Une Introduction à l’Épitaxie

Par Kerry Taylor-Smith, B.Sc . (Hons) Fév 14 2019

Crédits d’image: Iaremenko Sergii / .com

L’épitaxie est une technique importante en cristallographie où des cristaux naturels ou artificiels sont cultivés sur un substrat cristallin; le substrat sous-jacent agit comme un cristal de graine et détermine l’orientation des cristaux qui y poussent.

Qu’est-ce que l’épitaxie ?

Dérivé du grec epi, c’est-à-dire ci-dessus, et taxis, de manière ordonnée, le procédé aboutit à la formation d’un ou plusieurs films minces cristallins qui peuvent être de compositions chimiques et de structure identiques ou différentes que le substrat. Le film déposé se verrouille dans une ou plusieurs orientations cristallographiques par rapport au cristal de substrat, et le film ou la couche épitaxiale résultant présente un registre ou un emplacement particulier par rapport à la couche sous-jacente.

Le procédé est utilisé en nanotechnologie et dans la fabrication de semi-conducteurs où il revêt une importance commerciale; en fait, l’épitaxie est la seule méthode abordable de croissance cristalline de haute qualité pour de nombreux matériaux semi-conducteurs. Pour la plupart des applications de couches minces – revêtements durs ou mous, ou revêtements optiques –, il est de peu d’importance, mais il est essentiel dans la technologie des couches minces semi-conductrices, où la croissance des matériaux semi-conducteurs forme des couches et des puits quantiques dans les dispositifs électroniques et photoniques tels que les écrans vidéo informatiques et les applications de télécommunication. Pour la plupart des applications technologiques, le désir est que le matériau déposé forme un film cristallin ayant une orientation bien définie par rapport à la structure cristalline du substrat.

Types d’épitaxie

Il existe différents types d’épitaxie:

• Homoépitaxie – Ceci est réalisé avec un seul matériau, de sorte que le substrat et le film mince sont les mêmes, souvent du silicium sur du silicium. Ceci est souvent utilisé pour faire pousser des films plus purs que le substrat, et qui peuvent être dopés indépendamment de celui-ci.
• Hétéroépitaxie – Ceci est réalisé avec différents matériaux et souvent utilisé pour faire pousser des films de matériaux pour lesquels des cristaux ne peuvent pas être obtenus autrement, par exemple du silicium sur du saphir ou du graphène sur du nitrure de bore hexagonal. Cette méthode tient compte des structures optoélectroniques et des dispositifs à bande interdite.
• Hétérotopotaxie – Cette méthode est similaire à l’hétéroépitaxie, sauf que la croissance ne se limite pas à la croissance bidimensionnelle; le substrat n’est similaire que par sa structure au matériau à couche mince.
• Pendéo-épitaxie – Dans ce processus, un film hétéroépitaxial se développe simultanément verticalement et latéralement. Il est utilisé dans les procédés de fabrication à base de silicium et est particulièrement important pour les semi-conducteurs composés tels que l’arséniure de gallium.

L’hétéroépitaxie est souvent utilisée pour la croissance métal-semi-conducteur; de nombreuses structures métal-semi-conducteur sont utilisées pour des applications de contact et la croissance épitaxiale permet un mouvement accru des électrons à travers une jonction. Cependant, essayer de faire pousser une couche de cristaux au-dessus d’un substrat qui lui est différent peut poser des problèmes; les réseaux correspondants sont importants pour minimiser les défauts et augmenter la mobilité des électrons, mais le processus peut conduire à des réseaux inégalés. Cette inadéquation peut provoquer une croissance tendue ou détendue, déclenchant ainsi des défauts interfaciaux, et s’écarter de ce qui est considéré comme « normal » peut entraîner des modifications des propriétés électroniques, optiques, thermiques et mécaniques du film.

Croissance épitaxiale de Matériaux en Couches minces et ses applications

La croissance épitaxiale de matériaux en couches minces a de nombreuses applications en électronique, en optoélectronique et en magnéto-optique. La croissance peut se produire de plusieurs manières, la plus courante étant l’épitaxie en phase vapeur (une modification du dépôt chimique en phase vapeur), où les atomes à déposer sur le substrat proviennent de la vapeur et la croissance se produit à l’interface gazeuse / solide. L’épitaxie en phase solide dépose un mince film non cristallin sur le substrat qui est ensuite chauffé pour former une couche cristalline, tandis que l’épitaxie en phase liquide voit des couches se développer à partir d’une source liquide.

Cette dernière est de loin la voie la moins chère et la plus facile pour produire des couches de qualité de dispositif, mais le dépôt chimique en phase vapeur organique métallique (MOCVD) et l’épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) sont de plus en plus utilisés. Les coûts initiaux sont coûteux, mais MOCVD et MBE sont plus polyvalents et peuvent facilement produire des structures multicouches avec contrôle de la couche atomique, ce qui est fondamental pour la nanoingénierie maintenant nécessaire pour produire des structures de dispositifs dans des multicouches telles que cultivées.

Références et lectures complémentaires

• Qu’est-ce que l’épitaxie?
• Épitaxie
• Croissance Cristalline épitaxiale: Méthodes et matériaux
• Épitaxie
• Épitaxie /Cristallographie

Avertissement: Les opinions exprimées ici sont celles de l’auteur exprimées à titre privé et ne représentent pas nécessairement les vues de AZoM.com Limited T / A AZoNetwork le propriétaire et l’exploitant de ce site Web. Cette clause de non-responsabilité fait partie des Termes et conditions d’utilisation de ce site Web.

Écrit par

Kerry Taylor-Smith

Kerry est rédactrice, rédactrice et relectrice indépendante depuis 2016, spécialisée dans les sujets liés à la science et à la santé. Elle est diplômée en sciences naturelles de l’Université de Bath et est basée au Royaume-Uni.

Citations