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探索模拟半导体中的硅外延生长

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-11 0:13:13 * 浏览: 6
化学气相沉积(CVD)在半导体行业非常流行,因为它生产的材料结合了高质量,高纯度和强度。超高真空化学气相沉积(UHV / CVD)涉及相当复杂的设备和极高的温度。为了在提高效率的同时更好地控制成本,工程师可以模拟这个复杂的过程。在本文中,我们将以硅衬底生长为例。什么是UHV / CVD?在CVD工艺中,在化学工艺期间,在暴露的基板表面上发生反应或分解,从而产生沉积膜或薄膜。我们通常使用CVD生产具有更高质量和强度的材料,例如石墨烯,而石墨烯仍然是一种强大而独特的材料,继续在科学界占主导地位。 CVD还可以用于生产从碳纳米纤维到合成金刚石等各种通用产品,因此它具有很高的价值。在半导体应用中,CVD可用于生长高纯度硅的外延层。石墨烯是可以通过特高压/化学气相沉积法生产的材料之一。图片由AlexanderAlUS提供。由CreativeCommonsAttribution-ShareAlike3.0授权,未通过WikimediaCommons共享。 UHV / CVD工艺需要在低于10-6Pa(约10-8torr)的压力下工作。此过程使用分子流传输气体。 UHV / CVD不涉及边界层等流体动力效应,此外,由于分子的碰撞频率非常低,因此不涉及气相化学反应。基材上材料的生长速率通常取决于到达表面的物质的分子通量。我们还可以使用UHV / CVD工艺生产石墨烯,我们在“石墨烯革命”系列文章的第四部分中对此进行了讨论。使用COMSOLMultiphysics®软件模拟UHV / CVD如前所述,UHV / CVD实验通常花费太长时间且昂贵,并且还需要一些特殊的材料和复杂的热管理。幸运的是,我们可以使用“分子流”模块(COMSOL Multiphysics模拟平台的其他模块之一)中的自由分子流接口来模拟此化学过程。在该模型中,基片紧密排列在石英管内移动的船体中,石英管被锅炉包围。晶片盒通过传送轨道放置在管道中。反应气体和压载气体通过一端的预真空锁进入反应室。涡轮泵位于反应室的另一端。 UHV / CVD工艺中使用的反应室的模型几何。在模拟中,反应气体硅烷和压载气氢气以1 SCCM的标准质量流量进入系统入口,硅烷与氢气的比例为20%:80%。将反应室的入口设置为排气壁边界条件。将真空泵放置在反应室另一端的圆柱形端口中。仿真使我们能够针对每个泵速曲线分析此过程。我们分析了三种不同的硅烷和氢气泵速度曲线,并将这些曲线作为插值函数导入到COMSOL Multiphysics软件中。稍后,我们可以使用参数扫描来分析不同泵速曲线下各种气体的传输。在下面的表面图中,我们可以看到在泵速曲线之一下衬底上硅的生长。盒中硅烷分子的通量分数,可控制基材上的生长。硅烷在基材表面的分子通量分数(0.04)远低于入口(0.2)。氢的分子量较低,因此泵送比硅烷困难。由于此测量值直接控制基板上的生长量,因此硅烷泵和氢气泵的选择对UHV / CVD生产的材料量具有重要影响。由于很难通过物理实验测量每种材料的分子通量分数,因此可以使用模拟来分析和优化UHV / CVD工艺。以上是仙极网编辑介绍的相关内容。如果您有任何想法,请随时在下面发表评论。