Какие разновидности эпитаксиальных процессов вы знаете?

Ответ:

По природе взаимодействий «подложка – растущая кристаллическая фаза» эпитаксиальные процессы можно разделить на следующие типы:

– автоэпитаксия;

– гетероэпитаксия;

– хемоэпитаксия;

– реотаксuя

Автоэпитаксия (гомоэпитаксия) – процесс ориентированного наращивания кристаллического вещества, одинакового по структуре и не отличающегося химически (или отличающегося незначительно) от вещества подложки. Отличие может заключаться в типе примесей и различном уровне легирования подложки и наращиваемого слоя.

Гетероэпuтакcuя – процесс ориентированного наращивания вещества, отличающегося по химическому составу от вещества подложки. Этот процесс происходит с образованием переходного слоя, протяженность которого может быть значительной. Путём образовании гетероэпитаксиальных слоев в полупроводниках возможно формирование гетеропереходов, способных выполнять многочисленные функции как в дискретных приборах, так и в ИМС.

Хемоэпuтаксuя – процесс ориентированного наращивания, в результате которого образование новой кристаллической фазы – хемоэпитаксиального слоя – происходит за счет хими­ческого взаимодействия (например, реактивной диффузии) ве­щества подложки с веществом, используемым в качестве элемента реактивной диффузии. Полученный слой по химическому составу отличается как от подложки, так и от исходной фазы, но закономерно продолжает кристаллическую структуру подложки. Как правило, толщина хемоэпитаксиального слоя невелика. При образовании таких слоев может быть сформирован гетеропереход или невыпрямляющий контакт.

Реотаксuя [от греч. реос – «скользить»] – ориентиро­ванное наращивание кристаллического слоя в условиях, близких к равновесным, на подложке как механическом носителе. Подложка может быть стеклообразной, аморфной или иметь структуру, отличную от структуры формирующейся кристаллической фазы. Упорядочение формирующегося слоя происходит за счет высокой подвижности исходных структурных образований кластеров, попадающих на подложку из внешней среды.

По агрегатному состоянию исходной фазы все эпитаксиальные процессы делятся на четыре типа:

– эпитаксия из газовой фазы;

– эпитаксия в жидкой фазе;

– эпитаксия в системе пар – жидкость – кристалл;

– эпитаксия при твердофазном взаимодействии.

Жидкофазная эпитаксия. Достоинства, недостатки

Ответ:

Эпитаксия в жидкой фазе. Данный метод заключается в наращивании монокристаллического слоя из металлического расплава, насыщенного полупроводниковым материалом, рекристаллизующимся на поверхности подложки. При температурном равновесии подложки с раствором наращивание происходит вследствие перенасыщения раствора: перенос вещества к подложке осуществляется при распаде пересыщенного раствора диффузионным путем, иногда при участии конвективного обмена в жидкой фазе.

В качестве растворителя используют легкоплавкий компонент наращиваемого соединения, что снижает температуру кристаллизации, повышает чистоту наращиваемого слоя и уменьшает концентрацию вакансий.

Эпитаксия из жидкой фазы в основном применяется для получения многослойных полупроводниковых соединений, таких как GaAs, CdSnP2; также является основным способом получения монокристаллического кремния. Процесс проводят в атмосфере азота и водорода (для восстановления оксидных плёнок на поверхности подложек и расплава) или в вакууме(предварительно восстановив оксидные плёнки). Расплав наносится на поверхность подложки, частично растворяя её и удаляя загрязнения и дефекты.

Газофазная эпитаксия. Достоинства, недостатки

Ответ:

Газофазная (парофазная) эпитаксия. В прямых процессах данного типа осаждаемое вещество в исходной среде находится виде атомного или молекулярного пара (молекулярных пучков) в вакууме или инертной атмосфере. В непрямых процессах осаждаемое вещество или его компоненты содержатся в исходной среде в виде пара (или газообразных) химических соединений или их смесей с газовыми химически активными реагентами и газами – носителями.

Газофазная эпитаксия — получение эпитаксиальных слоев полупроводников путём осаждения из паро-газовой фазы. Наиболее часто применяется в технологии кремниевых, германиевых и арсенид-галлиевых полупроводниковых приборов и ИС. Процесс проводится при атмосферном или пониженном давлении в специальных реакторах вертикального или горизонтального типа. Реакция идёт на поверхности подложек (полупроводниковых пластин), нагретых до 750 - 1200 °C

Молекулярно-лучевая (пучковая) эпитаксия. Достоинства, недостатки

Ответ:

Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) или молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Позволяет выращивать гетероструктуры заданной толщины с моноатомно гладкими гетерограницами и с заданным профилем легирования. Для процесса эпитаксии необходимы специальные хорошо очищенные подложки с атомарно-гладкой поверхностью.

Молекулярно-лучевая эпитаксия(МЛЭ) – это технологический процесс формирования пленок требуемого состава и структуры на кристаллической подложке из направленного потока молекул (или атомов) в условиях сверхвысокого вакуума. При конденсации молекул происходит слоевой рост пленки с последовательной застройкой каждого монослоя. В результате можно получить монокристаллическую пленку с атомно-гладкой поверхностью, имеющую ориентацию подложки. Температура подложки должна поддерживаться оптимальной для миграции атомов по поверхности, но в методе МЛЭ эта температура на несколько сот градусов ниже, чем в процессах газовой эпитаксии.

Механизм формирования пленок из молекулярных пучков. Для высокого совершенства структуры эпитаксиального слоя необходима взаимная растворимость материалов подложки и пленки, а также определен­ная температура процесса, которая устанавливается по диаграмме состояния веществ. Взаимодействие попадающих на поверхность атомов с атомами под­ложки приводит к возникновению переходного эпитаксиального слоя. В этом слое наблюдается когерентный переход одной кристаллической решетки в другую. Качество эпитаксиальной пленки зависит от условий, возникающих на всех стадиях ее формирования.

На начальной стадии атомы из молекулярного потока адсорбируются на поверхности подложки. Адсорбция характеризуется понижением свободной энергии ΔG поверхности и убылью энтропии ΔS вследствие потери некоторых степеней свободы адсорбированными атомами. Из уравнения ΔG = ΔH - TΔS следует, что и энтальпия ΔH должна быть отрицательной, т. е. адсорбция — процесс экзотермический, всегда сопровождающийся выделением энергии.

Если вся поверхность покрывается атомами из пучка в один сплошной слой, то возникает мономолекулярная адсорбция. Но при адсорбции возможно возникновение и полимолекулярных покрытий.

На следующей стадии проис­ходит проникновение атомов на­растающей фазы в объем мате­риала подложки за счет их диффу­зии, растворения, движения по стенкам капилляров и границам зе­рен. Этот процесс называется абсорбцией. Для его активации требуется затратить энер­гию, поэтому абсорбция - процесс эндотер­мический.

Неактивированную и полно­стью обратимую адсорбцию назы­вают физической. Адсорбирующие­ся атомы на поверхности подлож­ки могут образовывать и химиче­ские связи с ее атомами, при этом выделяется значительное количе­ство теплоты — от 80 до 100 кДж/моль. Такой вид взаимодействия называется химической адсорбцией или хемосорбцией. При некоторой температуре она может быть необратимой, а при другой, более высокой,— обратимой и неактивированной. Хемосорбция приво­дит к более значительному понижению поверхностной энергии (поверхностно­го натяжения), чем физическая адсорбция.

При приближении атома пучка к поверхности сначала на не­го влияют относительно малые дальнодействующие силы при­тяжения. На поверхности подложки проявляются короткодейст­вующие силы отталкивания. Дальнодействующие силы включа­ют: 1) электростатические силы взаимодействия для полярных молекул; 2) индуцированные силы, возникающие при воздействии полярной молекулы на неполярную; 3) дисперсионные, проявля­ющиеся при сближении двух неполярных нейтральных молекул или атомов и являющиеся результатом индуцированного диполь-дипольного кратковременного взаимодействия; 4) резонансные силы, действующие между одинаковыми молекулами и проявля­ющиеся в результате обмена молекул фотонами.

В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии на нейтральных подложках осаждаются обычно неполярные атомы, поэтому из дальнодействующих сил наиболее существенны дисперсионные.

Когда атом приближается к поверхности на малое расстоя­ние и его волновая функция заметно перекрывается с функцией атомов подложки, существенными становятся короткодействующие силы. Они имеют обменную природу и называются иногда валентными или химическими.

Предыдущая15161718192021222324252627282930Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: