Ćwiczenie T4 _PTW_

MCM034003L

WYTWARZANIE I CHARAKTERYZACJA WARSTW

PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

prowadzący: dr inż. Mateusz Wośko, ul. Długa 61, bud. M-4, p. 111,
e-mail: [e-mail]

1.

Cel ćwiczenia:



zaznajomienie się z technikami wytwarzania warstw epitaksjalnych metodami epitaksji z fazy gazowej z
wykorzystaniem prekursorów metalorganicznych, podstawy teoretyczne procesów fizykochemicznych
występujących w trakcie krystalizacji, konstrukcja aparatury wykorzystywanej przy epitaksji,



zaznajomienie się z podstawowymi metodami charakteryzacji warstw półprzewodnikowych, metodami
kontroli wzrostu warstwy epitaksjalnej „in-situ” (reflektometria, pirometria) oraz technikami
charakteryzacji optycznej krystalizowanego materiału.

2.

Zadania do wykonania:



zapoznanie się z metodami wytwarzania warstw półprzewodnikowych technikami epitaksjalnymi,



zapoznanie się z przebiegiem procesu epitaksji ze związków metaloorganicznych (MOVPE –
metalorganic vapor phase epitaxy),



zapoznanie się z urządzeniem do epitaksji warstw (Al, Ga, In)N metodą MOVPE,



zapoznanie się z metodami dozowania reagentów w postaci gazowej, ciekłej i stałej w procesie epitaksji
ze związków metaloorganicznych;



zapoznanie się z metodami charakteryzacji „in-situ” (w trakcie wzrostu) warstw epitaksjalnych – analiza
przebiegów reflektometrycznych i pirometrycznych.



Wykonanie pomiarów fotoluminescencji i fotoodbicia warstw epitaksjalnych (Al, Ga)N.

3.

Zagadnienia do przygotowania:



klasyfikacja ciał stałych ze względu na zdolność przewodzenia prądu elektrycznego,



budowa krystaliczna ciał stałych,



podstawy fizyki cieczy i gazów,



zjawiska falowe – interferencja fal, wnęka rezonansowa, warunek Bragga,



zjawiska generacji i rekombinacji w półprzewodnikach,



widmo promieniowania ciała doskonale czarnego.

4.

Pytania:



Wymienić i krótko scharakteryzować metody epitaksjalne wykorzystywane przy krystalizacji
materiałów półprzewodnikowych.



Wymienić rodzaje (ze względu na stan skupienia) prekursorów wykorzystywanych przy osadzaniu
warstw półprzewodnikowych i krótko opisać sposób ich dozowania.



Widmo promieniowania elektromagnetycznego w zakresie 200 – 1200 nm. Wymienić zakresy
spektralne w tym zakres światła widzialnego.



Na czym polega generacja i rekombinacja w półprzewodniku. Co to jest generacja/rekombinacja
promienista i niepromienista?



Co to jest krawędź absorpcji półprzewodnika? Przeliczenie szerokości przerwy energetycznej (eV) na
graniczną długość promieniowania elektromagnetycznego (nm).



Jaka jest zależność szerokości przerwy energetycznej AlGaN od zawartości glinu (Al)?



Co to jest zjawisko interferencji fali elektromagnetycznej.



Podać warunek Bragga dla wnęki rezonansowej.



Prawo Plancka promieniowania ciała doskonale czarnego.



Czym różni się absorpcja i rozpraszanie światła?



Krótko opisać metodę pomiaru temperatury natężeniowym pirometrem optycznym.



Krótko opisać metodę pomiaru grubości warstw za pomocą reflektometru optycznego.

5.

Scenariusz (łączny czas wykonania ćwiczenia 135 minnut)



(10 min, sala dydaktyczna) wstęp teoretyczny do zajęć – przedstawienie tematyki zajęć, omówienie
podstawowych zagadnień związanych z wytwarzaniem podłoży półprzewodnikowych, budową
krystaliczną ciał stałych, opis fizycznych mechanizmów epitaksji,



(65 min, M4-CR) prezentacja systemu do epitaksji AIXTRON (zagadnienia teoretyczne i praktyczne) –
podstawowe elementy składowe, reaktor (grzejnik, sposób dozowania gazów), kontrola procesu
(oprogramowanie), dozownik gazów (sposób dozowania: saturatory, MFC, PC, butle gazowe),
Wykonanie przykładowego eksperymentu osadzania warstwy niskotemperaturowej GaN na
szafirze. Obserwacja przebiegu reflektogramu w trakcie epitaksji – obliczenie szybkości wzrostu.
Pomiary pirometryczne.



(40 min, M1-012) prezentacja metod charakteryzacji optycznej warstw epitaksjalnych (zagadnienia
teoretyczne i praktyczne) – fotoluminescencja/fotoodbicie. Praktyczny pomiar składu oraz grubości
warstwy AlGaN osadzonej na podłożu szafirowym. Obserwacje mikroskopowe przykładowych
struktur mikroelektronicznych wykonanych w heterostrukturach AlGaN/GaN.



(20 min, sala dydaktyczna) podsumowanie zajęć, kartkówka.

6.

Literatura
Wykłady, PTW, prof. dr hab. inż. Reginy Paszkiewicz,
D. Halliday, R. Resnick, „Podstawy fizyki”, PWN 2012,
Ch. Kittel, „Wstęp do fizyki ciała stałego”, PWN 1999,
G. Stringfellow, „Organometallic Vapor-Phase Epitaxy, Second Edition: Theory and Practice”, Academic
Press 1999.