ПИРНЦИПИ ТА МЕТОДИ ЕПІТАКСІЙНОГО РОСТУ
2.
Основи епітаксійного росту
Основою впорядкованого росту є прагнення частинок є сумарної енергії, яке може бути досягнуто, як правило, при їх регулярном розташуванні. З ростом об'ємного кристала основною проблемою є те, що глибина мінімума порівняно з кінетичною енергією, необхідноїчастинкі, щоб дістатися до місця призначення в регулярній решіткі. В результаті кристали ростуть з великою кількістю дефектів (вакансій, міжвузлових атомів і ін.). Крім того, зростання обсягу надходить з декількох напрямків, так що часто отримуються кристали блоковими. Додаткові джерела дефектів є домішки, які падають від заряду в кристалз елементів конструкції.
Переваги епітаксіального росту:
1) Наявність заздалегідь підготовленої кристалічної площині визначаючої напрямок росту і структуру вирощеного шару.
2) Не рівноважність процесу зростання, в зв'язку з тим, що температура поверхні зростання значно нижче температури плавлення.
3) Наявність ефективної поверхневої дифузії зростання атомів матеріалів.
4) Висока частота ростових матеріалів і відсутність контакту вирощувані структури з структурними деталями.
Методи епітаксійного росту
Молекулярно-променева епітаксія
MПE включає в себе вакуумне осадження зростання матеріалів по підготовленій монокристалічнійпідкладкі. Джерела матеріалів зростання є тиглі, що знаходиться на значній відстані (близько 0,5 метрів) від підкладки. При вирощуванні шарів, що мають багатокомпонентний хімічний склад (наприклад, GaAs), кожен з складових матеріалів (Ga і As), розміщуються в одному тиглі. Тиглі нагрівають до високої температури, при якій ефективне випаровування матеріалу.
|
|
|
Відмінною особливістю процесу є те, що МПЕ відбувається знаходиться в надвисокому вакуумі - тиск газу в вирошувальній камері становить менше 10-7 Па. При такому тиску, відстаньміж молекулами газу становить в середньому 10,3 см. Діаметр молекули 10-7 - 10-6 см ймовірність зіткнення молекул визначається квадратом відношення молекул до відстані між ними порядку 10-7, що відповідає середній довжині вільного пробігу 104
см, тобто величина значно більше, ніж відстань між молекулами сусідніх джерел і підкладки. В результаті атоми зростаючих матеріалів випаровуються з тиглів, переміщаються до підкладки по прямій траєкторії у вигляді порівняно вузьких пучків, що утворених конфігурацією тиглів. Підкладка нагрівається до високої температури, (500 - 700С), при якій ефективна поверхня дифундує.
Основні переваги технології молекулярно-променевої епітаксії:
1) Високий ступінь чистоти процесу через надвисокий вакуум і використання надчистих матеріалів зростання.
|
|
|
2) Здатність контролювати склад вирощених структур, досягається за рахунок високої швидкості проходження молекулярних пучків до підкладки.
3) Можливість безпосередньо контролювати процес зростання за допомогою мас-спектрометрії та швидкої дифракції електронів (ШДE), які вимагають високого вакууму.
До недоліків технології МПЕ відносять:
1) Технічну складність установки і зростання нестійкості процесу зростання зміни параметрів росту вимагають високі вимоги до кваліфікації технологічного персоналу.
2) Низька швидкість процесу зростання, що становить, в середньому, 1 мкм / год. З урахуванням всіх підготовчих процедур для вирощування однієїепітаксійної структури повна робоча зміна.
3) Висока вартість вирощуваних структур, яка включає в себе амортизаційні витрати на дорогі установки, висока вартість надчистих матеріалів зростання на оплатуперсоналу.
Газофазна епітаксія
При газофазній епітаксії кристалів типу Si джерело ростових газоподібних матеріалів є алкіди металів.
Процес який відбувається в замкнутому просторі - реакторі, але, на відміну від МПЕ, процес не вимагає високого вакууму. Струмені сирого матеріалу спрямовані на нагріту підкладку, на якій хімічна реакція, а по-друге, як і в методі МПЕ, нагрівання сприяє збільшенню поверхневої дифузії атомів.
|
|
|
Тиск газу в реакторі може варіюватися в широких межах в залежності від вимог, до вирощених структур. Зниження тиску збільшує чіткість гетеропереходів, але це збільшує вірогідність забруднення в результаті матеріалів зростання контакту з стінками реактора. Для зменшення такого контакту реактор іноді заповнюється буферним газом - водень або азот.
Переваги HPE:
1) Значно більше, ніж МПE, простота і стійкість процеса зростання.
2) Приблизно в десять разів більше швидкості росту (близько 10мкм / год).
3) Дешевше зростання матеріалів.
Недоліки ГДE:
1) Неможливість забезпечити високу чистоту процесу процесу.
2) Нездатність безпосередньо контролювати процес зростання.
3)Технічні труднощі, пов'язані з високою токсичністю у використовувані матеріалів.
2.2.3 Атомно-пошарова епітаксія
Вихідні матеріали в зростанні атомних шарів епітаксії ті ж, що в ГФЕ, але зростання не постійне , а пошарове,де кожен шар вирощений в кілька етапів.
На першій стадії поверхню зростання очищається газоподібним алкідом металу. При контакті з поверхнею поляризація молекули поляризується - атоми металавключені в кристалічну решітку, а алкідний залишок навпаки, відштовхується від поверхні. В кінці кінців вся поверхня зростання покрита шаром поляризованих молекулі зовнішній шар, що складається з алкідних залишків запобігає осадженню наступного молекулярного шару. Після цього газ в формі алкіда смоли не осідає на поверхні, викачують з реактора.
|
|
|
На наступному етапі поверхню опромінюють світлом, відриваючим іони, що надходять від алкідів з атомів металу і іонів газу. Поверхня зростання покрита атомним шаром металу.
Після цього в реактор запускають арсин, молекули якого, як і в попередньому випадку покриваютьротову поверхню, а не адсорбовані молекули.
Останній крок здійснюється осадженням молекули арсину, іони водню відкачують з реактора, і ростова поверхня покрита молекулярним шаром вирощеного матеріалу. Процес може бути повторений і таким чином,виростити велику кількість молекулярних шарів.
Переваги методу атомного шару епітаксії:
1) Можливість абсолютно точної установки товщини вирощуваного шар.
2) Можливість вирощування епітаксійних шарів на поверхні будь-якої форми.
Недоліки:
1) Процедура для вирощування атомних шарів виходить дуже громіздкою, тому темпи зростання дуже низькі (менше 0,1мкм / год).
2) Там не використовується поверхнева дифузія атомів, тому рівень структурних дефектів в поворотах епітаксійних шарів є дуже високим.
ГФЕ технології використовується в тих випадках, коли вам потрібно економічно ефективно і в короткі терміни призво -побудувати велику кількість структур, для яких якість не вимагається висока. У тих випадках, коли це необхідно висока якість епітаксійних структур, а також в більшості
випадків, ситуація в точності, як безперечних переваг спільноти має технологію МПЕ. Відповідно, нижче розглядається тільки найпрогресивніший варіант епітаксійної технології.
РОЗДІЛ 3
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!