Введение. Понятие эпитаксии

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МИЭТ».

Курсовая работа

На тему: “ Методы формирования гетероэпитаксиальных структур ”

Выполнил: Студент Группы ИТС-34

Шиманов Егор

Москва,2015

Введение. Понятие эпитаксии

Эпитаксия (от греческого «эпи» – на, «таксис» – порядок) – процесс кристаллографически ориентированного наращивания монокристаллических слоев вещества на монокристаллическую подложку или друг на друга. Эпитаксия позволяет получать тонкие (от 1 нм до 10 мкм) однородные монокристаллические слои любого типа проводимости и удельного сопротивления, на любых кристаллических подложках. Различают гомоэпитаксию (автоэпитаксию) и гетероэпитаксию. В первом случае ориентированный слой вещества вырастает на «собственном» монокристалле. Например, слой кремния на монокристаллической подложке кремния определенной ориентации. В этом случае ориентация слоя повторяет ориентацию подложки. Ориентированно срастаться могут не только изоморфные кристаллы, но и вещества с различной структурой и симметрией. В этом случае говорят о гетероэпитаксии. Существенным условием гетероэпитаксии является геометрическое подобие узора срастающихся плоских сеток структуры, их полное или частичное совпадение. Описать такую систему с кристаллографической точки зрения это значит:

1. Назвать индексы кристаллографических плоскостей подложки и выращенного слоя, которые взаимно ориентируются, т.е. срастаются: (h1,k1,l1)A||(h2,k2,l2)B;

2. Назвать индексы контактирующих кристаллографических направлений подложки и выращенного слоя в плоскости срастания: [H1 K1 L1]A||[H2 K2 L2]B;

3. Вычислить в процентах величину кристаллографического несоответствия вдоль направления срастания: δ = (Aa – Ab)/Ab*100% (1), где Aa и Ab – постоянные решетки нарастающего вещества a и подложки b соответственно.

Эти положения называются ориентационными или эпитаксиальными соотношениями. Кроме подобия срастающихся кристаллографических плоскостей гетероэпитаксиальному росту способствуют близкие параметры решеток и коэффициенты термического расширения. Первый фактор определяет механизм эпитаксии на начальных стадиях роста, разница в коэффициентах термического расширения влияет на дефектность слоя тем сильнее, чем выше температура процесса.

Можно выделить следующие элементарные поверхностные процессы, сопровождающие эпитаксиальный рост:

1. адсорбция составляющих вещество атомов или молекул;

2. миграция атомов и молекул по поверхности подложки, реиспарение;

3. встраивание составляющих атомов в кристаллическую решетку;

4. коалесценция зародышей.

Для ориентированного роста важнейшим из этих процессов является поверхностная диффузия, которая необходима для того, чтобы атом мог найти положение с наименьшей свободной энергией (вакансии, ступеньки на поверхности), достраивая кристаллическую решетку слоя. Интенсивность поверхностной диффузии определяется температурой подложки. Температуру, ниже которой растут аморфные или поликристаллические слои, а выше начинается рост монокристаллического слоя, называют температурой эпитаксии.