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MOCVD知识大全,目录 一.MOCVD简介 二.反应腔介绍 三.TS 机台的气体运输系统 四.TS机台运行检查及维护保养,MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。 Metal-organic Chemical Vapor Deposition 金属有机化合物化学气相沉淀 原理 MOCVD是以族、族元素的有机化合物和V、族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种-V族、-族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200,用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方),H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。,一.MOCVD简介,系统组成 因为MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。 一般系统组成： 加热系统，冷却系统，气体运输系统及尾气处理系统，控制系统。,二.反应腔介绍 由于反应腔对外延生长非常重要，所以目前市面上主要的反应腔设计为以下四种： 1.近耦合喷淋设计（AIXTRON TS系列）,2.三层式气体喷嘴设计（AIXTRON G系列）,3.旋转式反应腔（Veeco）,注： 旋转式反应腔,是一种带有旋转盘的立式反应腔。衬底片放置在高速旋转的盘上并被加热到合适的生长温度，反应物在初始阶段因高速旋转盘的牵引力被竖直向下地泵入,然后偏斜形成一个与衬底片托盘平行的流动区域，可以使反应物获得最佳的反应条件。,4.双气流反应腔（日亚）,因为我们公司主要生产机台为AIXTRON TS机台和G5机台，所以针对TS和G5由我和王明军作一个简单的反应腔介绍。 TS 近耦合喷淋反应腔,A Thermocouple B Tungsten heater C Gas inlet D Showerhead E Reactor lid F Optical probe G Showerhead water cooling H Double O-ring seal I Susceptor J Water cooled chamber K Quartz liner L Susceptor support M Exhaust,Upper plenum: Feeds the group III elements using metal organics Lower plenum: Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or AsH3 A Showerhead Cap B Showerhead Body C Upper plenum D Lower plenum E Water cooling,Showerhead,Tungsten heater, Zone A: Center Zone B: Middle Zone C: Outside,Temperature control unit,A Eurotherm controller B Thermocouple in the center of the heater coils,三.TS机台气体运输系统,气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的时间和前后顺序，从而按设计好的工艺方案生长特定组分和结构的外延层。气体输运系统包括源供给系统，Run/Vent 主管路，吹扫管路，检漏管路和尾气处理系统。,Gas symbols diagram,S2位4通换向阀,N2 purifier,H2 purifier,Hygrometer,Gas dosing unit for hydride source,Gas dosing unit for MO source,MO bubbler,Gas supply for hydride sources,Gas supply for run lines,Hydride run line,Hydride vent line,Gas supply for auxiliary gas pipes,Purging - reactor sight glass,MO1 run line,MO1 vent line,MO run bypass,MO2 run line,MO2 vent line,Gas supply for venting,Gas supply for MO2 sources,Gas supply for MO1 sources,MO vacuum (for changing the MO bubbler,NH3 purifier,Reactor purges,Hydride source,SiH4,eg: Growth n(-)GaN Si=12 Source to 80 Dilute to 320 Inject to 60,MO source,主要内容,国内LED主要应用领域 中国LED产业概况 奥运后展望我国半导体照明产业 LED产业在国内有良好的发展前景,一、国内LED主要应用领域,国内LED产品除了大量用于各种电器及装置、仪器仪表、设备的显示外，主要集中在：,1.大、中、小LED显示屏：室内外广告牌、体育场记分牌、信息显示屏等。,2.交通信号灯：全国各大、中城市的市内交通信号灯、高速公路、铁路和机场信号灯。,3.光色照明：室外景观照明和室内装饰照明。,4.专用普通照明：便携式照明(手电筒、头灯)、低照度照明(廊灯、门牌灯、庭用灯)、阅读照明(飞机、火车、汽车的阅读灯)、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯 ； 5.安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯 ； 6.特种照明：军用照明灯(无红外辐射)、医用手术灯(无热辐射)、医用治疗灯、农作物和花卉专用照明灯。,二、中国LED产业概况,1.产业规模 从事LED产业的人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家，其中上游企业50余家，封装企业1000余家，下游应用企业3000余家。 在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。,2.生产设备与产品分布 截至2006年12月，我国有十余家外延芯片厂商已经装备MOCVD，投入生产的总计数量为40台。按照各厂商的扩展计划，2007年预计有15台MOCVD陆续安装投入使用，使国内的GaN MOCVD设备增加到55台。,2006年国内LED芯片市场分布如下图所示,其中InGaN芯片市值约占据43%，四元InGaAlP芯片市值约占据整个国内LED芯片的15%；其他种类LED芯片的市值约占据42%,3.技术现状 在产业技术发展方面，国内目前已研发1W的功率LED芯片可产业化，其发光效率为30lm40lm/W，最高可达47.5lm/W，单个器件发射功率为150mW，最高可达189mW。南昌大学近年来开展在硅衬底上生长GaN外延材料研究，已研发的蓝光芯片发射功率达7mW8mW，最好为9mW10mW，芯片成品率为80%，功率LED芯片在350mA下发射功率为100mW150mW，最好可达150mW。在500mA、1000小时通电试验下，蓝光的光衰小于5%。该成果取得突破性进展，通过“863”项目验收，并获得多项有自主产权的国际发明专利。,目前国内外延、芯片主要研究机构有北大、清华、南昌大学、中科院半导体所、物理所、中电13所、华南师大、北京工大、深圳大学、山东大学、南京大学等，在技术上主要解决硅衬底上生长GaN外延层、GaN基蓝光波长漂移、提高内量子效率和出光效率、提高抗光衰能力和功率芯片的散热水平等等 。,4.主要企业 国内LED外延、芯片的主要企业有：厦门三安、大连路美、杭州士蓝明芯、上海蓝光、深圳方大、上海蓝宝、山东华光、江西联创、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成等。 国内主要封装企业有：佛山国星光电、厦门华联电子、宁波爱米达、江西联创光电等； 下游显示屏行业主要有：上海三思、西安青松、北京利亚德。,三、奥运后展望我国半导体照明产业,1.奥运应用LED总体情况 此次奥运开创了奥运历史上大规模使用LED照明技术的先河。据不完全统计，北京奥运会36个比赛场馆中（不包括奥运村、奥运公园等其他公共照明设施市场）使用LED产品的总值已接近5亿元人民币，采用的LED产品包括：景观照明、数字化交通信息显示、疏导标识、太阳能LED、室外全彩显示屏、应急照明灯,2. 2008北京奥运，带动LED产业亮起来 LED扮靓北京奥运会的同时，也显示了巨大的节能、环保功效。据水立方业主和设计单位计算，仅水立方5万平方米的景观照明工程全部采用LED，与使用传统荧光灯相比，全年预计可节电74.5万度，节能达70%以上。 据联盟估测，目前国内已使用的LED照明产品年节电量已超过5亿度。仅以交通信号灯（替代白炽灯）为例，每年可节电2亿度。国内封装的1W功率型LED已经在次干道路灯上开始示范应用，每盏路灯可节电30%以上，国产外延片制作的功率型芯片有望在今年进入道路照明这一重要的功能性照明领域。另外，半导体照明在农业、医疗、航空、军用特种照明、超大功率照明等其它领域的应用也在不断拓展。,3.政策大力支持，推动LED产业蓬勃发展 而在北京奥运上，LED产业大放异彩与我国政策逐渐支持LED产业发展有很大的关系。半导体照明被国家中长期科学和技术发展规划纲要列为能源领域工业节能优先主题，还是国家“十一五”863计划“半导体照明工程”重大项目的启动，列入节能减排科技专项行动，这些都印证了半导体照明光辉的发展前景和深刻的社会经济影响。,四、LED产业在国内有良好的发展前景,1、就技术而言，LED具有技术成长瓶颈高，学习门坎低特性，国内在半导体领域长期积累的研究资源都可以用得上，具备较好的研究基础。 2、LED的投资额比较小，初始投资1亿就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路制造及液晶面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的投资而言显得“微不足道”，国内企业容易进入形成产业集群 。,3、国内市场巨大，LED未来主要市场是通用照明市场，市场容量大，终端消费市场比较分散，不易形成垄断，国内企业生存空间广阔； 4、国内一些企业拥有核心知识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范效应，促进国内企业市场健康成长； 5、技术成熟后，LED下游封装和器件生产属于劳动密集型，大陆具备发展的劳动力成本优势。,End!,