Een Inleiding tot Epitaxy

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

Image Credits: Iaremenko Sergii/.com

Epitaxy is een belangrijke techniek in de kristallografie waar natuurlijke of kunstmatige kristallen worden gekweekt op een kristallijne ondergrond; de onderliggende substraat fungeert als een zaad kristal en bepaalt de oriëntatie van de kristallen die groeien op.

Wat is Epitaxy?

afgeleid van het Griekse epi, wat hierboven betekent, en taxi ‘ s, op geordende wijze, resulteert het proces in de vorming van een of meer kristallijnen dunne lagen die dezelfde of andere chemische samenstelling en structuur kunnen hebben als het substraat. De gedeponeerde film vergrendelt in een of meer kristallografische oriëntaties met betrekking tot het substraat kristal, en de resulterende epitaxiale film of laag heeft een bepaald Register of locatie ten opzichte van de onderliggende laag.

het proces wordt gebruikt in de nanotechnologie en in de fabricage van halfgeleiders waar het van commercieel belang is; in feite is epitaxie de enige betaalbare methode van hoogwaardige kristalgroei voor veel halfgeleidermaterialen. Voor de meeste dunne-filmtoepassingen-harde of zachte coatings of optische coatings-is het van weinig belang, maar het is van cruciaal belang in halfgeleider-dunne-filmtechnologie, waar de groei van halfgeleidermaterialen lagen en kwantumputten vormen in elektronische en fotonische apparaten zoals computervideodisplays en telecommunicatietoepassingen. Voor de meeste technologische toepassingen is het de wens dat het gedeponeerde materiaal een kristallijne film vormt die één duidelijk gedefinieerde oriëntatie heeft ten opzichte van de substraatkristalstructuur.

typen Epitaxy

er zijn verschillende typen epitaxy:

• Homoepitaxy – dit wordt uitgevoerd met één materiaal, zodat het substraat en dunne film zijn hetzelfde, vaak silicium op silicium. Dit wordt vaak gebruikt om films te kweken die zuiverder zijn dan het substraat, en die onafhankelijk van het substraat kunnen worden gedoteerd.
• Heteroepitaxie-dit wordt uitgevoerd met verschillende materialen en vaak gebruikt om films te kweken van materialen waarvoor anders geen kristallen kunnen worden verkregen, bijvoorbeeld silicium op saffier, of grafeen op hexagonaal boriumnitride. Deze methode maakt opto-elektronische structuren en bandgap engineered apparaten mogelijk.
• Heterotopotaxie-deze methode is vergelijkbaar met heteroepitaxie, behalve dat de groei niet beperkt is tot tweedimensionale groei; het substraat is alleen qua structuur vergelijkbaar met het dunne-filmmateriaal.
• Pendeo-epitaxie – in dit proces groeit een heteroepitaxiale film verticaal en zijdelings tegelijkertijd. Het wordt gebruikt in productieprocessen op basis van silicium en is vooral belangrijk voor samengestelde halfgeleiders zoals galliumarsenide.

Heteroepitaxie wordt vaak gebruikt voor metaal-halfgeleidergroei; veel metaal-halfgeleiderstructuren worden gebruikt voor contacttoepassingen en epitaxiale groei zorgt voor een verhoogde elektronenbeweging door een junctie. Echter, proberen om een laag van kristallen groeien bovenop een substraat dat anders is dan het kan problemen opleveren; matching roosters zijn belangrijk om defecten te minimaliseren en elektronenmobiliteit te verhogen, maar het proces kan leiden tot ongeëvenaarde roosters. Deze mismatch kan leiden tot gespannen of ontspannen groei, waardoor interfaciale defecten ontstaan, en afwijken van wat wordt beschouwd als ‘normaal’ kan leiden tot veranderingen in de elektronische, optische, thermische en mechanische eigenschappen van de film.

epitaxiale groei van dunne filmmaterialen en toepassingen daarvan

epitaxiale groei van dunne filmmaterialen heeft talrijke toepassingen in elektronica, opto-elektronica en magneto-optica. De groei kan op verschillende manieren plaatsvinden, de meest voorkomende is dampfase-epitaxie (een modificatie van chemische dampdepositie), waarbij atomen voor depositie op het substraat afkomstig zijn van damp en de groei plaatsvindt op de gasvormige/vaste interface. Vaste fase epitaxy afzettingen een dunne niet-kristallijne film op het substraat die vervolgens wordt verwarmd om een kristallijne laag te vormen, terwijl vloeibare fase epitaxy ziet lagen gegroeid uit een vloeibare bron.

deze laatste methode is veruit de goedkoopste en gemakkelijkste manier om lagen van apparaatkwaliteit te produceren, maar het gebruik van organische chemische damp (mocvd) en moleculaire-beam-epitaxie (MBE) neemt toe. De initiële kosten zijn duur, maar MOCVD en MBE zijn veelzijdiger en kunnen gemakkelijk Meerlagige structuren produceren met atomaire laagregeling, wat fundamenteel is voor de nanoengineering die nu nodig is om apparaatstructuren in Meerlagige structuren te produceren.

referenties en verdere informatie

• Wat is epitaxy?
• Epitaxie
• Epitaxiale Kristalgroei: Methoden en materialen
• Epitaxie
• Epitaxie / kristallografie

Disclaimer: De meningen die hier worden geuit zijn die van de auteur uitgedrukt in hun privé-hoedanigheid en vertegenwoordigen niet noodzakelijk de standpunten van AZoM.com beperkt T / A AZoNetwork de eigenaar en exploitant van deze website. Deze disclaimer maakt deel uit van de Gebruiksvoorwaarden van deze website.

geschreven door

Kerry Taylor-Smith

Kerry is sinds 2016 freelance schrijver, redacteur en proeflezer, gespecialiseerd in wetenschap en gezondheid gerelateerde onderwerpen. Ze heeft een graad in natuurwetenschappen aan de Universiteit van Bath en is gevestigd in het Verenigd Koninkrijk.

citaten