分子束外延沉积速率监测控制系统

随着半导体市场,，特别是化合物半导体市场的逐步开放和增长，作为化合物半导体研发中相关材料制备的关键仪器，MBE、MOCVD等薄膜沉积与外延设备的市场也在逐年增长和扩大中，不论是海外品牌还是国产品牌，近几年的市场规模都在逐年扩大。由于高校的管理模式及制度，这些仪器设备大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。其中，对化合物半导体薄膜沉积与外延设备的统计分析或可一定程度反映科研领域相关仪器的市场信息（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，部分仪器品牌信息不全则根据型号等信息补全，不完全统计分析仅供读者参考）。共享化合物半导体薄膜沉积与外延设备分布北京市共享化合物半导体薄膜沉积与外延设备分布本次统计，共涉及化合物半导体薄膜沉积与外延设备的总数量为184台，涉及23省（直辖市/自治区），73家单位。其中，北京市共享设备数量最多达64台，占比35%，涉及14所高校院所，北京如此高的占比主要是由于其科研院所较多，产品也主要用于科研领域。共享仪器平台主要来自科研用户上传并服务于科研用户，也因此该类仪器设备主要分布于科研院所众多的北京市。从北京市的分布情况来看，其主要分布于高校集中的海淀区，该地区共有60台共享设备。化合物半导体材料制备设备主要有MBE和MOCVD。从统计中可以看出，MBE在科研领域中的占比较大，高达73%，MOCVD占比为21%。MBE由于其外延生长时间长，大批量生产性差，对真空条件要求高，目前还无法大规模用于工业化生产中，又由于其可原位观察单晶薄膜的生长过程等优势，主要用于进行生长机制的研究，图中比例仅代表科研领域中的分布情况。虽然MBE成膜质量好，但生产效率低，因此在工业领域中，MOCVD占据主流。不过近年来，众多厂商和科研人员一直在致力于MBE技术的产业化，信息显示，北京意莎普科技发展中心有限公司近年来在推进MBE分子束外延片研发及产业化建设项目。还有知情人士称，深圳地区有人做相关产业化，一次性买入几十台MBE，做2寸的晶圆，做出来多少，就有人收多少。相关仪器设备所属学科领域分布从仪器所属学科领域分布可以看出，这些仪器设备主要用于物理学和材料科学研究，占比分别为36%和32%。需要注意的是，以上统计存在交叉分布的情况，即该仪器同时属于多类学科领域，实际上材料科学和物理学研究具有很大的重合度。化合物半导体薄膜沉积与外延设备TOP5品牌MOCVD设备中Aixtron占比那么这些仪器主要有哪些品牌呢？整体来看，化合物半导体薄膜沉积与外延设备中，沈阳科仪、Aixtron和Omicron占比最高，其中沈阳科仪MBE和MOCVD产品均有涉及，Aixtron则聚焦MOCVD设备，Omicron聚焦MBE产品。MBE产品的品牌占比可参考【这类仪器本土品牌在崛起——全国共享MBE盘点】。进一步统计分析了MOCVD的品牌构成，发现MOCVD主要以德国Aixtron的产品为主，占比高达49%。需要注意的是德国Aixtron集团在英国有子品牌Thomas Swan，本次统计未归入Aixtron中。Aixtron是一家总部位于德国的欧洲技术公司，专门为半导体行业的客户制造金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备。2016年10月，中国福建大芯片投资基金LP希望收购Aixtron，但德国经济部撤回了对该收购的批准。Axitron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。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。AIXTRON公司最先进的独特的行星转盘技术应用在大型G4 2800HT 42*2”以及Thomas Swan(1999年被AIXTRON收购) CCS Crius 30*2” MOCVD系统，使得Aixtron的MOCVD设备被公认为世界上技术和商业价值最完美的结合。设备品牌所属国家分布那么这些仪器主要来自于哪些国家呢？统计结果表明，此类产品以德国品牌居多，占比达32%，其次为国产品牌，可以看出中国产品正在崛起。本次统计主要涉及牛津、Aixtron、Thomas Swan、沈阳科仪、Emcore、中科宏微、Veeco、Omicron、TSST、SPECS、MBE-Komponenten GmbH、DCA、VG、Unisoku、SVTA、国成仪器、RIBER、Neocera、大连齐维科、上海实路、KurJ.Lesker、青岛精诚华旗、湖南顶立、EPGRESS等品牌。

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="123"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="525" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "低温扫描探针显微镜-分子束外延联合系统/p/td/trtrtd width="123"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="525" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "中科院物理研究所/p/td/trtrtd width="123"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="177"p style="line-height: 1.75em "郇庆/p/tdtd width="161"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="187"p style="line-height: 1.75em "qhuan_uci@yahoo.com/p/td/trtrtd width="123"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="525" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="123"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="525" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 √技术入股 □合作开发 √其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strongbr/ /pp style="text-align: center line-height: 1.75em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/d3e8deb8-9a73-4570-b633-d2de2a65bcdd.jpg" title="LT-STM-MBE.jpg" width="350" height="347" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 350px height: 347px "//pp style="line-height: 1.75em " br//pp style="line-height: 1.75em " 该系统是针对SPM的专业研究应用所研发的。采用自制杜瓦型低温恒温器，可获得最低5K的低温，制冷剂利用效率高。特殊设计的扫描探头结构紧凑、体积小巧，具有极好的机械和温度稳定性。兼容目前主流商业化样品架，可原位更换针尖、样品和沉积分子/原子。集成了基于tuning fork技术的AFM，可在STM和AFM两种模式下工作。系统同时集成了专业的MBE腔体和独立的样品处理腔，具有液氮的冷屏和多达7个蒸发源安装位置，可以通过RHEED和LEED等手段监控生长。尚在研发中，主要技术指标待测。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ 纳米表征和研究的重要工具，国内每年需求量在数十台。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong知识产权及项目获奖情况： /strongbr/ 发明专利：201510345910.8/p/td/tr/tbody/tablepbr//p

随着半导体市场，特别是化合物半导体市场的逐步开放和增长，分子束外延作为一种新发展起来的外延制膜方法而逐渐崭露头角。分子束外延技术是在半导体工艺中近十几年来发展起来的一项新技术，它是在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，以一定的热运动速度，按一定的比例从喷射炉中喷射到基片上去进行晶体外延生长而制备单晶膜的一种方法。简称MBE法。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子显微结构材料。专利一般是由政府机关或者代表若干国家的区域性组织根据申请而颁发的一种文件，这种文件记载了发明创造的内容，并且在一定时期内产生这样一种法律状态，即获得专利的发明创造在一般情况下他人只有经专利权人许可才能予以实施。在我国，专利分为发明、实用新型和外观设计三种类型。专利文献作为技术信息最有效的载体，囊括了全球90%以上的最新技术情报，相比一般技术刊物所提供的信息早5～6年，而且70%～80%发明创造只通过专利文献公开，并不见诸于其他科技文献，相对于其他文献形式，专利更具有新颖、实用的特征。可见，专利文献是世界上最大的技术信息源，另据实证统计分析，专利文献包含了世界科技技术信息的90%～95%。如此巨大的信息资源远未被人们充分地加以利用。事实上，对企业组织而言，专利是企业的竞争者之间惟一不得不向公众透露而在其他地方都不会透露的某些关键信息的地方。因此，通过对专利信息细致、严密、综合、相关的分析，可以从其中得到大量有用信息。基于此，仪器信息网特统计分析了国内分子束外延的专利信息，以期为从业者提供参考。（本文搜集信息源自网络，不完全统计分析仅供读者参考，时间以专利申请日为准）本次统计，以“分子束外延”为关键词进行检索，共涉及专利总数量为593条，其中发明专利540条、实用新型专利52条和外观专利1条。从统计结果可以看出，从1992年开始，分子束外延专利数量整体呈增长趋势，但在2004-2006年之间出现了一个小高峰。这表明分子束外延的研发投入整体在不断增加，相关企业和科研院所数量也在不断增加，从事相关研究的人数也在逐年增加。1992-2003是国内分子束外延技术的起步阶段，2004年进入了发展阶段。从申请人专利量排行可以看出，在专利申请人申请量排名中，中国科学院半导体研究所的表现最为突出共申请专利60件，中国科学院上海微系统与信息技术研究46件专利与中国科学院上海技术物理研究所24件专利，分列第二与第三位。整体来看，相关专利几乎都集中于科研院所，特别是中科院系统内，在专利申请量TOP20中的企业只有新磊半导体科技（苏州）有限公司和苏州焜原光电有限公司。具体来看，科研院所的分子束外延专利主要集中于材料生长、加工工艺等方面；而两家企业的专利主要围绕分子束外延设备方面。据了解，苏州焜原光电有限公司成立于2017年5月，位于苏州吴江汾湖高新区，地处江浙沪两省一市交汇的黄金腹地，由陈意桥博士携美国及国内团队创立，主要从事III-V族化合物半导体材料和器件的研发和生产。该公司技术团队拥有器件及材料结构设计、外延材料生长、器件研制、MBE设备设计及定制化升级改造等多方面人才。可以看出，目前分子束外延的研发主要集中于科研院所，相关设备主要用于科研领域。从发明人专利量排行可以看出，在专利申请人申请量排名中，中国科学院上海技术物理研究所的顾溢研究员的表现最为突出，共申请专相关利22件，其次为冯巍、张永刚等人。顾溢是中科院上海技物所研究员，主要研究领域为III-V族半导体光电材料与器件，包括半导体材料分子束外延、失配材料生长与应变控制、短波红外半导体探测材料及其光电特性等，在大失配异变和赝配In(GaAl)As晶格工程和大尺寸高均匀材料外延及其器件研制方面取得系列成果。通过对专利申请区域进行统计能够了解到目前专利技术的布局范围以及技术创新的活跃度，进而分析各区域的竞争激烈程度。从专利申请区域可以看出，国内分子束外延相关专利申请主要集中于北京市、上海市、江苏省等，这些地区都是半导体相关研究发达的地区，而分子束外延主要用于科研。从专利技术分类来看，大部分的专利都集中于电学领域（57.77%）。这主要是因为其被广泛应用于半导体器件或其部件的制造或处理（h01l21/02）。具体来讲，主要是其被用于半导体材料得生长等方面。