3 Лекция 9

9. Физико-химические основы эпитаксиальных процессов

Термин «эпитаксия» был введен в техническую литературу для обозначения процесса ориентированного наращивания монокристалли­ческого материала на монокристалл-подложку, в результате которого образующаяся новая фаза зако­номерно продолжает кристаллическую решетку подложки с образовани­ем переходного слоя, способствующего когерентному срастанию двух решеток по плоскостям и направлениям со сходной плотностью атом­ной упаковки.

Переходный слой представляет собой промежуточную область между двумя срастающимися фазами, свойства которой определяются характером физико-химических взаимодействий в той системе реаген­тов (включая подложку), в которой протекает данный эпитаксиальный процесс.

Этот слой является переносчиком информации о структуре под­ложки в растущую кристаллическую фазу.

9.1. Классификация эпитаксиальных процессов

По природе взаимодействийподложка - растущая кристалличес­каяфазаэпитаксиальные процессы можно подразделить на несколько типов.

Автоэпитаксия (гомоэпитаксия)- процесс ориентированного на­ращивания кристаллического вещества, одинакового по структуре и не отличающегося (или отличающегося незначительно) химически от вещества под­ложки. Отличие может заключаться в различном уровне легирования и типе примесей, что обусловливает возможность формирования гомо­генных электронно-дырочных структур.

Гетероэпитаксия -процесс ориентированного наращивания ве­щества, отличающегося по химическому составу от вещества подлож­ки, но подобного ему по структуре. Этот процесс происходит с об­разованием переходного слоя, протяженность которого может быть значительной. Гетероэпитаксия осуществима в системах элементов или соединений, не склонных к химическому взаимодействию друг с другом (образованию промежуточных фаз).

Хемоэпитаксия -процесс ориентированного нарастания, в ре­зультате которого образование новой кристаллической фазы - хемо­эпитаксиаль­ного слоя - происходит за счет химического взаимодейс­твия (например, реактивной диффузии) вещества подложки с вещест­вом, поступающим из исходной фазы. 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.

Реотаксия -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 кластеров, попадающих на подложку из внешней среды.

По химическому состоянию веществав период переноса от внеш­него источника к подложке (фактически по химическому составу ис­ходной фазы) эпитаксиальные процессы бывают следующими.

Прямые процессы,когда вещество переносится к подложке без промежуточных реакций. Химический состав вещества источника, его состав в процессе переноса и состав эпитаксиального слоя одинако­вы. Примерами таких процессов могут быть вакуумное испарение, сублимация, молекулярная эпитаксия.

Непрямые процессы, когда при переносе вещества от источника к подложке происходят химические превращения: пиролиз, восстанов­ление, окисление, диспропорционирование, различные стадии хими­ческого синтеза и др. Состав промежуточной фазы отличается и от состава источника, и от состава растущего эпитаксиального слоя. Такие процессы наиболее распространены.