金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD),最早是在1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体,是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备,主要用于GaN(氮化镓)系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造,同时也是制备砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件的主要方法,是国家半导体照明(白光发光二极管)工程实施中最为关键的制造设备,也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。
    “2002年11月28日,我们所承担的863课题———‘用于GaN的生产型MOCVD设备(6片2英寸机)’正式立项。”中国电子科技集团公司48所副所长王俊朝告诉记者,“我们研制的设备于2004年11月完成了总装、整机联调和技术指标测试,发运至工艺单位后,仅用42天就完成安装调试并做出了InGaN/GaN多层量子阱结构的蓝光发光二极管芯片,这个速度让很多国外成熟企业都感到惊讶。” 
  MOCVD设备技术一直被西方少数几个国际化公司垄断,近几年,国内陆续引进了数十台此类设备,花费了巨额外汇。王俊朝表示:“我国源资源有限,持续高速增长的国民经济使电力供应日趋紧张,矛盾日益突出,而发光二极管制造业将是国家未来能源问题的一条重要出路。因此,科技部在‘十五’期间就已经高瞻远瞩的将氮化镓MOCVD设备列入新材料领域重点发展项目,通过几年的努力,取得了重大成效。” 

  据介绍,48所研制的MOCVD设备从成本控制、文档准备、配套条件、质量管理、人力资源等方面都已为后续产业化工作做了初步的准备。王俊朝说:“我们在外协加工厂商的选定和外购器材的选型以既保证性能要求,又节省经费开支为目标,尽力降低设备制造成本,为推广应用、占领市场打好了基础;在设计文件、试验资料、工艺文件、装调记录等原始资料的归档方面,严格按照档案管理要求,履行设计、校对、审核、批准和归档手续,为形成批量生产能力做准备;工制造方面,我们添置了如VCR自动焊接机、高灵敏度检漏仪等专用设备;另外,我们还严格按ISO9001/GJB9001A质量管理体系进行管理,通过专业的物流管理和长期合作的合格供应商网络,建立了一条供应商资历考核→器件进所复验→器件使用情况反馈→供应商资历评估的闭环物资供应链。这不仅是产品技术性能实现的基础,也是实现产业化不可或缺的条件。”最后他补充道,课题组的骨干技术人员平均具有十多年的专用设备研发经验,从人力资源方面为氮化镓MOCVD设备产业化提供了保障。 

  “应该看到,我们现在所做的设备,相当于国外的β机,距产业化所要求的成熟机型还有一定差距,后续更高生产效率、更先进的机型仍需进一步努力。”王俊朝向记者透露,“我们下一步已经选定与国际先进水平同步的19片2英寸机型,在目前已有的6片机基础上,向提高生产效率和降低源消耗方向努力。” 

  3片2英寸机型所有零部件摆脱国外控制 

  与中电集团48所共同承担863计划“用于GaN的生产型MOCVD设备”课题的还有中国科学院半导体研究所,不同的是,半导体所研究的是3片2英寸机型,目前已经研制成功,并把目标也转向了6片机。 

  半导体所副所长刘祥林研究员介绍说,经过3年多的研究,半导体所已完全掌握了MOCVD设备的关键技术,研制出的样机的性能完全达到国外同类产品水平,某些技术超过国外同类产品,而设备的销售价格还不到国外的1/2,并且设备使用成本、维护成本更低。 

  由于在研制过程中始终贯穿自主创新的思想,坚持关键技术和零部件必须由自己研发的道路,半导体所在研制MOCVD设备整机的同时,还研制出与设备相关的辅助产品。目前所有零部件完全不受国外控制,设备的技术水平已达到产业化的要求。 

  记者了解到,半导体所在几项关键技术上打破了国外公司的专利封锁,形成了自己的专利技术,比如辐射式加热器设计,MOCVD反应室中的公转自转机构,三层流喷气口结构以及气体配送结构等,这些技术已经被用于下一代更为先进的设备研制中。 

  刘祥林说,目前我们已经接到一批意向订货,其中包括国外订货,同时还有8家单位表示愿意投资生产。同时他表示,MOCVD设备产业化前景虽然光明,但困难也很艰巨。他说:“我们在产业化的过程中将面临国外厂商的竞争,他们积累了20多年的资金和技术将会对我国的MOCVD产业形成巨大的冲击。要建立我国的MOCVD产业,除了我们科研人员的努力外,企业的投入、国家政策的扶持和资金的资助都将会是决定我国MOCVD产业化成败的关键。” 
      MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的关键设备,同时也是制备砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件的主流方法。随着MOCVD 

  逐步在半导体制造业中得到广泛应用,全世界每年需要MOCVD设备约二百台。由于我国没有专门制备MOCVD设备厂家以及定型化产品,使我国在这一领域受制于国外,研制国产的MOCVD 

  设备已是非常迫切。“十五”期间,863计划新材料领域作出了研制适合氮化镓生产的生产型MOCVD设备的决定。二○○一年七月,中国科学院半导体研究所承担了北京市科学技术委员会新材料基地“氮化镓激光器关键技术研究”。经过科研人员两年的不断攻关,取得了关键技术的突破,通过了专家验收。与此同时,中国科学院半导体研究所于二○○二年七月承担的863计划项目“适合氮化镓材料生产的MOCVD设备和虚拟仿真系统”也取得较大的进展,顺利通过专家组的中期考核和评估。
作者:中国塑料机械网 来源:中国塑料机械网信息中心
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