Introducción a la Epitaxia

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

Créditos de la imagen: Iaremenko Sergii/. com

La epitaxia es una técnica importante en cristalografía donde los cristales naturales o artificiales se cultivan en un sustrato cristalino; el sustrato subyacente actúa como un cristal semilla y determina la orientación de los cristales que crecen sobre él.

¿Qué es la epitaxia?

Derivado del griego epi, que significa arriba, y taxis, de una manera ordenada, el proceso resulta en la formación de una o varias películas delgadas cristalinas que pueden tener la misma o diferente composición química y estructura que el sustrato. La película depositada se bloquea en una o más orientaciones cristalográficas con respecto al cristal del sustrato, y la película o capa epitaxial resultante tiene un registro o ubicación particular con respecto a la capa subyacente.

El proceso se utiliza en la nanotecnología y en la fabricación de semiconductores, donde es de importancia comercial; de hecho, la epitaxia es el único método asequible de crecimiento de cristales de alta calidad para muchos materiales semiconductores. Para la mayoría de las aplicaciones de película delgada, recubrimientos duros o blandos, u recubrimientos ópticos, es de poca importancia, pero es crítico en la tecnología de película delgada de semiconductores, donde el crecimiento de materiales semiconductores forma capas y pozos cuánticos en dispositivos electrónicos y fotónicos, como pantallas de video para computadoras y aplicaciones de telecomunicaciones. Para la mayoría de las aplicaciones tecnológicas, el deseo es que el material depositado forme una película cristalina que tenga una orientación bien definida con respecto a la estructura cristalina del sustrato.

Tipos de epitaxia

Hay varios tipos de epitaxia:

• Homoepitaxia – Esto se realiza con un material, por lo que el sustrato y la película delgada son los mismos, a menudo silicio sobre silicio. Esto se usa a menudo para cultivar películas que son más puras que el sustrato, y que se pueden dopar independientemente de él.
• Heteroepitaxia: Se realiza con diferentes materiales y a menudo se usa para cultivar películas de materiales para los que no se pueden obtener cristales de otra manera, por ejemplo, silicio sobre zafiro o grafeno sobre nitruro de boro hexagonal. Este método permite estructuras optoelectrónicas y dispositivos de ingeniería de banda ancha.
• Heterotopotaxia: Este método es similar a la heteroepitaxia, excepto que el crecimiento no se limita al crecimiento bidimensional; el sustrato es similar solo en estructura al material de película delgada.
• Pendeo-epitaxia-En este proceso, una película heteroepitaxial crece vertical y lateralmente simultáneamente. Se utiliza en procesos de fabricación basados en silicio y es particularmente importante para semiconductores compuestos como el arseniuro de galio.

La heteroepitaxia se utiliza a menudo para el crecimiento de semiconductores metálicos; muchas estructuras de semiconductores metálicos se utilizan para aplicaciones de contacto y el crecimiento epitaxial permite un mayor movimiento de electrones a través de una unión. Sin embargo, tratar de cultivar una capa de cristales sobre un sustrato que sea diferente a él puede presentar problemas; las redes coincidentes son importantes para minimizar los defectos y aumentar la movilidad de los electrones, pero el proceso puede conducir a redes incomparables. Este desajuste puede causar un crecimiento tenso o relajado, lo que desencadena defectos interfaciales, y desviarse de lo que se considera «normal» puede conducir a cambios en las propiedades electrónicas, ópticas, térmicas y mecánicas de la película.

Crecimiento Epitaxial de Materiales de Película Delgada y Sus Aplicaciones

El crecimiento epitaxial de materiales de película delgada tiene numerosas aplicaciones en electrónica, optoelectrónica y magnetoptica. El crecimiento puede ocurrir de varias maneras, la más común es la epitaxia de fase de vapor (una modificación de la deposición química de vapor), donde los átomos para la deposición en el sustrato provienen del vapor y el crecimiento ocurre en la interfaz gaseoso/sólido. La epitaxia de fase sólida deposita una fina película no cristalina en el sustrato que luego se calienta para formar una capa cristalina, mientras que la epitaxia de fase líquida ve capas que crecen a partir de una fuente líquida.

Esta última es, con mucho, la ruta más barata y fácil para producir capas de calidad de dispositivo, pero la deposición de vapor de productos químicos orgánicos metálicos (MOCVD) y la epitaxia de haz molecular (MBE) están creciendo en uso. Los costos iniciales son caros, pero MOCVD y MBE son más versátiles y pueden producir fácilmente estructuras multicapa con control de capa atómica, lo cual es fundamental para la nanoingeniería que ahora se requiere para producir estructuras de dispositivos en multicapas a medida que crecen.

Referencias y lecturas complementarias

• ¿Qué es la epitaxia?
• Epitaxia
• Crecimiento de cristales Epitaxiales: Métodos y Materiales
• Epitaxia
• Epitaxia / Cristalografía

Descargo de responsabilidad: Las opiniones expresadas aquí son las del autor expresadas a título privado y no representan necesariamente las opiniones de AZoM.com Limited T / A AZoNetwork es el propietario y operador de este sitio web. Este aviso legal forma parte de los Términos y condiciones de uso de este sitio web.

Escrito por

Kerry Taylor-Smith

Kerry ha sido escritora, editora y correctora de pruebas independiente desde 2016, especializada en temas relacionados con la ciencia y la salud. Es licenciada en Ciencias Naturales por la Universidad de Bath y reside en el Reino Unido.

Citas