1. 應(yīng)用需求與挑戰(zhàn)

金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）是制備III-V族化合物半導(dǎo)體（如氮化鎵GaN）的核心工藝，其關(guān)鍵在于精確控制前驅(qū)體氣體的濃度、生長(zhǎng)速率及工藝可重復(fù)性。

在MOCVD工藝中，前驅(qū)體通過鼓泡器汽化后由載氣輸送至反應(yīng)腔室。然而，前驅(qū)體濃度的穩(wěn)定性受多重因素影響：

• 鼓泡器溫度均勻性：即使采用恒溫槽，仍難以消除溫度波動(dòng)；

• 前驅(qū)體狀態(tài)變化：固態(tài)前驅(qū)體的表面積或液態(tài)前驅(qū)體的液位變化均可能導(dǎo)致輸送不穩(wěn)定。

為實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，需對(duì)前驅(qū)體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過反饋調(diào)節(jié)氣體流量、溫度、壓力等參數(shù)，形成閉環(huán)控制。

技術(shù)選擇：非色散紅外（NDIR）氣體分析技術(shù)具有響應(yīng)快、精度高、體積小等優(yōu)勢(shì)，是MOCVD前驅(qū)體濃度監(jiān)測(cè)的理想方案。

國(guó)產(chǎn)化迫切性：目前此類設(shè)備依賴歐美日進(jìn)口，但根據(jù)2025年《政府工作報(bào)告》要求，突破關(guān)鍵核心技術(shù)、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代已成為國(guó)家戰(zhàn)略需求，對(duì)保障產(chǎn)業(yè)鏈安全至關(guān)重要。

圖1 MOCVD工藝原理圖

2. 解決方案

四方儀器作為紅外氣體傳感器制造商，推出專為MOCVD設(shè)計(jì)的Gasboard-2062紅外氣體傳感器，提供高精度、實(shí)時(shí)的前驅(qū)體濃度監(jiān)測(cè)。

圖2 Gasboard-2062紅外氣體傳感器

2.1 測(cè)量原理

Gasboard-2062采用雙光束紅外吸收檢測(cè)技術(shù)：紅外光源發(fā)射特定波長(zhǎng)光，通過被測(cè)氣體；氣體分子選擇性吸收光信號(hào)，強(qiáng)度衰減與濃度成正比；通過對(duì)比樣品信號(hào)與參比信號(hào)（雙光束設(shè)計(jì)），計(jì)算氣體濃度，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2.2 核心優(yōu)勢(shì)

• 雙光束紅外（NDIR）技術(shù)：采用電調(diào)制光源和集成雙通道探測(cè)器，顯著提升抗干擾能力；

• 環(huán)境適應(yīng)性：通過參考通道補(bǔ)償溫度、濕度及交叉氣體干擾，確保測(cè)量穩(wěn)定性；

• 原位高精度測(cè)量：原位測(cè)量，準(zhǔn)確度≤±1.0% F.S.，響應(yīng)時(shí)間T90≤4秒。

圖3 Gasboard-2062紅外氣體傳感器光學(xué)結(jié)構(gòu)

2.3 產(chǎn)品性能

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，傳感器的線性準(zhǔn)確度（圖4）、響應(yīng)時(shí)間（圖4）、重復(fù)性和檢出限等均滿足MOCVD前驅(qū)體氣體濃度在線監(jiān)測(cè)需求。

表1 Gasboard-2062紅外氣體傳感器的技術(shù)參數(shù)

圖4 Gasboard-2062紅外氣體傳感器的線性檢查與響應(yīng)時(shí)間檢查

2.4 安裝方案

圖5 Gasboard-2062紅外氣體傳感器的安裝示意圖