En introduktion till Epitaxy

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

Bildkrediter: Iaremenko Sergii/.com

epitaxi är en viktig teknik i kristallografi där naturliga eller konstgjorda kristaller odlas på ett kristallint substrat; det underliggande substratet fungerar som en frökristall och bestämmer orienteringen av kristallerna som växer på den.

Vad är epitaxi?

härledd från den grekiska epi, som betyder ovan, och taxibilar, ett ordnat sätt, resulterar processen i bildandet av en eller flera kristallina tunna filmer som kan ha samma eller olika kemiska kompositioner och struktur som substratet. Den avsatta filmen låses i en eller flera kristallografiska orienteringar med avseende på substratkristallen, och den resulterande epitaxiella filmen eller skiktet har ett särskilt register eller plats i förhållande till det underliggande skiktet.

processen används i nanoteknik och i halvledartillverkning där det är av kommersiell betydelse; i själva verket är epitaxi den enda prisvärda metoden för högkvalitativ kristalltillväxt för många halvledarmaterial. För de flesta tunna filmapplikationer – hårda eller mjuka beläggningar eller optiska beläggningar – är det av liten betydelse men det är kritiskt i halvledar-tunnfilmsteknik, där tillväxten av halvledarmaterial bildar lager och kvantbrunnar i elektroniska och fotoniska enheter som datorvideoskärmar och telekommunikationsapplikationer. För de flesta tekniska tillämpningar är önskan att det deponerade materialet bildar en kristallin film som har en väldefinierad orientering med avseende på substratkristallstrukturen.

typer av epitaxi

det finns olika typer av epitaxi:

• Homoepitaxi-detta utförs med ett material, så substratet och tunnfilmen är desamma, ofta kisel på kisel. Detta används ofta för att odla filmer som är renare än substratet och som kan dopas oberoende av det.
• Heteroepitaxi – detta utförs med olika material och används ofta för att odla filmer av material för vilka kristaller inte annars kan erhållas, t.ex. kisel på safir eller grafen på hexagonal bornitrid. Denna metod möjliggör optoelektroniska strukturer och bandgap-konstruerade enheter.
• Heterotopotaxi-denna metod liknar heteroepitaxi förutom att tillväxten inte är begränsad till tvådimensionell tillväxt; substratet liknar endast i struktur till tunnfilmmaterialet.
• Pendeo-epitaxi – i denna process växer en heteroepitaxiell film vertikalt och i sidled samtidigt. Det används i kiselbaserade tillverkningsprocesser och är särskilt viktigt för sammansatta halvledare såsom galliumarsenid.

Heteroepitaxi används ofta för metall-halvledartillväxt; många metall-halvledarstrukturer används för kontakttillämpningar och epitaxiell tillväxt möjliggör ökad elektronrörelse genom en korsning. Att försöka växa ett lager av kristaller ovanpå ett substrat som skiljer sig från det kan dock ge problem; matchande gitter är viktiga för att minimera defekter och öka elektronmobiliteten, men processen kan leda till oöverträffade gitter. Denna missanpassning kan orsaka ansträngd eller avslappnad tillväxt, vilket utlöser gränssnittsdefekter, och att avvika från vad som anses vara ’normalt’ kan leda till förändringar i filmens elektroniska, optiska, termiska och mekaniska egenskaper.

Epitaxial tillväxt av tunna filmmaterial och dess tillämpningar

Epitaxial tillväxt av tunna filmmaterial har många tillämpningar inom elektronik, optoelektronisk och magneto-optik. Tillväxt kan ske på flera sätt, den vanligaste är ångfas epitaxi (en modifiering av kemisk ångavsättning), där atomer för avsättning på substratet kommer från ånga och tillväxt sker vid det gasformiga/fasta gränssnittet. Fast fas epitaxi avsätter en tunn icke-kristallin film på substratet som sedan upphettas för att bilda ett kristallint skikt, medan vätskefas epitaxi ser lager odlade från en flytande källa.

den senare är överlägset den billigaste och enklaste vägen för att producera enhetskvalitetslager, men metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD) och molekylstråleepitaxi (MBE) växer i bruk. Initiala kostnader är dyra men MOCVD och MBE är mer mångsidiga och kan lätt producera flerskiktsstrukturer med Atom-lagerkontroll, vilket är grundläggande för nanoengineering som nu krävs för att producera enhetsstrukturer I as-grown multilayers.

referenser och vidare läsning

• vad är epitaxi?
• Epitaxi
• Epitaxial Kristall Tillväxt: Metoder och material
• Epitaxy
• Epitaxy / Crystallography

Disclaimer: de åsikter som uttrycks här är de av författaren uttryckt i sin privata kapacitet och representerar inte nödvändigtvis synpunkterna på AZoM.com Limited T / A AZoNetwork ägaren och operatören av denna webbplats. Denna ansvarsfriskrivning utgör en del av villkoren för användning av denna webbplats.

skriven av

Kerry Taylor-Smith

Kerry har varit frilansskribent, redaktör och korrekturläsare sedan 2016, specialiserad på vetenskap och hälsorelaterade ämnen. Hon har en examen i naturvetenskap vid University of Bath och är baserad i Storbritannien.

citat