¿Qué hace el dispositivo mocvd? como funciona
El equipo MOCVD es el equipo clave para fabricar obleas epitaxiales de LED, y el nivel de obleas epitaxiales de LED determina el nivel de toda la industria del LED. Mi país implementó oficialmente el "Proyecto Nacional de Iluminación de Semiconductores" en 2003, e incluyó la localización de equipos MOCVD como una dirección de apoyo clave en los temas clave de investigación del "Décimo Plan Quinquenal" y el "11º Plan Quinquenal" y el Plano "863". Con el apoyo de las políticas nacionales, durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", mi país ha logrado resultados preliminares en la localización de equipos MOCVD. El 48.º Instituto de Investigación de China Electronics Technology Group Corporation ha desarrollado con éxito equipos MOCVD de producción de GaN (6*2″) mediante medidas como la digestión, la absorción y la reinnovación de tecnologías clave, llenando la brecha nacional y permitiendo limitaciones a largo plazo. sobre el desarrollo de la industria LED de mi país. Al mismo tiempo, el Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Nanchang, Qingdao Jason Electric y otras unidades también han desarrollado con éxito equipos MOCVD. Sin embargo, los equipos MOCVD nacionales todavía tienen los siguientes problemas:
(1) Los equipos MOCVD nacionales todavía se encuentran en la etapa de seguimiento de tecnología y el nivel de industrialización del equipo no satisface las necesidades de producción. La capacidad máxima de producción de equipos MOCVD desarrollados en el país es de 6 piezas (GaN-MOCVD de 48 institutos). Sin embargo, en diciembre de 2007, entre los últimos equipos MOCVD lanzados en el extranjero, AIXTRON lanzó un reactor planetario de 42 chips (AIX2800G4 HT). un reactor CCS de 30 chips (CRIUS).
Debido a la brecha en la capacidad de producción, se requieren lotes pequeños. El costo de producción de obleas epitaxiales para equipos MOCVD es alto, lo que reduce en gran medida el rendimiento de costos. equipo, lo que hace que el equipo doméstico se quede atrás tan pronto como se desarrolle. El requisito mínimo para la capacidad de producción de un solo lote de las empresas de producción en masa es de más de 30 obleas.
(2) El costo del equipo es alto y la aplicación. El riesgo es alto.La mayoría de los fabricantes prefieren comprar equipos importados con tecnología madura. Los equipos MOCVD son caros y el precio de los equipos MOCVD de producción es de entre 10 y 20 millones de yuanes. comprar equipos importados con tecnología madura y un servicio posventa perfecto, lo que coloca la promoción de equipos MOCVD nacionales en una situación embarazosa.
(3) Es necesario fortalecer la innovación independiente y los equipos MOCVD nacionales enfrentan patentes. barreras
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En la actualidad, la investigación y el desarrollo de equipos MOCVD nacionales todavía se encuentran en la etapa de "digestión y absorción", mientras que los principales modelos comerciales extranjeros han establecido una estricta protección de patentes, como AIXTRON. El reactor planetario, el reactor CCS (cabezal de ducha acoplado cerrado) de THOMAS SAWN, el reactor Turbo Disk de VEECO y el reactor de flujo de doble/multihaz (TF) de la compañía japonesa SANSO son todos sus propias tecnologías patentadas únicas, y la industrialización de los equipos MOCVD domésticos se enfrenta la prueba de las barreras de las patentes
3. Tendencias de desarrollo y eficiencia de la producción
1. Descripción general de los costos y la eficiencia de la producción
A nivel internacional, la tecnología MOCVD se ha vuelto bastante madura, con equipos convencionales que iban desde máquinas de 6 a 8 chips en 2003 a 2004. Había máquinas de 12 chips en 2005, máquinas de 15 chips en 2006 y máquinas de 21 a 24 chips en 2006. Actualmente, han llegado a 42, 45 y 49. -Máquinas de chips (que pueden cargar 49 sustratos de 2 pulgadas para epitaxia a la vez. La capacidad del horno epitaxial continúa aumentando. La expansión ha permitido que los costos unitarios de producción de los fabricantes de obleas epitaxiales LED caigan rápida y significativamente. En la actualidad, el requisito mínimo para las empresas de producción en masa para una capacidad de producción de un solo lote es de más de 30 piezas.
Los equipos MOCVD de 2 y 4 pulgadas se generalizarán
En esta etapa, los fabricantes de epitaxia de Taiwán son técnicamente capaces de producir dispositivos de 4 y 6 pulgadas, sin embargo, debido al costo. Considerando algunas consideraciones, la mayoría de los fabricantes taiwaneses todavía utilizan equipos MOVCD de 2 pulgadas como su principal línea de producción; la mayoría de los fabricantes europeos, estadounidenses y coreanos ya han utilizado equipos MOVCD de 4 pulgadas.
El mercado espera que una vez que el costo del material de las obleas epitaxiales de 4 pulgadas colapse significativamente (el precio de costo actual de las obleas epitaxiales de 4 pulgadas es aproximadamente cuatro veces mayor que el de las obleas epitaxiales de 2 pulgadas), las obleas epitaxiales de 2 pulgadas Los equipos MOCVD serán sustituidos paulatinamente por otros de 4 pulgadas.
AIXTRON y SemiLEDs colaboraron para desarrollar un chip LED azul de 6 pulgadas en mayo de 2009. Basado en la estructura del reactor MOCVD AIX 2800G4 HT de 6x6 pulgadas, la producción aumentó aproximadamente un 30% (en comparación con el arquitectura tradicional de 42x2 pulgadas), no solo tiene una mejor uniformidad, sino que también reduce los efectos de los bordes. Sin embargo, en esta etapa, la mayoría de las dificultades aún radican en el alto precio de los sustratos de 6 pulgadas y los desafíos de la tecnología de corte de obleas epitaxiales.
De hecho, para las tecnologías MOCVD y MBE, no existe una gran diferencia en el rendimiento de las estructuras epitaxiales y los dispositivos preparados por ellas. Lo más atractivo de la tecnología MOCVD es su versatilidad. Siempre que se pueda seleccionar una fuente organometálica adecuada, se puede llevar a cabo el crecimiento epitaxial. Además, siempre que se garantice la distribución uniforme del flujo de aire y la temperatura, se puede obtener una gran superficie de material uniforme, adecuada para la producción industrial a gran escala.
La mayoría de las principales deficiencias de la tecnología MOCVD están relacionadas con la fuente de reacción utilizada. En primer lugar, los compuestos organometálicos y las fuentes de hidruros utilizados son relativamente caros. En segundo lugar, debido a que algunas fuentes son inflamables, explosivas o tóxicas, son peligrosas hasta cierto punto. Además, los productos después de la reacción deben tratarse de forma inocua para evitar daños medioambientales. contaminación. Además, dado que la fuente utilizada contiene otros elementos (como C, H, etc.), el proceso de reacción debe controlarse cuidadosamente para evitar la introducción de impurezas no intencionadas.
Por lo general, el proceso de crecimiento de MOCVD se puede describir de la siguiente manera: el material fuente de reacción con un caudal controlado con precisión se pasa a una cámara de reacción de cuarzo o acero inoxidable bajo el gas portador (generalmente H2, algunos sistemas también use N2), la capa epitaxial crece después de que se produce una reacción superficial en el sustrato, que se coloca sobre una base calentada. El gas de escape residual después de la reacción se elimina de la cámara de reacción, pasa a través de un dispositivo de tratamiento de gases de escape que elimina las partículas y la toxicidad y se descarga del sistema. El principio de funcionamiento de MOCVD se muestra en la figura.
Un equipo de crecimiento MOCVD se puede dividir brevemente en las siguientes cuatro partes.
(1) Sistema operativo de gas:
El sistema operativo de gas incluye todas las válvulas y bombas utilizadas para controlar el flujo de gas de las fuentes organometálicas del Grupo III y las fuentes de hidruros del Grupo V y sus mezclas. y diversos equipos y tuberías. Entre ellos, la parte más importante es el control preciso de la cantidad de materias primas introducidas en la cámara de reacción para la reacción. Incluye principalmente un controlador de flujo másico (MFC) que controla el caudal, un controlador de presión (PC) que controla la presión y un baño de agua a temperatura constante (Thor·mal Bath) que controla la temperatura de la fuente organometálica.
(2) Cámara de reacción:
La cámara de reacción es el componente central del sistema de crecimiento MOCVD, y el diseño de la cámara de reacción tiene un impacto crucial en el efecto de crecimiento. Los diferentes fabricantes de equipos MOCVD también tienen diferentes diseños de cámaras de reacción. Sin embargo, el objetivo final es el mismo, que es evitar la presencia de chorros fuera de la pared y turbulencias en la cámara de reacción y asegurar que solo exista flujo laminar, logrando así una distribución uniforme del flujo de aire y la temperatura en la cámara de reacción, lo cual es propicio. para un crecimiento uniforme en una gran superficie.
3) Sistema de calefacción:
Existen tres formas principales de calentar el sustrato en el sistema MOCVD: calentamiento por radiofrecuencia, calentamiento por radiación infrarroja y calentamiento por resistencia. En el método de calentamiento por RF, la base de grafito se calienta mediante bobinas de RF mediante acoplamiento inductivo. Esta forma de calentamiento se utiliza a menudo en grandes cámaras de reacción, pero a menudo el sistema es demasiado complejo. Para evitar la complejidad del sistema, en cámaras de reacción más pequeñas se suele utilizar calentamiento por radiación infrarroja. La energía térmica generada por la lámpara halógena de tungsteno se convierte en energía de radiación infrarroja y la base de grafito absorbe esta energía de radiación y la convierte nuevamente en energía térmica. En el calentamiento resistivo, la energía térmica se obtiene mediante el flujo de corriente eléctrica a través de una base metálica.
(4) Sistema de tratamiento de gases de escape:
Dado que la mayoría de las fuentes utilizadas en el sistema MOCVD son inflamables y explosivas, y las fuentes de hidruros que contienen son altamente tóxicas, por lo tanto, el Los gases de escape después de la reacción deben ser tratados. El método de tratamiento comúnmente utilizado es pasar primero los gases de escape a través de un filtro de partículas para eliminar las partículas (como P, etc.) y luego pasarlos a un depurador de gases (Scrubber) para usar una solución desintoxicante para la desintoxicación. Otra forma de desintoxicarse es utilizar una cámara de combustión. La cámara de combustión incluye un horno de alta temperatura que puede pirolizar y oxidar las sustancias en los gases de escape entre 900 y 1000°C para volverlas inofensivas. Los productos resultantes de la reacción se depositan en la pared interior del tubo de cuarzo y se pueden eliminar fácilmente.