆,在受冲击或震动的情况下极易断裂。而铼相对于钨具有更高的再结晶温度,而且再结晶后的铼也不是脆性材料,只是强度下降,作为非承力的加热器件依然具备良好的工作能力,具有最佳高温稳定性,更高的抗蠕变强度。因此,铼被用于制造MOCVD的加热器件,综合使用性能和成本考虑,是最恰当的选择,无其它材料可以替代。

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