Maschinenbau

Epitaxie | Kristallographie

Epitaxie , der Prozess des Wachstums eines Kristalls einer bestimmten Orientierung auf einem anderen Kristall, wobei die Orientierung durch den darunter liegenden Kristall bestimmt wird. Die Erstellung verschiedener Ebenen inHalbleiterwafer , wie sie in integrierten Schaltkreisen verwendet werden , sind eine typische Anwendung für das Verfahren. Darüber hinaus wird Epitaxie häufig zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente verwendet.

Das Wort Epitaxie leitet sich vom griechischen Präfix epi ab, das "auf" oder "über" bedeutet, und Taxis , die "Anordnung" oder "Ordnung" bedeuten. Die Atome in einer Epitaxieschicht haben eine bestimmte Registrierung (oder Position) relativ zum darunter liegenden Kristall. Das Verfahren führt zur Bildung kristalliner Dünnfilme, die die gleiche oder eine andere chemische Zusammensetzung und Struktur wie das Substrat aufweisen können und nur aus einer oder durch wiederholte Abscheidung aus vielen verschiedenen Schichten bestehen können. ImHomoepitaxie Die Wachstumsschichten bestehen aus dem gleichen Material wie das Substrat, während inHeteroepitaxie Die Wachstumsschichten bestehen aus einem vom Substrat verschiedenen Material. Die kommerzielle Bedeutung der Epitaxie beruht hauptsächlich auf ihrer Verwendung beim Wachstum von Halbleitermaterialien zur Bildung von Schichten und Quantentöpfen in elektronischen und photonischen Bauelementen - beispielsweise in Computer-, Videoanzeige- und Telekommunikationsanwendungen. Der Prozess der Epitaxie ist jedoch allgemein und kann daher auch für andere Materialklassen wie Metalle und Oxide auftreten, die seit den 1980er Jahren zur Herstellung von Materialien verwendet werden, die Riesen aufweisenMagnetowiderstand (eine Eigenschaft, die zur Herstellung digitaler Speichergeräte mit höherer Dichte verwendet wurde).

Bei der Dampfphasenepitaxie stammen die Ablagerungsatome aus einem Dampf, so dass Wachstum an der Grenzfläche zwischen gasförmigen und festen Phasen der Materie auftritt. Beispiele hierfür sind das Wachstum von thermisch verdampftem Material wie Silizium oder von Gasen wie Silan (SiH 4 ), das mit einer heißen Oberfläche reagiert, um die Siliziumatome zurückzulassen und den Wasserstoff wieder in die Gasphase freizusetzen. ImFlüssigphasen-Epitaxieschichten wachsen aus einer Flüssigkeitsquelle (wie Silizium, das mit kleinen Mengen eines anderen Elements dotiert ist) an einer Flüssig-Fest-Grenzfläche. ImFestphasenepitaxie Eine dünne amorphe (nichtkristalline) Filmschicht wird zuerst auf einem kristallinen Substrat abgeschieden, das dann erhitzt wird, um den Film in eine kristalline Schicht umzuwandeln. Das epitaktische Wachstum verläuft dann durch einen Schicht-für-Schicht-Prozess in der festen Phase durch atomare Bewegung während der Rekristallisation an der kristallamorphen Grenzfläche.

Es gibt eine Reihe von Ansätzen Dampfphasenepitaxie , die der häufigste Prozess für das Wachstum epitaktischer Schichten ist. Die Molekularstrahlepitaxie liefert einen reinen Strom von Atomdampf durch thermisches Erhitzen der Bestandteile . Zum Beispiel kann Silizium in einen Tiegel oder eine Zelle für gegeben werdenSiliziumepitaxie oder Gallium und Arsen können in getrennten Zellen für platziert werdenGalliumarsenid-Epitaxie. Bei der chemischen Dampfabscheidung werden die Atome für epitaktisches Wachstum aus einer zugeführten Vorläufergasquelle (beispielsweise Silan). Die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung ist ähnlich, außer dass metallorganische Spezies wie z Trimethylgallium (das normalerweise bei Raumtemperatur flüssig ist) als Quelle für eines der Elemente. Beispielsweise werden Trimethylgallium und Arsin häufig für das epitaktische Wachstum von Galliumarsenid verwendet.Die chemische Strahlenepitaxie verwendet ein Gas als eine ihrer Quellen in einem System, das der Molekularstrahlepitaxie ähnlich ist .Die Epitaxie der Atomschicht basiert auf der Einführung eines Gases, das nur eine einzige Atomschicht auf der Oberfläche absorbiert, und der Verfolgung eines anderen Gases, das mit der vorhergehenden Schicht reagiert.

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