Scienze e tecnologie dei materiali - processo MOCVD

Il processo MOCVD

Con MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition), ovvero deposizione da fase vapore mediante metallorganici, si indica la tecnologia di crescita epitassiale da fase vapore con l’uso di reagenti liquidi (precursori) metallo organici. In alcuni casi, i reagenti impiegati per specie come arsenico e fosforo possono essere costituiti dai loro idruri (es. Arsina, AsH₃, Fosfina, PH₃, ecc.).

Il processo di deposizione consiste in un passaggio di fase da vapore (stato disordinato) a solido cristallino (stato ordinato). La reazione avviene in una camera di crescita in opportune condizioni di flusso gassoso di reagenti, e a pressione e temperatura costanti. Si tratta di un processo fuori dall’equilibrio termodinamico, in cui il sistema tende a depositare le specie reagenti in eccesso in fase vapore (supersaturazione), per riportarsi verso la condizione di equilibrio.

Il trasporto ed il controllo dei reagenti metallorganici (normalmente liquidi alle temperature di lavoro) è realizzato facendo gorgogliare al loro interno un gas, solitamente H₂, il quale viene saturato dai vapori del precursore ed inviato in quantità controllata in camera di crescita. Nella camera, l’elevata temperatura, dell’ordine di 500-700°C, innesca la pirolisi (dissociazione termica) dei reagenti, rendendo così disponibili le specie atomiche che si intende depositare.

Le velocità di crescita sono tipicamente dell’ordine di 1 µ/h e i moderni reattori MOVPE per uso industriale consentono di depositare contemporaneamente, in un unico processo, fino a 6 substrati da 2” o 5 substrati da 3” nei reattori a sistema planetario per uso industriale, con evidenti vantaggi in termini di economia di produzione.

Versatilità e vantaggi

Inoltre, vi è ottima versatilità riguardo alla scelta dei precursori, e non è necessario operare in regime di ultra alto vuoto, con ulteriori vantaggi in termini di manutenzione e costi. È opportuno tenere presente che, allo stato dell’arte attuale, i materiali cresciuti con la tecnologia MOVPE sono caratterizzati da qualità strutturali e di purezza non inferiori a quelli ottenuti tramite altre tecniche di deposizione avanzata, quali l’epitassia da fascio molecolare (MBE).

Limiti e sicurezza

Un limite della tecnologia MOVPE sta però nella pericolosità dei precursori metallorganici e degli idruri, che richiedono opportuni sistemi di sicurezza e di allarme. Oggi sono anche disponibili delle tecniche per il monitoraggio in-situ ed in tempo reale del processo.