mocvd设备是什么(MOCVD是什么)

MOCVD设备

MOCVD设备是LED蓝宝石基片外延的专业设备，一块2英寸0.43mm厚度的蓝宝石外延后可以做55000个超亮LED灯的基片，液晶显示器的背投光源现在也都选择蓝宝石外延片做，蓝宝石的化学名称叫三氧化二铝，硬度9级仅次于金刚石。MOCVD设备目前世界上只有美国、德国两个厂能造，想买还要排队等。还没有听说有那个厂出试验型的，技术难度太大了。

mocvd设备是干什么用的?

MOCVD全名叫有机金属化学气象沉积设备，是在蓝宝石设备上生长GaN的薄膜的专用设备，GaN材料是化合物半导体材料的一种，它是用来做LED（发光二极管）的主要材料。

mocvd设备是做什么的？怎么运作的

MOCVD 设备是制作LED外延片的关键设备，而LED外延片的水平决定了整个LED产业的水平。我国于2003年正式实施“国家半导体照明工程”，并在“十五”、 “十一五”重点攻关课题和“863”计划中，将MOCVD设备国产化列入重点支持方向。在国家策的支持下，“十五”期间，我国在MOCVD设备国产化方面已取得了初步成效。中国电子科技集团公司第四十八研究所通过消化吸收和关键技术再创新等措施，研发成功了GaN生产型MOCVD设备（6*2″），填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。同时，中科院半导体所、南昌大学、青岛杰生电器等单位也成功研发了研究型的MOCVD设备。然而，国产MOCVD设备还存在以下问题：

（1） 国产MOCVD设备仍处于技术跟踪阶段，设备产业化水平与生产需要不相适应 目前，国内研制的MOCVD设备最大产能为6片（48 所的GaN-MOCVD）。然而，截至到2007年12月，在国外推出的最新型MOCVD设备中，AIXTRON已推出行星式反应器的42片机（AIX2800G4 HT）和CCS反应器的30片机（CRIUS）。

由于产能的差距，小批量的MOCVD设备外延片生产成本较高，大大降低了设备的性价比，使得国产设备刚研发出来就已经落后了。量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。

（2） 设备造价高，应用风险大，多数厂商更愿意采购技术成熟的进口设备 MOCVD设备的造价昂贵，生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元。厂商对此类设备的采购均十分谨慎，更愿意采购技术成熟、售后服务完善的进口设备，使得国产MOCVD设备的推广处于尴尬的境地。

（3） 自主创新有待加强，国产MOCVD设备面临专利壁垒

目前，国产MOCVD设备的研发还处于“消化、吸收”阶段，而国外主流商用机型已建立严密的专利保护，如AIXTRON的Planetary Reactor反应器、THOMAS SAWN的CCS（Close Coupled Showerhead Reactor）反应器、VEECO的Turbo Disk反应器和日本SANSO公司双/多束气流（TF）反应器均是自己独有的专利技术，国产MOCVD设备产业化面临专利壁垒的考验。

三、发展趋势及生产效率

1、生产效率和成本概况

国际上MOCVD技术已经相当成熟，主流设备从2003 年6-8 片机、2004 年12 片机、2005 年15片机、2006 年的21-24 片机，目前已经达到42、45、49 片机（一次可装载49片2英寸的衬底生长外延）。 外延炉容量的不断扩大让LED 外延片生产商的单位生产成本快速大幅下降。目前，量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。

2、4英寸MOCVD设备将成为主流

现阶段台湾外延厂商在技术上已经具备生产4英寸和6英寸的能力，但是出于成本的考虑，多数台湾厂家还是以2英寸的MOVCD设备为生产主线；大部分欧美与韩国厂商则早已使用4英寸MOVCD设备。

市场预期一旦4英寸外延片材料成本大幅崩落（目前4英寸外延片的成本价格约为2寸外延片的四倍），2英寸的MOCVD设备将逐渐被4英寸所取代。

AIXTRON 与SemiLEDs在2009年5月就合作开发出6寸蓝光LED芯片，在6x6寸AIX 2800G4 HT MOCVD反应炉的结构上，产量增加约30％（相较于传统42x2-inch的架构），不但均匀性较好，也减少了边缘效应（edge effect）。不过就现阶段而言，大多数的困难仍然在于6寸的基板价格偏高与外延片切割技术的挑战。

实际上，对于MOCVD和MBE技术来说，采用它们所制备的外延结构和器件的性能没有很大的差别。MOCVD技术最吸引入的地方在于它的通用性，只要能够选取到合适的金属有机源就可以进行外延生长。而且只要保证气流和温度的均匀分布就可以获得大面积的均匀材料，适合进行大规模工业化生产。

MOCVD技术的主要缺点大部分均与其所采用的反应源有关。首先是所采用的金属有机化合物和氢化物源价格较为昂贵，其次是由于部分源易燃易爆或者有毒，因此有一定的危险性，并且，反应后产物需要进行无害化处理，以避免造成环境污染。另外，由于所采用的源中包含其他元素（如C，H等），需要对反应过程进行仔细控制以避免引入非故意掺杂的杂质。

通常MOCVD生长的过程可以描述如下：被精确控制流量的反应源材料在载气（通常为H2，也有的系统采用N2）的携带下被通入石英或者不锈钢的反应室，在衬底上发生表面反应后生长外延层，衬底是放置在被加热的基座上的。在反应后残留的尾气被扫出反应室，通过去除微粒和毒性的尾气处理装置后被排出系统。MOCVD工作原理如图所示。

一台MOCVD生长设备可以简要地分为以下的4个部分。

（1）气体操作系统：

气体操作系统包括控制Ⅲ族金属有机源和V族氢化物源的气流及其混合物所采用的所有的阀门、泵以及各种设备和管路。其中，最重要的是对通入反应室进行反应的原材料的量进行精确控制的部分。主要包括对流量进行控制的质量流量控制计（MFC），对压力进行控制的压力控制器（PC）和对金属有机源实现温度控制的水浴恒温槽（Thor·mal Bath）。

（2）反应室：

反应室是MOCVD生长系统的核心组成部分，反应室的设计对生长的效果有至关重要的影响。不同的MOCVD设备的生产厂家对反应室的设计也有所不同。但是，最终的目的是相同的，即避免在反应室中出现离壁射流和湍流的存在，保证只存在层流，从而实现在反应室内的气流和温度的均匀分布，有利于大面积均匀生长。

3）加热系统：

MOCVD系统中衬底的加热方式主要有三种：射频加热，红外辐射加热和电阻加热。在射频加热方式中，石墨的基座被射频线圈通过诱导耦合加热。这种加热形式在大型的反应室中经常采用，但是通常系统过于复杂。为了避免系统的复杂性，在稍小的反应室中，通常采用红外辐射加热方式。卤钨灯产生的热能被转化为红外辐射能，石墨的基座吸收这种辐射能并将其转化回热能。在电阻加热方式中，热能是由通过金属基座中的电流流动来提供的。

（4）尾气处理系统：

由于MOCVD系统中所采用的大多数源均易燃易爆，雨其中的氢化物源又有剧毒，因此，必须对反应过后的尾气进行处理。通常采用的处理方式是将尾气先通过微粒过滤器去除其中的微粒（如P等）后，再将其通入气体洗涤器（Scrubber）采用解毒溶液进行解毒。另外一种解毒的方式是采用燃烧室。在燃烧室中包括一个高温炉，可以在900～1 000℃下，将尾气中的物质进行热解和氧化，从而实现无害化。反应生成的产物被淀积在石英管的内壁上，可以很容易去除。