Вище нами були розглянуті деякі методи газової епітаксії, що використовують оборотні хімічні реакції Наступна група методів епітаксії заснована на кристалізації плівок з парової фази Вирощування плівок з парової фази, утвореної з атомів і молекул вирощуваного матеріалу, виробляється переважно в відкачаних вакуумних камерах (рис 913) Процес зводиться до створення потоку парів, що випускаються джерелом, нагрітим до обраної температури сублімації або випаровування Пари, пройшовши певний шлях, конденсуються на підкладці Тиск насиченої пари елементарного речовини, що утворює одноатомні молекули, як функція температури описується рівнянням Клаузіуса-Клапейрона Однак оскільки процес проводиться в динамічному режимі, реальний тиск парів над поверхнею джерела дещо нижче і описується виразом

P = α0Ps,                                       (918)

де Ps – Тиск насичених парів при температурі джерела Tіст, α0 – коефіцієнт зворотного акомодації, рівний відношенню числа атомів, які реконденсіровалі з поверхні джерела, до числа атомів, що зіткнулися з поверхнею джерела

У разі двокомпонентного пара (A і B) його тиск Pзаг над джерелом, що містить обидва компоненти, (відповідно до закону Рауля, який виконується для ідеальних газов5) дорівнює

P = P(A)+ P(B) = α0(A)Ps(A)N (A)+ α0(B)Ps(B)N (B),        (919)

де P(A) І P(B) – Тиску парів компонентів A і B α0 (A) І α0 (B) – Коефіцієнти зворотного акомодації компонентів A і B,Ps(A) І

5Ідеальний газ – газ, в якому нехтується взаємодією між атомами або молекулами, що входять до його складу

Ps(B) – Тиск насичених парів компонентів A і B при Tіст, а N (A) І N (B) – Молярний частки компонентів A і B (N (A) + N (B) = 1) Наведені формули можуть бути узагальнені і на випадок многокомпонентного пара

У процесі кристалізації з двох многокомпонентного пара приймаються спеціальні заходи до збереження його постійного складу Слід зазначити, що створення багатокомпонентної парової фази заданого складу повязане зі значними труднощами Чим більше розходження в тиску насичених парів компонентів сполуки, тим важче виявляється управляти складом парової фази і виникає необхідність використовувати роздільне випаровування компонентів кристаллизуемой речовини При цьому тиск парів компонентів регулюється температурами джерел

Інший, не менш важкою, завданням при конденсації з парової фази є управління складом плівки, яка утворюється при конденсації пари декількох елементів Коефіцієнт конденсації залежить від природи конденсуються атомів, матеріалу і стану підкладки, а значить і склад утворюється плівки може бути не ідентичний складу парової фази

При проведенні процесів росту епітаксійних плівок у вакуумі, а особливо в безперервно відкачуваних вакуумних системах, найменш контрольованим і найменш вивченим є вплив присутніх в робочій камері залишкових газів і парів При тиску залишкових газів 10-6-10-4 мм рт ст потік газових молекул, бомбардують поверхню росту, часто порівняємо з потоком атомів конденсованого пара (1014-1015 атомов/см2 · с) Залишкові гази, здатні вступати в хімічні реакції з речовиною підкладки і входити в грати кристала, надають, як правило, шкідливий вплив на швидкість росту, структуру та електрофізичні параметри плівок (див вище розд 93) Вплив же інертних газів, очевидно, незначно, а іноді навіть може сприяти поліпшенню характеристик епітаксіальної плівки Тому вирощування епітаксійних плівок з парової фази проводиться в ретельно дегазованих герметичних системах із залишковим тиском хімічно активних газів (кисень, вуглеводні тощо) не більш 10-8-10-10 мм рт ст; залишкове тиск інертних газів може бути порядку 10-6 мм рт ст

Якщо епітаксіальні плівки вирощуються у вакуумі в режимі молекулярних (атомних) пучків, то вакуум в камері, де відбувається конденсація, підтримується таким, щоб довжина вільного пробігу молекул (атомів) перевищувала відстань від джерела до підкладки Пересичення над підкладкою визначається потоком пари кристаллизуемой компонента і температурою підкладки Регулюючи температуру джерела і підкладки, можна управляти тиском парів над джерелом, пересиченням, а отже, і швидкістю росту плівки

Основними технологічними чинниками, що визначають можливість отримання епітаксійних плівок з контрольованими властивостями методом конденсації з парової фази, є: 1) природа, кристалографічна орієнтація і стан поверхні підкладки 2) вибір температури джерела Tіст (величини пересичення) і температури підкладки Tпід, при яких забезпечується, з одного боку, закономірне вбудовування атомів в грати зростаючої плівки, а з іншого боку, заданий хімічний склад зростаючого кристала

Існує досить велика кількість різних методів вирощування епітаксійних плівок з парової фази: метод випаровування, сублімація, катодного розпилення, лазерна епітаксії і т д Ми тут зупинимося тільки на двох методах, що володіють певними перевагами перед іншими методами і детально розроблених у звязку з можливістю отримання з їх допомогою сверхрешеточних структур Це метод гарячої стінки і молекулярно-променева епітаксії (МЛЕ)

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002