En introduktion til Epitaksi

af Kerry Taylor-Smith, B.Sc. (Hons)Feb 14 2019

Billedkreditter: Iaremenko Sergii/.com

Epitaksi er en vigtig teknik i krystallografi, hvor naturlige eller kunstige krystaller dyrkes på et krystallinsk substrat; det underliggende substrat fungerer som en frøkrystal og bestemmer orienteringen af de krystaller, der vokser på den.

hvad er Epitaksi?

afledt af den græske epi, hvilket betyder ovenfor, og takser, en ordnet måde, resulterer processen i dannelsen af en eller flere krystallinske tynde film, der kan have samme eller forskellige kemiske sammensætninger og struktur som substratet. Den aflejrede film låses i en eller flere krystallografiske orienteringer med hensyn til substratkrystallen, og den resulterende epitaksiale film eller lag har et bestemt register eller placering i forhold til det underliggende lag.

processen bruges i nanoteknologi og i halvlederfabrikation, hvor den er af kommerciel betydning; faktisk er epitaksi den eneste overkommelige metode til krystalvækst af høj kvalitet for mange halvledermaterialer. For de fleste tyndfilmapplikationer – hårde eller bløde belægninger eller optiske belægninger – er det af ringe betydning, men det er kritisk i halvledertyndfilmteknologi, hvor væksten af halvledermaterialer danner lag og kvantebrønde i elektroniske og fotoniske enheder såsom computervideoskærme og telekommunikationsapplikationer. For de fleste teknologiske anvendelser er ønsket om, at det deponerede materiale danner en krystallinsk film, der har en veldefineret orientering med hensyn til substratkrystallstrukturen.

typer af Epitakse

der findes forskellige typer epitakse:

• Homoepitaksi-dette udføres med et materiale, så substratet og den tynde film er de samme, ofte silicium på silicium. Dette bruges ofte til at dyrke film, der er renere end underlaget, og som kan doteres uafhængigt af det.
• Heteroepitaksi-dette udføres med forskellige materialer og bruges ofte til at dyrke film af materialer, for hvilke krystaller ellers ikke kan opnås, f.eks. Denne metode giver mulighed for optoelektroniske strukturer og bandgap konstruerede enheder.
• Heterotopotaksi – denne metode svarer til heteroepitaksi undtagen vækst er ikke begrænset til todimensionel vækst; substratet er kun ens i struktur til tyndfilmmaterialet.
• Pendeo-epitaksi – i denne proces vokser en heteroepitaksial film lodret og lateralt samtidigt. Det bruges i siliciumbaserede fremstillingsprocesser og er især vigtigt for sammensatte halvledere, såsom galliumarsenid.

Heteroepitaksi bruges ofte til metal-halvledervækst; mange metal-halvlederstrukturer bruges til kontaktapplikationer, og epitaksial vækst muliggør øget elektronbevægelse gennem et kryds. Imidlertid kan forsøg på at dyrke et lag krystaller oven på et substrat, der er anderledes end det, give problemer; matchende gitter er vigtige for at minimere defekter og øge elektronmobilitet, men processen kan føre til uovertrufne gitter. Denne uoverensstemmelse kan forårsage anstrengt eller afslappet vækst og dermed udløse grænsefladefejl og afvige fra det, der betragtes som ‘normalt’, kan føre til ændringer i filmens elektroniske, optiske, termiske og mekaniske egenskaber.

Epitaksial vækst af Tyndfilmmaterialer og dens anvendelser

Epitaksial vækst af tyndfilmmaterialer har adskillige anvendelser inden for elektronik, optoelektronisk og magneto-optik. Vækst kan forekomme på flere måder, hvor den mest almindelige er dampfase epitaksi (en modifikation af kemisk dampaflejring), hvor atomer til aflejring på substratet kommer fra damp, og vækst forekommer ved den gasformige/faste grænseflade. Epitaksi i fast fase aflejrer en tynd ikke-krystallinsk film på substratet, som derefter opvarmes til dannelse af et krystallinsk lag, mens epitaksi i flydende fase ser lag dyrket fra en flydende kilde.

sidstnævnte er langt den billigste og nemmeste vej til fremstilling af enhedskvalitetslag, men metal organisk kemisk dampaflejring (MOCVD) og molekylær stråleepitaksi (MBE) vokser i brug. De oprindelige omkostninger er dyre, men MOCVD og MBE er mere alsidige og kan let producere flerlagsstrukturer med atomlagskontrol, hvilket er grundlæggende for den nanoengineering, der nu kræves for at producere enhedsstrukturer i efterhånden dyrkede flerlag.

referencer og yderligere læsning

• hvad er epitaksi?
• Epitaksi
• Epitaksial Krystalvækst: Metoder og materialer
• Epitaksi
• Epitaksi |krystallografi

ansvarsfraskrivelse: de synspunkter, der udtrykkes her, er de af forfatteren udtrykt i deres private kapacitet og repræsenterer ikke nødvendigvis synspunkterne i AZoM.com ejeren og operatøren af denne hjemmeside. Denne ansvarsfraskrivelse er en del af Vilkårene og betingelserne for brug af denne hjemmeside.

skrevet af

Kerry Taylor-Smith

Kerry har været freelance skribent, redaktør og korrekturlæser siden 2016 med speciale i videnskab og sundhedsrelaterede emner. Hun har en grad i naturvidenskab ved University of Bath og er baseret i Storbritannien.

citater