Епітаксія (технологія)

Епітаксія (від грец. επι (епі) — «на» та ταξισ (таксіс) — «впорядкований») — метод осадження монокристалічної плівки на монокристалічну підкладку, при якому кристалографічна орієнтація шару, який осаджують, повторює кристалографічну орієнтацію підкладки. Осаджена плівка зветься епітаксійною плівкою або епітаксійним шаром.

Епітаксія

Епітаксія у Вікісховищі

Епітаксійні плівки можуть бути вирощені з газоподібних або рідких прекурсорів. Оскільки підкладка виконує роль затравочного кристала, осаджена плівка переймає структуру та орієнтацію ґратки, що є ідентичними до ґратки підкладки. Це є відмінністю від методів осадження тонких плівок, в яких осаджуються полікристалічні або аморфні плівки, навіть на монокристалічних підкладках.

Різновиди

Є певні різновиди епітаксії. У випадку осадження плівки на підкладку такого самого складу процес зветься гомоепітаксією. У протилежному випадку він зветься гетероепітаксією.

Гомоепітаксія — різновид епітаксії, в якій бере участь лише один матеріал. В цьому процесі кристалічна плівка вирощується на підкладці чи плівці з того ж самого матеріалу. Така технологія використовується для вирощування плівок, що є чистішими за підкладку та виготовлення шарів з іншими рівнями легування.

Гетероепітаксія — різновид епітаксії, в якій беруть участь відмінні одне від одного матеріали. В процесі гетероепітаксії кристалічна плівка вирощується на кристалічній підкладці чи плівці з іншого матеріалу. Ця технологія часто використовується для вирощування кристалічних плівок з матеріалів, для яких іншим шляхом неможливо отримати монокристали, та для виготовлення інтегрованих кристалічних шарів різних матеріалів.

Гетеротопотаксія — процес подібний до гетероепітаксії, окрім того факту що ріст тонкої плівки не обмежується двовимірним ростом. Тут підкладка схожа до тонкоплівкового матеріалу лише за структурою.

Застосування

Епітаксія використовується в нанотехнологіях та виготовленні напівпровідників. Фактично епітаксія є єдиним доступним методом вирощування високоякісних кристалів для більшості напівпровідникових матеріалів, включаючи такі технологічно важливі матеріали, як кремній-германій, нітрид галію, арсенід галію, фосфід індію та графен.

Епітаксія також використовується для вирощування шарів попередньо легованого кремнію на боках кремнієвих пластин перед їх використанням у напівпровідникових приладах. Це є типовим для напівпровідникових приладів, як ті, що використовуються в електрокардіостимуляторах, контролерах торговельних автоматів, автомобільній електроніці, та ін.

Методи

Епітаксія можлива із будь-якої фази: парової (парофазна епітаксія, ПФЕ), рідкої (рідкофазна епітаксія, РФЕ), твердої (твердофазна епітаксія, ТФЕ). Найбільш розповсюдженими є ПФЕ та РФЕ.

Епітаксійний кремній зазвичай вирощують за допомогою парофазної епітаксії, різновидом хімічного осадження з парової фази. Також використовують молекулярно-променеву та рідкофазну епітаксію (МПЕ та РФЕ), зазвичай для складних напівпровідників. Твердофазна епітаксія використовується переважно для виправлення пошкоджень кристалів.

Рідкофазна епітаксія

Епітаксія з рідкої фази переважно застосовується для отримання багатошарових напівпровідникових сполук, таких як GaAs, CdSnP2. Рідкофазна епітаксія також є основним способом отримання монокристалічного кремнію (Метод Чохральського).

Молекулярно-променева епітаксія

У процесі молекулярно-променевої епітаксії матеріал нагрівається для випарування променя частинок. Ці частинки долають шлях до підкладки, де вони осідають, через дуже високий вакуум (10⁻⁸ Па). Молекулярно-променева епітаксія має нижчу продуктивність порівняно з іншими видами епітаксії. Ця технологія широко використовується для вирощування III–V напівпровідникових кристалів.

Див. також

• Хімічне осадження з парової фази
• Тонка плівка

Література

• Чистяков Ю. Д., Райнова Ю. П., Физико-химические основы технологии микроэлектроники, М., 1979
• Денисов А. Г., Кузнецов Н. А., Макаренко В. А., Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии, «Обзоры по электронной технике», сер. 7, в. 17, М., 1981
• Херман М., Полупроводниковые сверхрешетки, пер. с англ., М., 1989
• Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры, под ред. Л. Ченга, К. Плога, пер. с англ., М., 1989
• Палатник Л. С., Папиров И. И., Ориентированная кристаллизация, М., 1964
• Палатник Л. С, Папиров И. И., Эпитаксиальные пленки, М., 1971
• Современная кристаллография, т. 3, М., 1980

Посилання

• Епітаксія. Хімічна енциклопедія [Архівовано 29 листопада 2009 у Wayback Machine.] (рос.)
• Епітаксія. Фізична енциклопедія [Архівовано 4 листопада 2010 у Wayback Machine.] (рос.)